松遼盆地長(zhǎng)垣地區(qū)白堊系青山口組一段有機(jī)質(zhì)含量對(duì)超壓分析的影響及校正方法

徐澤陽(yáng),趙靖舟，李軍

(1.西安石油大學(xué) 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710065；2.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

超壓廣泛分布于世界各大盆地中,通常是指高于靜水壓力的孔隙流體壓力。最初人們研究超壓主要是為鉆井服務(wù),而隨著研究的深化,超壓分析已成為油氣成藏研究中的重要一環(huán)。近些年來(lái),超壓研究在方法手段和觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)兩方面呈現(xiàn)出了一定的發(fā)展趨勢(shì)。

首先,超壓成因判別方法由過(guò)去的推測(cè)性判別不斷轉(zhuǎn)變?yōu)橐詼y(cè)井、鉆井、錄井等參數(shù)為基礎(chǔ)的實(shí)證性判別,并形成了一系列成因判別理論,主要包括:基于“加載-卸載”理論的“有效應(yīng)力-聲波速度法”[1-2]、基于測(cè)井參數(shù)敏感性的“速度-密度交會(huì)圖法”[3-5]以及在這二者基礎(chǔ)上延伸出的一系列方法。在壓力預(yù)測(cè)方面,由早期僅適用于非均衡壓實(shí)成因超壓的平衡深度法發(fā)展出指數(shù)可靈活變換的Eaton指數(shù)法[6]、考慮成因的Bowers法[7]以及經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的劉震法[8-9]等。其次在認(rèn)識(shí)方面,起初關(guān)于超壓成因的認(rèn)識(shí)大都以不均衡壓實(shí)成因?yàn)橹鲗?dǎo)。近年來(lái),隨著超壓成因判別及預(yù)測(cè)方法的發(fā)展及完善,人們逐漸開(kāi)始重視生烴膨脹、成巖作用、構(gòu)造傳導(dǎo)等非不均衡壓實(shí)的超壓成因。

同樣,早期關(guān)于松遼盆地內(nèi)部泥巖地層超壓的研究多認(rèn)為不均衡壓實(shí)是超壓的主要來(lái)源。雖然也有學(xué)者提出非不均衡壓實(shí)成因?qū)Τ瑝贺暙I(xiàn)的可能,但卻缺乏實(shí)證性分析[10]。筆者在對(duì)松遼盆地長(zhǎng)垣地區(qū)青山口組一段(青一段)進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn),該段地層是區(qū)域性?xún)?yōu)質(zhì)烴源巖,其內(nèi)部低密度有機(jī)質(zhì)將對(duì)測(cè)井參數(shù)產(chǎn)生一定影響,其勢(shì)必會(huì)使超壓成因判別結(jié)果出現(xiàn)偏差。因此,本文將以長(zhǎng)垣地區(qū)葡532井為例,給出一套適用于該地區(qū)青一段超壓研究的測(cè)井參數(shù)校正處理方法。

1 測(cè)井資料分析

葡532井位于大慶長(zhǎng)垣中部,該區(qū)青一段是松遼盆地主要的烴源巖之一,干酪根以 Ⅰ 型為主,現(xiàn)今實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.65%～1.15%,平均為0.90%,處于成熟階段。由于上覆青二段-青三段為巨厚的泥巖段,故大部分烴類(lèi)沿?cái)鄬酉蛳隆暗构唷边M(jìn)入了扶、楊油層聚集成藏。目前普遍認(rèn)為向下“倒灌”需具備足夠的動(dòng)力,故對(duì)該段地層壓力特征進(jìn)行詳細(xì)分析。

觀察發(fā)現(xiàn),區(qū)內(nèi)青一段泥巖聲波時(shí)差普遍偏離正常壓實(shí)曲線(圖1)。結(jié)合地層測(cè)試顯示的超壓現(xiàn)象,有學(xué)者認(rèn)為該區(qū)普遍存在的超壓系不均衡壓實(shí)成因。然而,單憑聲波時(shí)差特征確定超壓成因幾乎是不可能的,還需結(jié)合其他資料綜合判斷[11]。

