異常地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地的應(yīng)用

徐寶榮，許海濤，于寶利，景海璐，郭金宇（中國(guó)石油東方地球物理公司研究院，河北涿州072750）

異常地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地的應(yīng)用

徐寶榮，許海濤，于寶利，景海璐，郭金宇
（中國(guó)石油東方地球物理公司研究院，河北涿州072750）

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系和三疊系經(jīng)鉆探證實(shí)存在地層壓力異常，并且具有高壓高產(chǎn)特征。目前測(cè)井和地震的地層壓力預(yù)測(cè)方法都是基于泥巖欠壓實(shí)理論，對(duì)砂礫巖儲(chǔ)集層段進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)預(yù)測(cè)地層壓力與實(shí)測(cè)地層壓力差異大的問(wèn)題。針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地異常壓力與產(chǎn)油氣特征，采取單井預(yù)測(cè)結(jié)合地震數(shù)據(jù)平面預(yù)測(cè)的方式，形成了地震層速度法、特征曲線反演法和改進(jìn)的Fillippone公式法的地層壓力預(yù)測(cè)配套技術(shù)，在準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷取得了良好的應(yīng)用效果，為科學(xué)鉆井和高效井位部署提供了依據(jù)。

準(zhǔn)噶爾盆地；異常地層壓力；井震結(jié)合；壓力預(yù)測(cè)

目前常用的地層壓力預(yù)測(cè)方法有2類：一類是利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在鉆后進(jìn)行地層壓力的評(píng)估，該方法只能做到單井不能實(shí)現(xiàn)平面預(yù)測(cè)，并不是真正意義上的預(yù)測(cè)；另一類利用地震速度資料，在鉆前進(jìn)行預(yù)測(cè)，但受速度參數(shù)準(zhǔn)確性的限制，預(yù)測(cè)結(jié)果不能準(zhǔn)確反映儲(chǔ)集層局部壓力的變化[1]。

Mh1三維區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪南斜坡區(qū)（圖1），是新疆油田主要的勘探潛力區(qū)之一，主要目的層下三疊統(tǒng)百口泉組埋深為3 000~3 500m，研究區(qū)內(nèi)有7口鉆井鉆遇百口泉組。初步判斷研究區(qū)異常高壓可能是受流體充注影響，因此，準(zhǔn)確落實(shí)研究區(qū)地層壓力及與油氣產(chǎn)量的關(guān)系是下一步鉆探部署的重點(diǎn)。

研究區(qū)儲(chǔ)集層壓力預(yù)測(cè)面臨著3方面問(wèn)題需要解決：①采用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行單井壓力計(jì)算的方法大多是基于泥巖欠壓實(shí)理論的，在砂礫巖儲(chǔ)集層段預(yù)測(cè)誤差較大；②基于地震反演或地震速度建場(chǎng)獲得的地震層速度與地層壓力相關(guān)性較低，不能準(zhǔn)確反映地層壓力橫向變化趨勢(shì)；③鉆井的實(shí)測(cè)地層壓力數(shù)據(jù)較少，無(wú)法準(zhǔn)確約束地層壓力的平面變化。

圖1　研究區(qū)位置

1　地層壓力預(yù)測(cè)方法原理

地層異常高壓形成的原因有多種，儲(chǔ)集層的異常高壓一般認(rèn)為主要受欠壓實(shí)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、生烴作用和流體充注作用影響[2]。

（1）基于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的單井地層壓力計(jì)算方法其理論基礎(chǔ)為Terzaghi提出的壓實(shí)平衡定理[3]：

由（1）式可知，在地層封閉條件下，地層孔隙壓力pp、上覆地層壓力po及巖石骨架應(yīng)力pe之間始終保持著力的平衡。上覆地層壓力是上覆巖石骨架和孔隙空間流體的總重量所引起的壓力，其與上覆地層的厚度h、骨架密度ρma和孔隙流體密度ρf有關(guān)，可以采用下式求?。?/p>

