西湖凹陷平湖斜坡帶花港組異常壓力預(yù)測*

周海廷, 姜效典, 李德勇, 邢軍輝

(中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 266100)

西湖凹陷平湖斜坡帶花港組異常壓力預(yù)測*

周海廷, 姜效典**, 李德勇, 邢軍輝

(中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 266100)

針對西湖凹陷中深層普遍存在異常壓力的現(xiàn)象, 以實(shí)測地層壓力為約束，結(jié)合鉆井異常壓力預(yù)測，在測井約束的波阻抗反演方法反演花港組的層速度的基礎(chǔ)上，利用Fillippone公式計算地層壓力系數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)平湖斜坡帶花港組異常壓力的預(yù)測。預(yù)測結(jié)果顯示：平湖斜坡帶花港組地層泥巖段普遍存在異常高壓，且異常高壓明顯呈帶狀分布，在垂向上可劃分為4個異常高壓帶。隨著花港組地層埋深的增加，異常高壓帶的壓力系數(shù)由西向東、由南向北具有逐漸增大的特征，即平湖斜坡帶花港組地層異常壓力的分布受到泥巖發(fā)育和地層埋深的共同影響。

平湖斜坡帶； 花港組； 層速度反演； 異常壓力預(yù)測

異常壓力是地下某一特定深度范圍的地層中，由于地層欠壓實(shí)、生烴作用、構(gòu)造變動等因素的影響而背離正常地層靜水壓力趨勢線的地層流體壓力[1]，異常壓力可以用壓力系數(shù)進(jìn)行表征，國內(nèi)地層壓力分類認(rèn)為壓力系數(shù)小于0.9和大于1.1的均為異常壓力[2]。油氣勘探實(shí)踐表明，異常壓力是含油氣盆地中普遍存在的地質(zhì)現(xiàn)象[3]，異常壓力的存在不僅是油氣運(yùn)聚成藏的重要動力之一，也對油氣勘探開發(fā)過程中鉆井工程設(shè)計和施工具有重要影響[4]，因此，異常壓力的預(yù)測是油氣勘探和開發(fā)面臨的重要地質(zhì)問題。

異常壓力預(yù)測研究開始于1960年代，到目前為止，提出了一系列異常壓力預(yù)測的方法，主要可以分為兩類：一類以正常壓實(shí)趨勢線的建立為基礎(chǔ)，包括Eaton法、等效深度法、比值法等[5-7]，另一類方法以地震波傳播速度在異常壓力帶具有相對高速或低速的特征為基礎(chǔ)，包括Fillippone法、綜合參數(shù)法等[8-10]，在上述方法研究的基礎(chǔ)上，部分學(xué)者提出測井、地震參數(shù)聯(lián)合應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)地層壓力預(yù)測的方法[11-13]。

平湖斜坡帶作為西湖凹陷重要的油氣富集區(qū)帶，前人對該構(gòu)造帶異常壓力的研究做了大量的工作，張先平等[14]利用鉆井試油測壓數(shù)據(jù)分析了平湖斜坡帶的壓力分布特征，楊彩虹等[15]利用Eaton法計算了平湖斜坡帶已鉆井的壓力曲線，劉金水[16]則利用Bowers法恢復(fù)了平湖斜坡帶單井壓力剖面，張國華[17]則對西湖凹陷異常壓力形成機(jī)制進(jìn)行了研究，研究認(rèn)為平湖斜坡帶在平湖組地層普遍發(fā)育異常高壓，形成機(jī)制主要為欠壓實(shí)和生烴作用。上述研究工作主要以鉆井異常壓力預(yù)測為主，但針對平湖斜坡帶鉆井少且分布不均衡的情況，上述研究無法準(zhǔn)確給出研究區(qū)異常壓力的總體分布特征。此外，前人研究主要針對平湖斜坡帶平湖組地層，而花港組作為研究區(qū)重要的油氣儲集層[18]，對其異常壓力的研究有助于油氣開發(fā)過程中的鉆井設(shè)計與實(shí)施。因此，本文以平湖斜坡帶花港組為目的層段，在鉆井異常壓力預(yù)測的基礎(chǔ)上，采用測井資料約束的波阻抗反演方法反演層速度剖面，然后利用Fillippone法計算壓力系數(shù)，并利用鉆井地層壓力系數(shù)對結(jié)果進(jìn)行校正，最終得到準(zhǔn)確的異常壓力系數(shù)剖面，進(jìn)而對平湖斜坡帶花港組異常壓力進(jìn)行預(yù)測。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地-的東北部，西鄰海礁凸起和魚山凸起，東接釣魚島隆褶帶，整體呈北北東向展布，面積約5.9×104km2，具有豐富的油氣資源和優(yōu)越的成藏條件，是東海陸架盆地中規(guī)模最大的新生代富油氣凹陷[19]。西湖凹陷可以劃分為保俶斜坡帶、三潭深凹、中央背斜帶、白堤深凹和天屏斷裂帶等5個構(gòu)造帶，平湖構(gòu)造帶則位于保俶斜坡帶中部，自北向南細(xì)分為平北區(qū)、平湖區(qū)和平南區(qū)3個次級構(gòu)造單元，研究區(qū)主要位于平北區(qū)和平湖區(qū)(見圖1)。