Bowers(2002)指出體密度、孔隙度屬于體積屬性(bulk property),聲波時(shí)差、電阻率屬于傳導(dǎo)屬性(transport property)；此外,當(dāng)孔隙度保持不變,孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí),體積屬性基本不變或變化程度極小,而傳導(dǎo)屬性將表現(xiàn)出極強(qiáng)的敏感性[2,12]。他根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析指出,孔隙和喉道對(duì)體積屬性的影響是一致的；但對(duì)于傳導(dǎo)屬性而言,喉道的影響是占主導(dǎo)地位的。也正因如此,由于不均衡壓實(shí)僅是壓實(shí)過(guò)程的停頓或放緩,其對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)影響不大,所以傳導(dǎo)屬性與體積屬性對(duì)這類(lèi)成因的超壓響應(yīng)是一致的；而對(duì)于生烴這類(lèi)流體膨脹成因的超壓而言,由于壓力由內(nèi)部生成,其對(duì)喉道與孔隙的重新分布影響重大,因此將表現(xiàn)出傳導(dǎo)屬性響應(yīng)強(qiáng)烈而體積屬性沒(méi)有響應(yīng)或響應(yīng)微弱的特征。根據(jù)這一理論,本文將以葡532井為例,對(duì)體密度及聲波時(shí)差進(jìn)行對(duì)比分析,試圖尋找研究區(qū)超壓的真正成因。此外,本文采用Tingay(2007)[13]的方法,將二者分別計(jì)算為孔隙度,進(jìn)而方便對(duì)比。

1.1 密度計(jì)算孔隙度

本文采用下式計(jì)算密度孔隙度(即用密度參數(shù)計(jì)算出的孔隙度,下同):

(1)

式中：Φden為密度孔隙度,小數(shù)；ρma為泥巖骨架密度,取經(jīng)驗(yàn)值2.68 g/cm3；ρf為孔隙流體密度,取地層水密度1.05 g/cm3；ρb為取值點(diǎn)體密度,由密度測(cè)井曲線讀取,g/cm3。

圖1 長(zhǎng)垣及三肇地區(qū)葡451—宋深6井聲波時(shí)差隨埋藏深度變化Fig.1 Interval transit time vs. buried depth in Wells Pu451-Songshen6 in Placanticline and Sanzhao areas

1.2 聲波時(shí)差計(jì)算孔隙度

根據(jù)Raymer等校正的Wyllie方程,即可求得聲波孔隙度(即用聲波時(shí)差參數(shù)計(jì)算出的孔隙度,下同):

(2)

式中：Φsonic為聲波孔隙度,小數(shù)；Cp為地層壓實(shí)系數(shù),無(wú)量綱；Δt為實(shí)測(cè)聲波時(shí)差,μs/m；Δtf為孔隙流體聲波時(shí)差,取地層水聲波時(shí)差625 μs/m；Δtma為泥巖骨架聲波時(shí)差,μs/m。

與密度求取孔隙度不同,聲波時(shí)差計(jì)算孔隙度時(shí)應(yīng)求得相應(yīng)的地層壓實(shí)系數(shù)Cp以及泥巖骨架聲波時(shí)差Δtma。為了達(dá)到這一目的,本文選取嫩江組三段—五段非源巖泥巖層(下文敘述原因),讀取聲波時(shí)差并計(jì)算出對(duì)應(yīng)點(diǎn)密度孔隙度進(jìn)行交會(huì),進(jìn)而讀取孔隙度為0處的聲波時(shí)差值作為泥巖骨架聲波時(shí)差。對(duì)于葡532井而言,其泥巖骨架聲波時(shí)差值應(yīng)取207.79 μs/m(圖2)。