而巖石骨架應(yīng)力較難確定，對(duì)于泥巖地層，巖石骨架應(yīng)力是聲速的函數(shù)：

因此，先確定上覆地層壓力和巖石骨架應(yīng)力，再用（1）式可以較準(zhǔn)確地計(jì)算單井泥巖地層的壓力。

采用該方法計(jì)算砂礫巖段地層壓力時(shí)，由于巖石骨架應(yīng)力參數(shù)難以準(zhǔn)確獲取，預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大誤差。在求取砂泥巖互層的地層壓力時(shí)，一般采取過(guò)濾砂巖，保留泥巖對(duì)應(yīng)曲線的方式計(jì)算地層壓力趨勢(shì)線，而對(duì)于砂礫巖薄層的地層壓力，可參考上下泥巖段壓力確定。

基于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的單井地層壓力求取方法大致可分為3種（伊頓法、比值法和等效深度法），求取流程均為：①由密度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)積分求取上覆地層壓力；②由聲波時(shí)差數(shù)據(jù)求取泥巖正常壓實(shí)趨勢(shì)線；③計(jì)算單井地層孔隙壓力。

在Mh1三維區(qū)，通過(guò)應(yīng)用3種求取方法分別計(jì)算地層壓力曲線，與實(shí)測(cè)地層壓力曲線對(duì)比，伊頓法求得的地層孔隙壓力與實(shí)測(cè)地層孔隙壓力吻合度最高，基本反映了研究區(qū)地層壓力縱向變化情況（圖2）。

（2）地震層速度地層壓力預(yù)測(cè)方法這種方法與地層的巖性、壓實(shí)程度、埋藏深度及地質(zhì)時(shí)代等因素有關(guān)。一般情況下，地震波的傳播速度隨地層埋藏深度的加大而增加，當(dāng)出現(xiàn)異常高壓帶時(shí)，常常伴隨有高孔隙度、高地溫、低密度、低速度等特征，這正是利用地震層速度或波阻抗研究異常高壓層的理論基礎(chǔ)[4]。

利用異常高壓地層對(duì)應(yīng)低地震層速度的特征，可以分析地層異常高壓的平面變化規(guī)律。以往采用地震波速度譜建場(chǎng)分析的方法受地震波速度縱向間隔的限制，精度較低?；谀Ｐ偷牡卣鸩ㄗ杩狗囱?，由于使用了測(cè)井得到的速度信息，轉(zhuǎn)換的地震層速度精度較高，更能體現(xiàn)地震層速度變化的細(xì)節(jié)。

圖2　Mh2井3種方法計(jì)算所得地層壓力對(duì)比

在影響地震層速度的眾多因素中，巖性和埋藏深度對(duì)地震層速度的影響較大[5]。采用常規(guī)地震方法計(jì)算得到的地震層速度，主要反映某一套地層內(nèi)不同巖性比例和地層埋深的特征，與地層壓力相關(guān)性較小。只有將地震層速度校正到同一巖性和同一埋藏深度，分析其與地層壓力的關(guān)系才有意義。

消除巖性差異影響的地震層速度校正公式為

在上述巖性校正的基礎(chǔ)上，經(jīng)推導(dǎo)可得消除巖層埋藏深度影響的地震層速度校正公式為

圖3　瑪湖斜坡區(qū)校正后地震層速度與地層壓力系數(shù)關(guān)系

在Mh1三維區(qū)，對(duì)地震波阻抗反演轉(zhuǎn)換的地震層速度進(jìn)行巖性差異和埋深差異校正后，地震層速度與鉆井的實(shí)測(cè)地層壓力具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖3）。

（3）基于特征曲線反演的地層壓力預(yù)測(cè)方法通過(guò)在井點(diǎn)位置處，利用多元線性回歸和人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)已知樣本進(jìn)行訓(xùn)練，分析出地層壓力曲線與多種地震屬性的關(guān)系，然后將建立的關(guān)系應(yīng)用到整個(gè)數(shù)據(jù)體，從而獲得地層壓力參數(shù)數(shù)據(jù)體。與傳統(tǒng)的單屬性交會(huì)相比較，該方法可較好地建立特征井曲線與地震數(shù)據(jù)間的相關(guān)關(guān)系，預(yù)測(cè)精度較高[6]。

