平衡深度法恢復(fù)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組過(guò)剩壓力探討

齊亞林，惠 瀟，梁 艷，周軍太，劉 鑫，孫 勃

（1．中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710018；2．低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；3．中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探部）

1 研究背景

地層孔隙流體壓力對(duì)油氣勘探與開發(fā)具有重要意義，確定地層孔隙流體壓力有鉆前預(yù)測(cè)、隨鉆監(jiān)測(cè)、測(cè)井檢測(cè)和實(shí)測(cè)壓力等4種方法［1］。測(cè)井資料因易收集且分辨率高，以其為基礎(chǔ)的平衡深度法已經(jīng)成為研究泥巖壓實(shí)規(guī)律并定量確定地質(zhì)歷史時(shí)期地層孔隙流體壓力的主要方法和手段［1－4］。基于此方法，利用密度、中子孔隙度特別是聲波時(shí)差計(jì)算地層古孔隙流體壓力甚至現(xiàn)今孔隙流體壓力已成為廣泛采用的地層孔隙流體壓力確定方法，并用于成藏動(dòng)力學(xué)研究或指導(dǎo)鉆井施工［5－9］。

利用聲波時(shí)差數(shù)據(jù)進(jìn)行地層古孔隙流體壓力恢復(fù)的假設(shè)是泥巖地層沉積中的欠壓實(shí)引起異常高壓并導(dǎo)致殘余粒間孔或孔隙度增大。殘余粒間孔代表泥巖抗壓實(shí)能力，尚未見到應(yīng)用該方法前明確其聲波時(shí)差偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線是因異常高殘余粒間孔引起的報(bào)道。泥巖屬非常規(guī)儲(chǔ)層，國(guó)內(nèi)尚未建立泥巖孔隙度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)試孔隙度數(shù)據(jù)極少且精度較低；目前鮮有實(shí)測(cè)值證實(shí)欠壓實(shí)段泥巖殘余粒間孔或孔隙度較正常壓實(shí)段泥巖殘余粒間孔或孔隙度大，恢復(fù)地層古孔隙流體壓力的聲波時(shí)差與殘余粒間孔或孔隙度的關(guān)系尚無(wú)法得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證［1］。

近年來(lái)，針對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組非常規(guī)儲(chǔ)層陸續(xù)開展了核磁共振測(cè)井和孔喉微觀特征的試驗(yàn)和研究，從而對(duì)包括延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥巖在內(nèi)的非常規(guī)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深入。本文在借鑒前人有關(guān)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥巖孔隙微觀結(jié)構(gòu)研究成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用核磁共振測(cè)井孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)技術(shù)，結(jié)合巖相學(xué)觀察，對(duì)欠壓實(shí)段泥巖孔隙微觀結(jié)構(gòu)和孔隙度特征進(jìn)行分析，探討平衡深度法恢復(fù)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組地層異常壓力的適用性。

2 平衡深度法原理

平衡深度法原理是如果目標(biāo)層某一點(diǎn)（B）與正常壓實(shí)地層深度上一點(diǎn)（A）的聲波時(shí)差接近，那么地層被壓實(shí)的程度就接近，地層骨架承擔(dān)的力接近，即該兩點(diǎn)深度等效，兩個(gè)深度點(diǎn)間的地層重荷由地層流體承擔(dān)，因而引起地層高壓［3，10－14］。據(jù)此利用聲波時(shí)差代替孔隙度來(lái)間接地研究泥巖地層異?？紫读黧w壓力，其大小取決于聲波時(shí)差偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線的程度，偏離程度越大，異常地層孔隙流體壓力越大，反之則越小［11－14］。在泥巖欠壓實(shí)段中，計(jì)算異常壓力采用Magara提出的計(jì)算地層異?？紫读黧w壓力計(jì)算公式［14］。

平衡深度法計(jì)算地層孔隙流體壓力要服從以下假設(shè)：①異常高壓是泥巖欠壓實(shí)引起；泥巖欠壓實(shí)形成異常高原生粒間孔或孔隙度；②有效應(yīng)力是影響泥巖原生粒間孔或孔隙度演化的唯一因素；③泥巖埋藏深度與孔隙度（實(shí)際上是用聲波時(shí)差數(shù)據(jù)估算的）存在確定的關(guān)系，壓實(shí)趨勢(shì)線為線性、半對(duì)數(shù)或函數(shù)關(guān)系；④不同深度、層位的泥巖具相同的巖石物理性質(zhì)；⑤成巖后泥巖原生粒間孔或孔隙度不再減小，由壓實(shí)趨勢(shì)線求取的異常壓力形成于地層最大埋深期［1－4，9］。