關(guān)于地層壓實(shí)系數(shù)Cp,可根據(jù)下述方法計(jì)算:

若圖2擬合結(jié)果為:Φden=aΔt-b

(3)

式中：Cp為地層壓實(shí)系數(shù),無(wú)量綱；Δtf為孔隙流體聲波時(shí)差,取地層水聲波時(shí)差625 μs/m；Δtma為泥巖骨架聲波時(shí)差,取207.79 μs/。

經(jīng)計(jì)算,葡532井地層壓實(shí)系數(shù)取1.71。

1.3 結(jié)果分析

選取地層壓力正常段(嫩江組三段—五段)的密度孔隙度回歸出正常壓實(shí)曲線,并將密度孔隙度與聲波孔隙度同時(shí)投入深度剖面后,可得圖3。

圖2 長(zhǎng)垣地區(qū)葡532井密度孔隙度-聲波時(shí)差交會(huì)圖Fig.2 The cross-plot of density porosity-interval transit time for Well Pu532 in Placanticline area

圖3 長(zhǎng)垣地區(qū)葡532井密度孔隙度和聲波孔隙度隨深度變化Fig.3 The density porosity and acoustic porosity vs. buried depth in Well Pu532 in Placanticline area

觀察發(fā)現(xiàn),在嫩江組三段—五段,由于地層壓力正常,密度孔隙度與聲波孔隙度同時(shí)沿正常壓實(shí)曲線分布。然而,在青一段內(nèi),密度孔隙度與聲波孔隙度明顯偏離正常壓實(shí)曲線,且聲波孔隙度偏離幅度遠(yuǎn)大于密度孔隙度。Tingay(2009)在探討文萊盆地超壓成因時(shí)層指出,青一段這種現(xiàn)象反映了不均衡壓實(shí)成因超壓的存在[14]。關(guān)于孔隙度對(duì)比法的具體介紹及實(shí)例,也可參考趙靖舟等(2017)對(duì)超壓判別方法的總結(jié)[11]。

圖3中的這一結(jié)果所反映的超壓成因似乎與目前關(guān)于松遼盆地青一段超壓成因的普遍認(rèn)識(shí)一致,即不均衡壓實(shí)是導(dǎo)致現(xiàn)今壓力異常的主要原因。然而,觀察圖1發(fā)現(xiàn),研究區(qū)內(nèi)聲波時(shí)差在源巖段內(nèi)的偏離幅度往往高于相鄰層位。同時(shí),不難看出,青一段烴源巖的聲波時(shí)差異常幅度明顯高于其緊鄰的青二段-青三段巨厚泥巖層。筆者認(rèn)為青一段烴源巖中富含大量低密度有機(jī)質(zhì),勢(shì)必會(huì)影響聲波時(shí)差的變化,進(jìn)而影響孔隙度計(jì)算的可靠性(此處所說(shuō)的可靠性是指能夠真實(shí)反映超壓成因的程度,而非確切的孔隙度值)。因此,上述結(jié)果是否能夠真實(shí)反映超壓成因,還需進(jìn)一步論證。

2 有機(jī)質(zhì)含量校正方法

為了消除有機(jī)質(zhì)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,本文分別對(duì)密度孔隙度及聲波孔隙度進(jìn)行了校正。

與非源巖段不同,青一段泥頁(yè)巖主要由非有機(jī)質(zhì)泥巖骨架、固體有機(jī)質(zhì)及孔隙流體構(gòu)成(圖4)。此外,由于研究區(qū)青一段源巖已經(jīng)生烴并大量排出,故應(yīng)將其內(nèi)孔隙流體定為石油。綜上,目前需確定的主要參數(shù)即為固體有機(jī)質(zhì)及非有機(jī)質(zhì)泥巖骨架的體積在烴源巖中的占比。