圖4　測(cè)井預(yù)測(cè)地層壓力曲線與基于特征曲線反演方法預(yù)測(cè)地層壓力曲線對(duì)比

從Mh1三維區(qū)預(yù)測(cè)地層壓力平面圖（圖5a）和剖面圖（圖5b）上可以看出，百口泉組Mh1井周緣為異常高壓，其他區(qū)域?yàn)槌?，與鉆井實(shí)測(cè)地層壓力吻合良好，較好地反映了局部地層壓力的變化特征。

（4）基于Fillippone公式法的地層壓力預(yù)測(cè)方法

Fillippone方法及其改進(jìn)方法不依賴正常壓實(shí)趨勢(shì)線，可以直接由地震層速度計(jì)算地層壓力。

Fillippone公式為[7-8]

經(jīng)文獻(xiàn)［9］改進(jìn)的Fillippone公式為

經(jīng)文獻(xiàn)［10］改進(jìn)的Fillippone公式為

圖5　Mh1三維區(qū)三疊系百口泉組地層壓力預(yù)測(cè)剖面（基于特征曲線反演的地層壓力預(yù)測(cè)方法）

目前主要應(yīng)用的方法是文獻(xiàn)［10］改進(jìn)的Fillip?pone公式法，這種方法主要是采用地震疊加速度根據(jù)DIX公式計(jì)算得到低頻層速度[11]，采用道積分反演的聲波阻抗和Gardner公式計(jì)算高頻層速度[12]，利用鉆井信息對(duì)地震計(jì)算結(jié)果進(jìn)行約束，即可獲得研究區(qū)的地層壓力數(shù)據(jù)。

在Mh1三維區(qū)的應(yīng)用中，對(duì)該方法進(jìn)行了2點(diǎn)改進(jìn)：一是分巖性計(jì)算地層壓力，（6）式在計(jì)算地層壓力時(shí)未考慮巖性速度差異的影響，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通過(guò)巖性敏感參數(shù)的交會(huì)分析，只預(yù)測(cè)砂礫巖儲(chǔ)集層的壓力變化；二是利用研究區(qū)基于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的單井地層壓力預(yù)測(cè)曲線，對(duì)由地震計(jì)算的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行平面校正，提高了地層壓力預(yù)測(cè)精度。

從Mh1三維區(qū)預(yù)測(cè)地層壓力平面圖（圖6a）和剖面圖（圖6b）上可以看出，改進(jìn)后Fillippone公式法一方面較好地反映了Mh1井周緣的局部高壓特征，另一方面也較好地反映了三疊系百口泉組壓力平面變化趨勢(shì)特征，與鉆井實(shí)測(cè)地層壓力吻合良好。

圖6　Mh1三維區(qū)三疊系百口泉組地層壓力預(yù)測(cè)剖面（基于Fillippone公式法的地層壓力預(yù)測(cè)方法）

2　應(yīng)用效果分析

在Mh1三維區(qū)，采用基于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的單井地層壓力計(jì)算方法得到準(zhǔn)確的地層壓力縱向變化趨勢(shì)，結(jié)合以上3種地震預(yù)測(cè)方法，較好地落實(shí)了研究區(qū)百口泉組地層壓力變化。基于特征曲線反演的地層壓力預(yù)測(cè)結(jié)果和基于Fillippone公式法的地層壓力預(yù)測(cè)結(jié)果整體變化趨勢(shì)相似，均表現(xiàn)為Mh1井周緣為高壓異常區(qū)，向四周逐漸變?yōu)槌海▓D5）。預(yù)測(cè)壓力與鉆井實(shí)測(cè)壓力相比，變化趨勢(shì)吻合，絕對(duì)誤差均小于0.08，相對(duì)誤差在6.25%以內(nèi)（大于10%為不吻合），預(yù)測(cè)精度較高（表1）。根據(jù)壓力預(yù)測(cè)結(jié)果，在研究區(qū)部署了Mh4井，日產(chǎn)原油14.2 t，出油層段壓力系數(shù)為1.38，與預(yù)測(cè)結(jié)果吻合較好。