平湖斜坡帶主要以新生代碎屑沉積為主，自下而上依次發(fā)育了始新統(tǒng)甌江組和平湖組，漸新統(tǒng)花港組，中新統(tǒng)龍井組、玉泉組和柳浪組，上新統(tǒng)三潭組和第四系東海群。本次研究的目的層是花港組地層，由上、下兩段組成，花港組下段巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、含礫砂巖為主，總體呈砂夾泥的特征，花港組上段巖性主要為泥巖、粉砂巖、粉細(xì)砂巖、細(xì)砂巖為主，下部以砂夾泥為特征，上部以泥夾砂或砂泥互層為特征，頂部則主要為泥巖?？傮w來說，花港組地層的巖性自下而上呈泥巖增多，砂巖減少的特征。

圖1 平湖斜坡帶構(gòu)造位置及井位分布示意圖(據(jù)文獻(xiàn)[20]修改)

2 鉆井異常壓力識別與預(yù)測

一般情況下，在正?？紫秹毫Φ貙?，其泥巖段的聲波時差曲線在半對數(shù)坐標(biāo)系呈現(xiàn)正常壓實(shí)趨勢線，而當(dāng)?shù)貙訅毫Τ霈F(xiàn)異常時，聲波時差曲線將偏離正常壓實(shí)趨勢線，且偏離程度反映了異常壓力的大小[21]，因此，本次研究首先利用鉆井聲波時差資料對平湖斜坡帶花港組異常壓力進(jìn)行了初步識別。W2井位于研究區(qū)北部，該井在花港組上段頂部、花港組上下段分界處及花港組下段的聲波時差均偏離正常壓實(shí)趨勢線，出現(xiàn)偏高的異常值區(qū)，推測為異常高壓(見圖2)。W5井位于研究區(qū)南部，該井在花港組上段頂部和花港組下段頂部，其聲波時差偏離正常壓實(shí)趨勢線，出現(xiàn)偏高的異常值區(qū)，也推測為異常高壓(見圖3)。

通過上述分析，推測平湖斜坡帶花港組地層發(fā)育異常高壓，在此基礎(chǔ)上，本文利用Eaton法構(gòu)建花港組鉆井地層壓力曲線。該方法由Eaton于1972年提出[6]，主要利用實(shí)測聲波時差與趨勢聲波時差的偏差并通過冪指數(shù)模型計算鉆井地層壓力，其計算公式如下：

(1)

式中：PP為地層壓力；P0為上覆巖層壓力；Ph為靜水壓力；Δtn為實(shí)測聲波時差；Δt0為趨勢聲波時差；N為伊頓指數(shù)。

圖2和3展示了利用Eaton法構(gòu)建的花港組鉆井地層壓力及壓力系數(shù)曲線，并和巖性進(jìn)行了對比分析。結(jié)果顯示：W2和W5井的壓力系數(shù)變化趨勢與聲波時差變化趨勢基本一致。W2井在花港組上段頂部存在一個明顯的異常高壓區(qū)，壓力系數(shù)最大可達(dá)1.27，在花港組上下段分界處及下段中部也發(fā)育異常高壓區(qū)，壓力系數(shù)約為1.18左右(見圖2)。W5井在花港組上段和下段的頂部均存在異常高壓區(qū)，壓力系數(shù)在1.15左右(見圖3)，為弱異常高壓區(qū)。通過和巖性對比發(fā)現(xiàn)，兩口鉆井的異常高壓區(qū)對應(yīng)泥巖發(fā)育的層段，而砂巖發(fā)育的層段基本為常壓系統(tǒng)。