2.1 固體有機(jī)質(zhì)體積求取

如上所述,利用測(cè)井資料對(duì)烴源巖段超壓成因進(jìn)行判別時(shí),首先要獲得地質(zhì)體中固體有機(jī)質(zhì)的體積。一般而言,目前可直接獲得的相關(guān)參數(shù)應(yīng)當(dāng)是總有機(jī)碳含量(TOC),其作為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)豐度的主要指標(biāo)之一,可用來(lái)參與超壓成因判別中的有機(jī)質(zhì)含量校正計(jì)算。獲取總有機(jī)碳含量最直接的手段即為地球化學(xué)分析測(cè)試,然而這種方法卻存在周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、取樣點(diǎn)不連續(xù)等缺點(diǎn)。在進(jìn)行超壓成因分析時(shí),離散且稀疏的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)往往難以有效地參與有機(jī)質(zhì)含量的校正計(jì)算。為了彌補(bǔ)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不足,人們通常根據(jù)測(cè)井曲線與有機(jī)碳含量之間的定量關(guān)系,進(jìn)行TOC計(jì)算。常見(jiàn)的TOC預(yù)測(cè)方法有ΔlgR法、自然伽馬能譜法、多元回歸法及氣測(cè)錄井法等。

圖4 烴源巖體積模型示意圖Fig.4 Schematic diagram showing the volume model of source rocks

對(duì)于松遼盆地而言,ΔlgR法是當(dāng)下應(yīng)用最為普遍的烴源巖有機(jī)碳含量預(yù)測(cè)方法?；羟锪⒌雀鶕?jù)松科1井實(shí)測(cè)資料分析,對(duì)ΔlgR法中所需參數(shù)進(jìn)行了確定,并對(duì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行了完善,其結(jié)果普遍適用于松遼盆地青一段[15]。具體計(jì)算過(guò)程如下:

(4)

ΔlgR′=lgR+0.02Δt

(5)

ωTOC=aΔlgR+b

(6)

研究區(qū)內(nèi)青一段烴源巖成熟度普遍處于低熟至生油高峰階段,故根據(jù)式(1)—(3)可采用如下算式預(yù)測(cè)ωTOC:

ωTOC=5ΔlgR+0.3

(7)

針對(duì)葡532井青一段烴源巖的TOC計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

值得注意的是,孔隙度實(shí)際上是體積分?jǐn)?shù),想要對(duì)其進(jìn)行計(jì)算,就必須將TOC的質(zhì)量占比轉(zhuǎn)化為體積百分比,其體積分?jǐn)?shù)與質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系見(jiàn)下式:

(8)

式中:ΦTOC為固體有機(jī)質(zhì)在固體骨架中的體積百分比,小數(shù)；k為有機(jī)碳轉(zhuǎn)化系數(shù),該系數(shù)受有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和巖層成巖作用的影響,其取值范圍為1.18～1.48(表1)；ρfm為烴源巖骨架密度,g/cm3；ρom為固體有機(jī)質(zhì)密度,g/cm3；ωTOC為T(mén)OC含量(質(zhì)量百分比),小數(shù)。

2.2 非有機(jī)質(zhì)泥巖骨架體積

在以地球化學(xué)分析測(cè)試法獲取烴源巖有機(jī)碳含量的過(guò)程中,往往都忽略了孔隙流體的質(zhì)量。因此,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中的ωTOC實(shí)際上是指固體有機(jī)質(zhì)在固體骨架中的質(zhì)量占比,即:

ωTOC=mTOC/(mTOC+m非)

(9)

式中:ωTOC為T(mén)OC含量(質(zhì)量百分比),小數(shù)；mTOC為測(cè)試樣品中有機(jī)碳的質(zhì)量,g；m非為測(cè)試樣品中非有機(jī)質(zhì)泥巖的質(zhì)量,g。