為進(jìn)一步驗(yàn)證井震結(jié)合地層壓力預(yù)測(cè)方法的適應(yīng)性，在準(zhǔn)噶爾盆地4個(gè)區(qū)塊進(jìn)行了應(yīng)用，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)壓力吻合度較高，吻合度不低于75%（表2）。

表1　Mh1三維區(qū)實(shí)測(cè)與預(yù)測(cè)壓力系數(shù)誤差統(tǒng)計(jì)

表2　準(zhǔn)噶爾盆地地層壓力預(yù)測(cè)應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

3　結(jié)論

（1）在單井地層壓力預(yù)測(cè)結(jié)果約束的情況下，組合應(yīng)用地震層速度法、特征曲線反演法和改進(jìn)后的Fillippone方法，能夠有效提高地層壓力預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

（2）砂礫巖儲(chǔ)集層異常高壓多為常壓背景下的局部高壓，與油氣分布有一定關(guān)系，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其高壓區(qū)范圍，對(duì)井位的優(yōu)選部署有較高的參考價(jià)值。

符號(hào)注釋

A，B——待定系數(shù)；

a——砂地比，%；

F（v）——地震層速度校正系數(shù)；

g——重力加速度，m/s2；

h——上覆地層厚度，m；

pe——巖石骨架應(yīng)力，MPa；

po——上覆地層壓力，MPa；

pp——地層孔隙壓力，MPa；

v1——地震波在砂巖中的傳播速度，m/s；

v2——地震波在泥巖中的傳播速度，m/s；

vi——地震層速度，m/s；

vio——任意一點(diǎn)原始地震層速度，m/s；

vih——埋深校正后的地震層速度，m/s；

viL——統(tǒng)一到砂巖的地震層速度，m/s；

vif——由井上擬合地震層速度與埋深關(guān)系計(jì)算所得地震層速度，m/s；

vimin——目的層頂部埋深最淺處地震層速度，m/s；

vma——巖石骨架速度，m/s；

vmax，vmin——分別為最大、最小地震層速度，m/s；

?——巖層平均孔隙度，%；

ρma——巖石骨架平均密度，g/cm3；

ρf——流體平均密度g/cm3.

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Application ofAbnormal Formation Pressure Prediction Technologies in Junggar Basin

XUBaorong,XUHaitao,YUBaoli,JINGHailu,GUO Jinyu
(Research Institute ofGeology,BGP,CNPC,Zhuozhou,Hebei072750,China)

The results from drilling in Mahu sag of Junggarbasin have confirmed that there exits abnormal formation pressure in the Perm?ian and Triassic strata,with characteristic ofhigh pressure and high productivity.The available predictionmethods forformation pressure bywell logsand seismic velocity data are allbased onmudstone undercompaction theory.Forglutenite reservoir,itsformation pressure pre?dictionmay result in big differencesbetween the predicted pressure and themeasured one.According to such a characteristic,thewell logs?seismic velocity data combination forformation pressure prediction is adopted to form a setoftechnologies for it,including seismic interval velocitymethod,characteristic curve inversionmethod and improved Fillippone formulamethod.The application ofthesemethodsachieves betterresults in Mahu sag ofJunggarbasin and providesbasisforscientific drillingand efficientwelldeployment.

Junggarbasin;abnormalformation pressure;well logs?seismic velocity combination;pressure prediction

TE112.23

A

1001-3873（2015）05-0597-05

10.7657/XJPG20150519

2015-03-06

2015-05-18

徐寶榮（1971-），女，河南開(kāi)封人，工程師，地震資料解釋，（Tel）0991-4295961（E-mail）1084505972@qq.com.