3 泥巖孔隙結(jié)構(gòu)特征及變化規(guī)律

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組地層孔隙流體壓力計(jì)算是基于測(cè)井曲線特別是聲波時(shí)差曲線在長(zhǎng)7泥巖段存在偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線的現(xiàn)象，泥巖處于欠壓實(shí)狀態(tài)，具有異常過(guò)剩壓力和高于正常泥巖壓實(shí)段孔隙度［5－7］。長(zhǎng)7段泥巖一般為深灰色、黑色和深黑色的粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和油頁(yè)巖，局部夾雜色凝灰?guī)r。薄片觀察顯示，粉砂質(zhì)泥巖和泥巖碎屑成分以石英、長(zhǎng)石、云母及白云巖屑為主，有機(jī)質(zhì)紋層發(fā)育，有機(jī)質(zhì)含量0．36%～13．89%。油頁(yè)巖的碎屑成分主要由石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽、黏土和黃鐵礦等組成，有機(jī)質(zhì)含量2．14%～29．43%（表1）。長(zhǎng)7段不同類型泥巖普遍含數(shù)量不等的有機(jī)質(zhì)，其含量與巖性密切相關(guān)，粒度越細(xì)，有機(jī)質(zhì)含量越高。

表1 延長(zhǎng)組長(zhǎng)7不同泥巖類型有機(jī)質(zhì)含量 %

本次研究按照異常壓力計(jì)算的泥巖聲波時(shí)差標(biāo)準(zhǔn)（無(wú)明顯擴(kuò)徑，厚度大于2 m），選擇延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥巖作為研究對(duì)象。結(jié)果表明，長(zhǎng)7底部泥巖普遍具有偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線的特點(diǎn)。此前研究均認(rèn)為上述聲波時(shí)差的偏離是由異常壓力引起異常高的孔隙度造成的［5－7］。然而，聲波時(shí)差反映的泥巖從正常壓實(shí)段至欠壓實(shí)段孔隙變化趨勢(shì)與核磁共振測(cè)量反映的孔隙度變化趨勢(shì)不一致（圖1），聲波時(shí)差偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線可能并不是異常高的原生粒間孔或孔隙度引起的。

近年來(lái)，隨著致密油研究工作的開展，越來(lái)越多的學(xué)者開始關(guān)注包括泥巖在內(nèi)的非常規(guī)儲(chǔ)層并對(duì)其微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究［15－16］，朱如凱研究了包括鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段在內(nèi)的陸相泥巖儲(chǔ)層的微觀結(jié)構(gòu)，確認(rèn)其孔隙類型主要為有機(jī)質(zhì)孔和基質(zhì)孔，孔隙大小介于30～200 nm［16］；耳闖統(tǒng)計(jì)了長(zhǎng)7段泥巖物性，孔隙度分布在3．21%～5．63%，平均4．24%［17］；其它盆地也有類似特征。顯微薄片觀察表明，欠壓實(shí)段泥巖中除偶爾能夠觀察到機(jī)質(zhì)孔和微裂隙外，由于泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)等抗壓實(shí)能力弱的成分含量高，粒間孔極不發(fā)育，無(wú)法觀察到有效孔隙，不存在正常壓實(shí)段泥巖（圖2a－c）原生粒間孔低于欠壓實(shí)段泥巖（圖2d－h(huán)）原生粒間孔現(xiàn)象，聲波時(shí)差反映的泥巖欠壓實(shí)段不表現(xiàn)異常高原生粒間孔或孔隙度。

