微分法多巖性壓實校正技術(shù)及其在勝利樁海地區(qū)的應(yīng)用

魏新輝，陳青云

（1.中國石化勝利油田有限公司樁西采油廠，山東東營 257237；2.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西桂林 541004）

0 引言

地層壓實校正是研究盆地演化史和古地貌恢復(fù)的主要內(nèi)容之一。1959年，魯貝和哈伯特提出在壓實平衡條件下頁巖的孔隙度隨著深度的增加呈指數(shù)遞減的規(guī)律（轉(zhuǎn)引自袁炳存，1984年）；1984年，袁炳存應(yīng)用地層骨架體積不變原理對碎屑巖地層古厚度恢復(fù)進(jìn)行了研究，提出了壓實校正方法[1]；1991年，龐雄奇等提出了基于地層質(zhì)量不變原理的壓實校正方法[2]。自20世紀(jì)80年代以來，許多學(xué)者對這兩種函數(shù)關(guān)系進(jìn)行了深入研究，提出了不少提高精度的方法[3-11]。雖然基于巖石骨架體積或質(zhì)量不變原理，應(yīng)用孔隙度-深度函數(shù)進(jìn)行地層壓實校正的思想得到普遍應(yīng)用，但其擬合的數(shù)據(jù)量大，欠壓實泥巖段擬合的計算方法過于復(fù)雜，地層剝蝕造成的深度差異也會導(dǎo)致孔隙度-深度函數(shù)關(guān)系復(fù)雜難求。更重要的是，普遍忽略了除泥巖以外的其他巖性的壓實差異性，進(jìn)一步導(dǎo)致計算結(jié)果誤差較大。本文基于泥巖、砂巖和灰?guī)r微分法壓實校正研究，試圖建立新的多巖性壓實校正方法，提高壓實校正精度。

1 微分法分巖性壓實校正技術(shù)

1.1 非均質(zhì)巖體微分模型

微分法壓實校正技術(shù)精度高、計算簡便。但實際上，地層在三維空間上各處的孔隙度不同，整體為非均質(zhì)體。鑒于此，將現(xiàn)今埋藏深度為Z、截面積為s、厚度為H的地層等分為n（n→∞）個無窮小單元，則每個小單元可視為均質(zhì)體。其厚度為：

若截面積s為：

則該柱狀地層分解為由n個內(nèi)部均勻的小立方體單元累積而成（圖1）。設(shè)分解后每個單元的孔隙度為φ，厚度為hn，每個單元恢復(fù)到指定埋深時厚度變?yōu)镠i，孔隙度為φ0i，骨架變化量為f(φi)，基于兩處單元巖體的骨架體積相同，基于三點假設(shè)，每個單元體的原始沉積厚度為：

圖1 地層微等分校正模型

將恢復(fù)每個小立方體的初始厚度進(jìn)行累加，即為整套地層的初始沉積厚度。地層的初始沉積厚度為：

式中：H為現(xiàn)今埋深為Z處的地層厚度，m；H0為地層恢復(fù)至指定埋深的地層厚度，m；Hi為第i個單元體恢復(fù)后的初始地層厚度，m；φi為第i個單元體的現(xiàn)今的孔隙度，%；φ0i為第i個單元體恢復(fù)至指定深度的初始孔隙度，%。f(φi)為第i個單元體巖石骨架體積變化量，%。

1.2 不同巖性的壓實校正模型

不同的巖性具有不同的壓實規(guī)律，在地層壓實校正過程中需分巖性分段計算?；诩僭O(shè)條件（2）和（3），可構(gòu)建不同巖性的壓實校正模型。

1.2.1 泥巖的壓實校正模型

泥質(zhì)沉積物在埋藏成巖過程中，有機(jī)質(zhì)生烴、黏土礦物轉(zhuǎn)化對巖石骨架體積影響小，可忽略不計，即f(φi)≈0。松散沉積物在近地表情況下主要受到壓實作用，孔隙度與深度的函數(shù)關(guān)系穩(wěn)定，易于求取。1959年魯貝和哈伯特提出壓實平衡條件下沉積物孔隙度和深度存在如下關(guān)系式[1]：

在地層恢復(fù)到指定的埋深過程中，僅最頂部的小立方體恢復(fù)至Z0處，設(shè)其下部第i個小立方體恢復(fù)的深度為Z0i，存在關(guān)系式：