如前文所述,當(dāng)前的TOC預(yù)測(cè)方法基本是基于測(cè)井資料與實(shí)測(cè)資料之間的定量關(guān)系而建立的,因此其計(jì)算結(jié)果也僅能代表固體有機(jī)質(zhì)在整個(gè)固體骨架中的質(zhì)量占比,在孔隙度預(yù)測(cè)中應(yīng)作相應(yīng)變換。由此,只要獲得了固體有機(jī)質(zhì)體積的相關(guān)參數(shù),自然就可以得到非有機(jī)質(zhì)泥巖骨架在地質(zhì)體中的質(zhì)量或體積占比(圖6)。

圖5 長(zhǎng)垣地區(qū)葡532井青山口組一段TOC預(yù)測(cè)結(jié)果Fig.5 Prediction of TOC content in K1qn1 in Well Pu532,Placanticline area

表1 有機(jī)碳轉(zhuǎn)化系數(shù)k取值(據(jù)文獻(xiàn)[16])Table 1 The value table of organic carbon conversion coefficient(k)(after reference[16])

2.3 孔隙度校正

要想求得地質(zhì)體的孔隙度,首先要將烴源巖由三要素化簡(jiǎn)為二要素,即固體骨架和孔隙流體。

圖6 烴源巖各要素體積關(guān)系示意圖Fig.6 Schematic diagram showing the volume relationship of various source rock elements

因此,首先可將烴源巖固體骨架的密度及聲波時(shí)差寫(xiě)作:

ρfm=(1-ΦTOC)ρma+ΦTOCρom

(10)

Δtfm=(1-ΦTOC)Δtma+ΦTOCΔtom

(11)

式中:ΦTOC為固體有機(jī)質(zhì)在固體骨架中的體積百分比,小數(shù)；ρfm為烴源巖固體骨架密度,g/cm3；ρma為非有機(jī)質(zhì)泥巖骨架密度,取2.68 g/cm3；ρom為固體有機(jī)質(zhì)密度,取1.20 g/cm3；Δtfm為烴源巖骨架聲波時(shí)差,μs/m；Δtma為非有機(jī)質(zhì)泥巖骨架聲波時(shí)差,μs/m；Δtmo為固體有機(jī)質(zhì)聲波時(shí)差,取理論值550 μs/m。

用公式(10)和(11)分別替換公式(1)和(2)中的ρma和Δtma,可獲得烴源巖孔隙度計(jì)算式:

(12)

(13)

公式(10)和(11)中各參數(shù)與公式(1),(2),(10)和(11)中一致。

注意到,上述各式中ρfm較難確定,因此需要將公式(8)和(10)聯(lián)立得ΦTOC:

(14)

此外,李超等(2016)在研究鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥巖不均衡壓實(shí)特征時(shí),亦提出了應(yīng)用有機(jī)質(zhì)含量對(duì)聲波時(shí)差校正的理論式[17]:

(15)

式中:Δtma與公式(10)—(14)中有所不同。公式(15)中Δtma是指非有機(jī)質(zhì)泥巖骨架與固體有機(jī)質(zhì)共同組成的固體骨架所對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差,且在計(jì)算中取某一定值。本文中Δtma僅指非有機(jī)質(zhì)泥巖骨架那一部分對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差。很明顯,由于有機(jī)質(zhì)含量的變化,公式(15)中的Δtma并非定值,故本文關(guān)于該項(xiàng)的計(jì)算更為準(zhǔn)確。值得注意的是,實(shí)際上孔隙流體的相對(duì)含量也是影響孔隙度計(jì)算及聲波時(shí)差和密度校正的重要參數(shù)。遺憾的是,目前還沒(méi)有能夠準(zhǔn)確獲悉烴源巖內(nèi)部孔隙含油率及含水率的測(cè)井計(jì)算方法。因此,本次計(jì)算時(shí)只能根據(jù)油水聲波時(shí)差、密度及生排烴史相關(guān)資料給孔隙流體聲波時(shí)差及密度一個(gè)經(jīng)驗(yàn)估值。