圖2 W2井花港組鉆井聲波時差特征、壓力曲線及巖性柱狀圖

圖3 W5井花港組鉆井聲波時差特征、壓力曲線及巖性柱狀圖

3 平湖斜坡帶花港組異常壓力預(yù)測

通過對鉆井異常壓力預(yù)測結(jié)果的分析，平湖斜坡帶花港組地層存在異常高壓，且異常高壓的分布與砂、泥巖分布情況有關(guān)。測井約束的波阻抗反演方法一方面可以獲取準(zhǔn)確的地層速度資料，用于反演研究區(qū)異常壓力帶，另一方面可以反映研究區(qū)砂、泥巖的分布情況，對異常壓力反演結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)研究區(qū)異常壓力帶的預(yù)測。

3.1 基本原理

正常情況下，地層速度隨著埋深的增大而增大，符合指數(shù)規(guī)律，而當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)異常壓力時，地層速度會出現(xiàn)異常變化，對于異常高壓地層其地層速度會降低，利用Fillippone公式預(yù)測地層壓力，就是利用了高壓層低速度的特點(diǎn)，以地層速度和壓力之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，進(jìn)行異常壓力預(yù)測[22]。

該方法的關(guān)鍵是獲取準(zhǔn)確的地層速度資料，而測井約束的波阻抗反演可以進(jìn)行地層速度的準(zhǔn)確計算[23-24]。已知波阻抗是地層密度和速度的乘積，即

Z=ρ×V。

(2)

式中：Z為波阻抗；ρ為密度；V為層速度，而地層密度和速度滿足Gardner公式，式中A、B為常數(shù)。因此，由上述公式可以推出波阻抗和速度的關(guān)系式為：

Z=A×V(1+B)。

(3)

利用公式(3)可以將波阻抗反演數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為層速度數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，利用Fillippone公式：

(4)

計算得到地層壓力，式中：PP為地層壓力；P0為上覆巖層壓力；Vmax為地層巖石骨架速度；Vmin為孔隙流體速度；Vint為地層的層速度。

3.2 異常壓力預(yù)測

3.2.1 地層速度體反演 根據(jù)層速度計算原理，本文反演平湖斜坡帶層速度體的步驟如下：

(1)波阻抗與層速度關(guān)系擬合

利用W1～W5井的實(shí)測聲波時差數(shù)據(jù)，結(jié)合各鉆井的實(shí)測密度數(shù)據(jù)，利用公式(2)計算各鉆井處的波阻抗數(shù)據(jù)，并對鉆井波阻抗與層速度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到平湖斜坡帶的波阻抗與層速度關(guān)系式(見圖4)。

圖4 平湖斜坡帶波阻抗與層速度關(guān)系

(2)層速度反演

利用測井約束的波阻抗反演方法得到平湖斜坡帶花港組波阻抗數(shù)據(jù)體，然后采用擬合的公式將波阻抗轉(zhuǎn)換為地層層速度，得到平湖斜坡帶花港組層速度剖面(見圖5，6)，并與鉆井巖性進(jìn)行對比。由剖面圖可以看出：花港組砂、泥巖互層分布，花港組上段泥巖較發(fā)育，而花港組下段砂巖厚度較大，泥巖的層速度明顯小于上覆砂巖的層速度，特別是在花港組上下段分界面附近存在明顯的低速帶。

3.2.2 花港組異常壓力預(yù)測 在獲取花港組層速度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用Fillippone公式計算花港組地層的地層壓力及壓力系數(shù)，繪制出花港組地層壓力系數(shù)預(yù)測剖面，并和鉆井壓力系數(shù)曲線進(jìn)行了對比。通過對比可以看出：W1和W3井的鉆井壓力系數(shù)曲線和壓力系數(shù)預(yù)測剖面趨勢一致，而W2井鉆穿斷層，由于花港組地層發(fā)生錯斷，導(dǎo)致花港組下段頂部的鉆井壓力系數(shù)曲線和壓力系數(shù)預(yù)測剖面出現(xiàn)誤差，但總體來說兩者趨勢基本一致(見圖7，8)，說明測井約束的層速度反演預(yù)測異常壓力的方法具有較好的準(zhǔn)確性。

圖5 平湖斜坡帶花港組層速度剖面(Line 1)

圖6 平湖斜坡帶花港組層速度剖面 (Line 2)