4 討論

延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥巖聲波時(shí)差偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線并不反映原生粒間孔或孔隙度異常偏大，也不反映地質(zhì)歷史時(shí)期泥巖地層孔隙流體壓力異常偏大。延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥巖僅具極其細(xì)微的次生溶孔，難以觀察到明顯的粒間孔，聲波時(shí)差與孔隙度關(guān)系并不密切。泥巖的初始孔隙度受控于泥巖中黏土顆粒大小、黏土礦物和沉積速度，壓實(shí)、膠結(jié)等后續(xù)成巖作用對(duì)孔隙度產(chǎn)生進(jìn)一步影響［15］。相關(guān)分析表明，泥巖的密度、聲波時(shí)差均與有機(jī)質(zhì)含量正相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量的增加不同程度引起聲波時(shí)差的增大，聲波時(shí)差異常主要是由有機(jī)質(zhì)含量的變化引起的，與原生粒間孔或孔隙度關(guān)系并不密切（圖3、圖4）。泥巖聲波時(shí)差不僅受沉積、成巖作用的影響［15］，也受有機(jī)質(zhì)含量的影響。聲波時(shí)差不能反映現(xiàn)今的泥巖原生粒間孔或孔隙度，不能利用平衡深度法采用聲波時(shí)差數(shù)據(jù)進(jìn)行異常壓力計(jì)算。

圖3 密度－有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系

圖4 聲波時(shí)差－有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系

［1］樊洪海．測(cè)井資料檢測(cè)地層孔隙壓力傳統(tǒng)方法討論［J］．石油勘探與開發(fā)，2003，30（4）：72－74．

［2］邵新軍，許昀，呂中鋒，等．地層流體壓力預(yù)測(cè)方法的討論［J］．石油勘探與開發(fā)，2000，27（3）：100－102．

［3］常文會(huì)，秦緒英．地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)［J］．勘探地球物理進(jìn)展，2005，28（5）：314－319．

［4］魏茂安，陳潮，王延江，等．地層孔隙壓力預(yù)測(cè)新方法［J］．石油與天然氣地質(zhì)，2007，28（3）：395－400．

［5］吳保祥，段毅，鄭朝陽(yáng)，等．鄂爾多斯盆地古峰莊－王洼子地區(qū)長(zhǎng)9油層組流體過(guò)剩壓力與油氣運(yùn)移研究［J］．地質(zhì)學(xué)報(bào)，2008，82（6）：844－849．

［6］英亞歌，王震亮，范昌育．鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長(zhǎng)組流體動(dòng)力作用下的石油運(yùn)移與聚集特征［J］．石油與天然氣地質(zhì)，2011，32（1）：118－122．

［7］劉小琦，鄧宏文，李青斌．鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組剩余壓力分布及油氣運(yùn)聚條件［J］．新疆石油地質(zhì)，2007，28（2）：143－145．

［8］趙健．松遼盆地西斜坡泥巖地層壓實(shí)規(guī)律［J］．石油與天然氣地質(zhì)，2010，31（4）：486－492．

［9］羅曉容，楊計(jì)海，王振峰．盆地內(nèi)滲透性地層超壓形成機(jī)制及鉆前壓力預(yù)測(cè)［J］．地質(zhì)論評(píng)，2000，46（1）：22－30．

［10］李傳亮．等效深度法并不等效［J］．巖性油氣藏，2009，21（4）：120－123．

［11］陳荷立，羅曉容．泥巖壓實(shí)曲線研究與油氣運(yùn)移條件分［J］．石油與天然氣地質(zhì)，1987，8（3）：233－242．

［12］張厚福，方朝亮，高先志，等．石油地質(zhì)學(xué)［M］．北京：石油工業(yè)出版社，1999：134－135．

［13］李明誠(chéng)．石油與天然氣運(yùn)移（第三版）［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2004：53－54．

［14］郭秋麟，陳曉明，宋煥琪，等．泥頁(yè)巖埋藏過(guò)程孔隙度演化與預(yù)測(cè)模型探討［J］．天然氣地球科學(xué)，2013，24（3）：439－449．

［15］崔景偉，鄒才能，朱如凱，等．頁(yè)巖孔隙研究新進(jìn)展［J］．地球科學(xué)進(jìn)展，2012，27（12）：1319－1325．

［16］朱如凱，白斌，崔景偉，等．非常規(guī)油氣致密儲(chǔ)集層微觀結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展［J］．古地理學(xué)報(bào)，2013，15（5）：615－623．

［17］耳闖，趙靖舟，白玉彬，等．鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層特征［J］．石油天然氣地質(zhì)，2013，34（5）：708－715．