綜上,對(duì)烴源巖段超壓進(jìn)行成因判別時(shí),應(yīng)遵循如下步驟:① 根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與實(shí)測(cè)TOC之間的定量關(guān)系,獲得目的層段垂向上連續(xù)的ωTOC信息；② 將反映質(zhì)量占比的ωTOC轉(zhuǎn)換為體積占比ΦTOC；③ 將三元烴源巖體化簡(jiǎn)為二元地質(zhì)體；④ 根據(jù)公式(12)—(14)進(jìn)行孔隙度計(jì)算。

3 有機(jī)質(zhì)含量校正結(jié)果

涉及到聲波及密度參數(shù)的超壓成因判別方法眾多,其中較為典型的當(dāng)屬孔隙度對(duì)比法及速度-密度交會(huì)圖法。這兩種的優(yōu)點(diǎn)在于能夠避免實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)匱乏的限制,可在一定程度上對(duì)各類(lèi)成因超壓進(jìn)行區(qū)分。

3.1 孔隙度對(duì)比法

將校正結(jié)果投在圖3中后可以看出,校正后的密度孔隙度已沿正常壓實(shí)曲線分布；而聲波孔隙度雖較之前有一定程度的降低,但仍表現(xiàn)為異常(圖7)。Tingay認(rèn)為這種情況是壓力的垂向傳導(dǎo)或流體膨脹造成的[14],這一結(jié)論與之前未校正得出的不均衡壓實(shí)成因截然不同。

3.2 速度-密度交會(huì)圖法

聲波速度-密度交會(huì)圖法也是較為可靠的超壓成因判別方法之一[11]。對(duì)比有機(jī)質(zhì)含量校正前后葡532井青山口組一段泥頁(yè)巖聲波速度-密度交會(huì)點(diǎn)分布情況(圖8)可以看出,未經(jīng)校正的交會(huì)點(diǎn)緊靠正常壓實(shí)曲線,表現(xiàn)為不均衡壓實(shí)成因超壓的特征；而經(jīng)有機(jī)質(zhì)含量校正后的交會(huì)點(diǎn)則偏離正常壓實(shí)趨勢(shì),表現(xiàn)為密度基本不變,聲波速度迅速降低的特征,代表了傳導(dǎo)或流體膨脹成因的超壓。這一結(jié)果亦說(shuō)明有機(jī)質(zhì)含量校正前后對(duì)超壓成因的判別結(jié)果將存在顯著差異。

圖7 長(zhǎng)垣地區(qū)葡532井有機(jī)質(zhì)含量校正前、后密度孔隙度與聲波孔隙度對(duì)比Fig.7 Comparison of non-corrected and corrected porosities in terms of density and acoustic wave in Well Pu532 in Placanticline area

3.3 壓力預(yù)測(cè)效果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證有機(jī)質(zhì)含量校正的可靠性,本文還根據(jù)校正結(jié)果對(duì)典型井烴源巖壓力進(jìn)行了預(yù)測(cè),并進(jìn)行了精度分析。

3.3.1 正常壓實(shí)趨勢(shì)校正

常見(jiàn)的壓力預(yù)測(cè)方法包括平衡深度法、伊頓指數(shù)法等,其與超壓成因緊密相關(guān)。值得注意的是,在應(yīng)用依賴(lài)正常壓實(shí)趨勢(shì)的計(jì)算方法時(shí),應(yīng)當(dāng)注意上覆地層的剝蝕情況。