圖7和8展示了平湖斜坡帶花港組的兩條壓力系數(shù)預(yù)測剖面，從預(yù)測剖面可以看出，平湖斜坡帶花港組地層異常壓力在垂向上可分為4個異常高壓帶。高壓帶1和高壓帶3分別位于花港組上段頂界面和花港組上、下段分界面，其整體連續(xù)性好，厚度分布均勻，其中高壓帶3壓力系數(shù)較大，這兩個高壓帶的壓力系數(shù)由西向東、由南向北隨著地層埋深的增加而逐漸增大，壓力系數(shù)最大可達(dá)1.4。高壓帶2位于花港組上段的中部，其南北向連續(xù)性較好，厚度分布均勻，壓力系數(shù)變化不大，而東西向連續(xù)性差，向西高壓帶厚度逐漸減薄，壓力系數(shù)也逐漸減小，該高壓帶壓力系數(shù)在1.15～1.3。高壓帶4位于花港組下段的中部，分布范圍有限，主要集中在研究區(qū)的東部和南部，向西和向北厚度逐漸變薄，直至尖滅，該高壓帶壓力系數(shù)在1.15～1.2。在這4個高壓帶的過渡區(qū)域存在常壓帶和弱高壓帶，這與W1～W3井的單井異常壓力預(yù)測結(jié)果所反映的壓力結(jié)構(gòu)相吻合。

由壓力系數(shù)預(yù)測剖面和層速度剖面對比可以看出，花港組異常壓力帶多發(fā)育在低速度的泥巖段。前人研究認(rèn)為，平湖斜坡帶在花港組下段沉積時期，經(jīng)歷了比較大的水進(jìn)過程，泥巖快速沉積，導(dǎo)致孔隙水無法及時排出[17]，因此，推測泥巖的欠壓實(shí)是花港組泥巖段層速度降低及地層壓力異常的主要原因。此外，通過鉆井及剖面的異常壓力與巖性的對比發(fā)現(xiàn)，花港組泥巖普遍發(fā)育異常高壓，而砂巖基本為正常壓力系數(shù)，即花港組異常壓力的分布受泥巖發(fā)育的影響。

圖7 平湖斜坡帶花港組壓力系數(shù)預(yù)測剖面(Line 1)

圖8 平湖斜坡帶花港組壓力系數(shù)預(yù)測剖面(Line 2)

4 結(jié)語

針對鉆井資料少，實(shí)測地層壓力資料更少的平湖斜坡帶，利用測井約束的層速度體反演預(yù)測地層壓力的方法可以有效預(yù)測平湖斜坡帶花港組的異常壓力分布。預(yù)測結(jié)果顯示，西湖凹陷平湖斜坡帶花港組地層也存在異常高壓，且異常高壓的分布與巖性具有一定的相關(guān)性，垂向上異常高壓明顯呈帶狀分布，可劃分為4個異常高壓帶，平面上異常壓力系數(shù)隨著花港組地層埋深的增加，整體呈現(xiàn)由西向東、由南向北增大的特征。

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責(zé)任編輯 徐 環(huán)

Abnormal Pressure Prediction of Huagang Formation in Pinghu Slope, Xihu Sag

ZHOU Hai-Ting， JIANG Xiao-Dian， LI De-Yong， XING Jun-Hui

(College of Marine Geoscience， Ocean University of China， Qingdao 266100， China)

Abnormal pressure is generally developed in the middle-deep formation in Xihu sag，based on the interval velocity calculation with the method of well-constrained impedance inversion, the formation pressure coefficient is calculated by using Fillippone equation, combined the measured formation pressure data with drilling well abnormal pressure prediction approach, then the distribution of the abnormal pressure of Huagang formation can be analyzed.The result shows that: the overpressures are commonly developed in shale formation of Huagang in Pinghu slope，and distribute as belt obviously, which can be divided into four overpressure belts in the vertical direction. The pressure coefficient of the overpressure belts is increasing form west to east and form south to north gradually, as the depth of Huagang formation deepens. The above distribution characteristics of the overpressure belts prove that the abnormal pressures of Huagang formation in Pinghu slope is controlled by the shale development and formation depth.

Pinghu slope; Huagang formation; interval velocity inversion; abnormal pressure prediction

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(GZH200900504-217-3)；國家科技攻關(guān)項(xiàng)目(2016ZX05027-002-005)資助 Supported by the China Geological Survey Program(GZH200900504-217-3); the National Program for Science and Technology Development(2016ZX05027-002-005)

2015-08-24；

2015-11-16

周海廷(1986-)，男，博士生。Email: zhouhaiting8@163.com

** 通訊作者：E-mail：xdjiang@ouc.edu.cn

P642

A

1672-5174(2017)03-080-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20150298

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