盆地天然欠壓系統(tǒng)研究進(jìn)展

欠壓區(qū)是指地層孔隙壓力低于靜水壓力的區(qū)域。除油氣開(kāi)采等人為因素造成的欠壓區(qū)外，天然欠壓區(qū)在全球分布廣泛。目前認(rèn)為天然欠壓區(qū)的成因主要有重力作用和地質(zhì)作用兩種，這兩者可單獨(dú)作用，也可同時(shí)存在。重力形成的欠壓區(qū)屬于水文學(xué)的研究范疇，而地質(zhì)作用形成的欠壓區(qū)則與油氣勘探開(kāi)發(fā)相關(guān)。地質(zhì)作用影響到巖石物性或流體的pVT性質(zhì)，導(dǎo)致流體壓力無(wú)法與周?chē)h(huán)境達(dá)到平衡而形成欠壓區(qū)。目前關(guān)于欠壓區(qū)的研究較少，即使有也常常局限于個(gè)別案例或被視為以超壓為主的異常壓力研究的一部分。Law（2013）的研究表明，美國(guó)的天然氣藏普遍存在欠壓現(xiàn)象。Birchall等（2022）對(duì)全球29個(gè)已確認(rèn)的天然欠壓盆地和地區(qū)的梳理也發(fā)現(xiàn)，因地質(zhì)作用形成的天然欠壓地層（低于靜水壓力10MPa）廣泛分布于南美洲、北美洲、中國(guó)、俄羅斯、歐洲大陸、挪威巴倫支陸架和斯瓦爾巴特群島的沉積盆地，且都位于近期曾經(jīng)歷過(guò)大規(guī)模構(gòu)造抬升的地區(qū)。

1 欠壓區(qū)主要特征

1）欠壓的大小和分布

欠壓區(qū)多分布在2000m以淺，最深不超過(guò)3700m。在大小與范圍上，欠壓區(qū)明顯小于超壓區(qū)。人們對(duì)超壓界限的認(rèn)識(shí)比較深入，但對(duì)欠壓的界限尚不了解。

2）欠壓的保持

由于淺層欠壓區(qū)常缺乏側(cè)向封閉性，就地質(zhì)時(shí)間尺度而言，很難長(zhǎng)期維持欠壓。大多數(shù)欠壓區(qū)都見(jiàn)于低滲巖層，即使有高滲欠壓層段也常常是埋藏深且封閉性好的儲(chǔ)層，如渤海灣盆地儲(chǔ)層、巴倫支陸架Fingerdjupet次盆儲(chǔ)層以及阿巴拉契亞盆地透鏡狀砂巖儲(chǔ)層等，但在美國(guó)個(gè)別盆地?zé)o明顯側(cè)向封閉性的高滲淺層中也有欠壓發(fā)育。根據(jù)儲(chǔ)層的滲透性可區(qū)分由重力作用和其他地質(zhì)誘因?qū)е碌那穳?。高滲巖層中的流體流動(dòng)性更強(qiáng)，也更容易與下傾自由面形成平衡，而低滲巖層正好相反，常阻止流體流動(dòng)，將其他地質(zhì)作用引發(fā)的欠壓保持下來(lái)，但這一說(shuō)法是否正確仍存在爭(zhēng)議。

3）泥頁(yè)巖地層欠壓

低滲地層，特別是泥頁(yè)巖這類超低滲層，常常因壓力平衡過(guò)程受阻而形成欠壓。直接測(cè)量泥頁(yè)巖壓力在油氣行業(yè)并不多見(jiàn)，但通過(guò)其他研究手段能夠很好地揭示這種超低滲巖石中存在的欠壓現(xiàn)象。對(duì)瑞士和美國(guó)幾個(gè)盆地的泥頁(yè)巖地層研究發(fā)現(xiàn)，最大欠壓常見(jiàn)于其中心部位，從中心欠壓區(qū)到泥頁(yè)巖-儲(chǔ)層邊界常壓區(qū)的壓力梯度，可能指示有流體從周邊含水層向泥頁(yè)巖地層流動(dòng)。同位素?cái)?shù)據(jù)也支持這種流體從下伏儲(chǔ)層向泥頁(yè)巖地層流動(dòng)的假設(shè)。在美國(guó)Piceance和Svalbard盆地，頁(yè)巖下伏的儲(chǔ)層不僅欠壓而且極其低滲，在這些儲(chǔ)層中觀察到的欠壓很可能最初發(fā)育在泥頁(yè)巖內(nèi)，隨后儲(chǔ)層因流體流出的速度大于補(bǔ)給的速度而發(fā)育欠壓。

2 欠壓區(qū)對(duì)油氣勘探開(kāi)發(fā)的影響

欠壓地層對(duì)油氣勘探開(kāi)發(fā)影響很大。鉆井時(shí)，井筒內(nèi)流體壓力持續(xù)高于地層壓力，容易發(fā)生泥漿大量漏失，從而引發(fā)鉆井事故或者對(duì)地層造成傷害。在勘探研究中，側(cè)向或垂直壓差（相對(duì)于靜水壓力）?？蓪?dǎo)致得出存在蓋（封閉）層的誤判，而在特定環(huán)境下，這個(gè)壓差可能指示存在流體流動(dòng)。進(jìn)行蓋層分析時(shí)，如果是在近期地質(zhì)作用下形成的欠壓區(qū)，則其對(duì)毛管力的影響也應(yīng)予以充分考慮。在向欠壓地層中注入流體（二氧化碳）時(shí)，其相態(tài)和存儲(chǔ)能力都會(huì)受到影響，而且注入流體在欠壓地層中的分布也很難預(yù)測(cè)。

3 未來(lái)研究方向

欠壓的形成機(jī)制與超壓有很大的區(qū)別，控制其發(fā)育的因素至今未明。雖有模擬方法可用，但因欠缺足夠的數(shù)據(jù)，尤其是缺乏超低滲巖層的長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)，使得通過(guò)模擬來(lái)理解整個(gè)欠壓流體系統(tǒng)不太可行。常規(guī)的儲(chǔ)層巖石壓力測(cè)量提供的往往是特定時(shí)間的瞬時(shí)壓力，對(duì)已知欠壓蓋層和儲(chǔ)層進(jìn)行持續(xù)壓力測(cè)量或更有助于了解其成因和地質(zhì)特征。儲(chǔ)層與其泥頁(yè)巖蓋層之間的壓力關(guān)系對(duì)于研究其欠平衡的流體系統(tǒng)可能非常關(guān)鍵。對(duì)于泥頁(yè)巖層段，通過(guò)在封閉層-儲(chǔ)層中安裝長(zhǎng)期壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)而非通過(guò)巖石物性數(shù)據(jù)推測(cè)壓力可能是更好的選擇。另外，有必要更好地把石油地質(zhì)和水文地質(zhì)的研究方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)，以便更全面地認(rèn)識(shí)欠壓系統(tǒng)。