以平衡深度法為例,該法的核心原則在于泥巖在壓實(shí)過(guò)程中孔隙度不可逆,且某一孔隙度值對(duì)應(yīng)唯一的有效應(yīng)力。然而當(dāng)研究區(qū)存在剝蝕且新沉積的厚度遠(yuǎn)小于被剝蝕的厚度時(shí),則如圖9a所示,現(xiàn)今A點(diǎn)并非處于歷史最大埋深處。實(shí)際上,正常壓實(shí)下現(xiàn)今A點(diǎn)孔隙度應(yīng)當(dāng)形成于歷史最大埋深處,其對(duì)應(yīng)的有效應(yīng)力應(yīng)如圖9b中所示。若沒(méi)有考慮剝蝕,則有效應(yīng)力為零的起算點(diǎn)將取現(xiàn)今地表,勢(shì)必會(huì)將小于真實(shí)情況的有效應(yīng)力與現(xiàn)今A點(diǎn)的孔隙度相對(duì)應(yīng),從而過(guò)高地估計(jì)了該點(diǎn)處的地層壓力。

圖8 長(zhǎng)垣地區(qū)葡532井青山口組一段泥頁(yè)巖聲波速度-密度交會(huì)圖Fig.8 The acoustic velocity-density cross plot of K1qn1 shale in Well Pu532 in Placanticline areaa.速度-密度超壓成因判別圖版；b.葡532井速度-密度交會(huì)圖

圖9 正常壓實(shí)曲線校正原理示意圖Fig.9 Schematic diagram showing correction principles of the normal compaction curvea.剝蝕前后正常壓實(shí)趨勢(shì)；b.最大埋深期有效應(yīng)力變化；c.現(xiàn)今有效應(yīng)力變化

為了消除上述情況的影響,可以根據(jù)剝蝕厚度恢復(fù)情況獲得A點(diǎn)歷史最大埋藏深度與現(xiàn)今埋藏深度的差值,并將現(xiàn)今正常壓實(shí)曲線整體向下平移該差值的距離,以此得到的新的正常壓實(shí)曲線上各深度點(diǎn)孔隙度值則與圖9c中各深度點(diǎn)有效應(yīng)力值一一對(duì)應(yīng)。

3.3.2 壓力計(jì)算結(jié)果

當(dāng)前泥巖壓力研究的難點(diǎn)之一在于實(shí)測(cè)壓力的獲取,目前常見(jiàn)的實(shí)測(cè)手段有地層重復(fù)測(cè)試、鉆井測(cè)試以及泥漿比重法等。由于研究區(qū)泥巖壓力資料相對(duì)匱乏,故本文選用泥漿比重作為實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)的來(lái)源。

圖10 長(zhǎng)垣地區(qū)葡532井實(shí)測(cè)壓力點(diǎn)處聲波時(shí)差校正結(jié)果Fig.10 The correction result of interval transit time at the measured pressure point in Well Pu532 in Placanticline areaa.泥漿密度變化趨勢(shì)；b.泥巖聲波時(shí)差變化趨勢(shì)

眾所周知,為了確保鉆井過(guò)程的安全,泥漿密度往往取某一井段中的最高值,以此防止井噴等事故的發(fā)生。正因如此,錄井資料中的泥漿密度并不能真實(shí)反映對(duì)應(yīng)深度的地層壓力。為了避免這一影響,本文選取泥漿密度開(kāi)始發(fā)生變化的深度進(jìn)行壓力預(yù)測(cè),并將預(yù)測(cè)結(jié)果同該點(diǎn)泥漿密度換算的實(shí)測(cè)壓力進(jìn)行比對(duì),以獲得計(jì)算精度。

葡532井位于大慶長(zhǎng)垣中南部地區(qū),其在嫩江組沉積期末及明水組沉積期末的構(gòu)造反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中皆遭受過(guò)強(qiáng)烈的剝蝕。因此在應(yīng)用平衡深度法或伊頓指數(shù)法這類(lèi)預(yù)測(cè)方法時(shí),應(yīng)格外注意剝蝕量這一因素的影響。如圖10所示,葡532井青山口組泥漿密度變化處其密度變?yōu)?.45 g/cm3,對(duì)應(yīng)壓力為18.92 MPa。依照上文所述方法對(duì)該點(diǎn)測(cè)井參數(shù)進(jìn)行校正后,聲波時(shí)差為318 μs/m。選用6.5作為伊頓指數(shù)進(jìn)行計(jì)算后,該點(diǎn)壓力預(yù)測(cè)結(jié)果為18.89 MPa,預(yù)測(cè)誤差0.03 MPa。

為了驗(yàn)證這一指數(shù)的精確性,本文選取了另外一口聲波時(shí)差及密度數(shù)據(jù)較全的井(敖12井),進(jìn)行了測(cè)井參數(shù)校正及壓力預(yù)測(cè)。如圖11所示,敖12井青山口組泥漿密度變化處其密度變?yōu)?.41 g/cm3,對(duì)應(yīng)壓力為29.73 MPa。對(duì)該點(diǎn)測(cè)井參數(shù)進(jìn)行校正后,聲波時(shí)差為251 μs/m。選用6.5作為伊頓指數(shù)進(jìn)行計(jì)算后,該點(diǎn)壓力預(yù)測(cè)結(jié)果為29.12 MPa,預(yù)測(cè)誤差0.61 MPa,精度可達(dá)95%以上。

圖11 長(zhǎng)垣地區(qū)敖12井實(shí)測(cè)壓力點(diǎn)處聲波時(shí)差校正結(jié)果Fig.11 The correction result of interval transit time at the measured pressure point in Well Ao12 in Placanticline areaa.泥漿密度變化趨勢(shì)；b.泥巖聲波時(shí)差變化趨勢(shì)

4 討論

隨著超壓研究理論的發(fā)展,實(shí)證性的成因判別方法逐漸多樣化,但大多還依賴(lài)聲波速度、密度等測(cè)井參數(shù)。然而對(duì)于烴源巖而言,其內(nèi)部低密度有機(jī)質(zhì)將與超壓一同對(duì)這些測(cè)井參數(shù)造成影響,以此迷惑人們的判斷。本文以葡532井為例,介紹了一種在超壓成因判別中針對(duì)烴源巖的測(cè)井參數(shù)校正方法,并初步取得了幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

1) 本文將烴源巖劃分為非有機(jī)質(zhì)泥巖骨架、固體有機(jī)質(zhì)及孔隙流體三部分,并以此對(duì)超壓成因判別中應(yīng)用到的聲波時(shí)差及密度參數(shù)進(jìn)行了校正,去除了低密度有機(jī)質(zhì)對(duì)這兩種參數(shù)的影響。校正前后關(guān)于超壓成因的認(rèn)識(shí)明顯不同:校正前測(cè)井參數(shù)表現(xiàn)出明顯的不均衡壓實(shí)成因超壓；校正后各類(lèi)成因判別方法均將結(jié)果指向傳導(dǎo)或流體膨脹成因超壓。

2) 應(yīng)用依賴(lài)正常壓實(shí)曲線的超壓預(yù)測(cè)方法時(shí),對(duì)于存在剝蝕且剝蝕厚度大于新沉積地層厚度的地區(qū),應(yīng)根據(jù)剝蝕厚度對(duì)正常壓實(shí)曲線進(jìn)行校正。未經(jīng)校正的計(jì)算結(jié)果將明顯高于真實(shí)值,且可能造成超壓成因的誤判。根據(jù)校正后的測(cè)井參數(shù)及壓實(shí)趨勢(shì),對(duì)典型井進(jìn)行壓力預(yù)測(cè),其精度可達(dá)95%以上。預(yù)測(cè)過(guò)程中選用了6.5作為伊頓指數(shù),這從側(cè)面證明了流體膨脹是造成研究區(qū)青一段出現(xiàn)超壓的原因。

3) 需指出的是,本文得出的計(jì)算孔隙度并不能準(zhǔn)確代表真實(shí)的孔隙度值,其目的僅僅是為了反映超壓對(duì)測(cè)井參數(shù)的影響。