應(yīng)用式（6）可知每個微分單元的初始孔隙度為：

將式（7）代入式（4），則泥巖的壓實的校正公式為：

式中：φ0為地表泥質(zhì)沉積物的初始孔隙度，%；C0為地表泥質(zhì)沉積物的壓實系數(shù)；Z0為恢復(fù)到指定的埋深，m。

1.2.2 砂巖和灰?guī)r的壓實校正模型

前人實驗研究成果表明，砂巖、灰?guī)r的壓實規(guī)律與泥巖具有相似性[12]，地層孔隙度與埋深呈指數(shù)關(guān)系，因此其差異性主要表現(xiàn)在壓實系數(shù)與泥巖不同。砂巖和灰?guī)r每個微分單元的初始孔隙為：

式中：C為砂巖或灰?guī)r壓實系數(shù)。

由于地層在埋藏過程中，砂巖、灰?guī)r存在膠結(jié)作用和溶蝕作用，即f(φi)≠0。當(dāng)這兩種作用對地層骨架改變量比較大時，需要計算這兩種作用對造成的巖石骨架改變量，然后根據(jù)實際資料將砂巖或灰?guī)r分正常壓實帶、膠結(jié)發(fā)育帶和溶蝕發(fā)育帶三個帶分別計算。推導(dǎo)的壓實校正公式分別為：

正常壓實帶：

膠結(jié)發(fā)育帶和溶蝕發(fā)育帶[當(dāng)為膠結(jié)發(fā)育帶時f(φi)＞0，反之f(φi)＜0]：

式中：f(φi)為砂巖的膠結(jié)量或溶蝕量，%，通過巖心礦物薄片估算。

2 實例應(yīng)用

石炭系勝利油田樁海地區(qū)是重要的含油氣層系之一，本文對其進(jìn)行壓實校正。

2.1 參數(shù)求取

壓實校正模型的建立后，需要求取微分單元體厚度、現(xiàn)今地層孔隙度、恢復(fù)到指定的深度、地表壓實系數(shù)、地表沉積物初始孔隙度和微分單元體骨架變化量等參數(shù)。

2.1.1 微分單元體長度hi

當(dāng)前測井采樣間距普遍為0.125 m，對于整套地層來說，邊長為0.125 m的巖石塊體可近似為均質(zhì)體，因而對各井微分單元的長度取值為0.125 m，即：

2.1.2 恢復(fù)原始深度Z0

地層壓實校正是將地層恢復(fù)到地表，因此有

2.1.3 地表參數(shù)C和φ0

近地表某一深度下巖石的孔隙度主要受到原始沉積物孔隙度和壓實系數(shù)的影響，不同的巖性具有不同的參數(shù)，據(jù)K. A. Hegarty（1988）和漆家福（2003）[10]研究成果，泥巖、砂巖、灰?guī)r的地表孔隙度分別取58%、43%、35%，壓實系數(shù)分別取0.0007、0.00041、0.0004。

2.1.4 孔隙度求取φi

聲波時差較能真實地反映地層的原生孔隙，用懷利公式或平均時間關(guān)系式求取地層各單元體的孔隙度[17]：

式中：ΔT為實測聲波時差，μs/m；ΔTm為骨架聲波時差，μs/m，砂巖為182 μs/m，碳酸鹽巖為143 μs/m ～156 μs/m，泥巖為300 μs/m ～400 μs/m；ΔTf為孔隙流體聲波時差，μs/m，泥漿為608 μs/m～620 μs/m。

2.1.5 微分單元骨架變化量

由于缺少巖心薄片資料，鑒于工區(qū)地層砂巖、灰?guī)r厚度小，砂地比低和灰地比小，溶蝕和膠結(jié)作用造成的巖石骨架量可忽略。

2.2 基于井資料的地層壓實校正實踐

壓實率表示地層的古沉積厚度與現(xiàn)今地層厚度之比，校正量表示地層的古沉積厚度與現(xiàn)今地層厚度之差值。當(dāng)?shù)貙又写嬖诓煌瑤r性時，還需先劃分巖性，然后依據(jù)參數(shù)求取方法及參數(shù)值，將各井資料代入壓實校正公式中，即可計算各井的層位的初始沉積厚度。依據(jù)各井壓實校正結(jié)果，進(jìn)一步計算可得出壓實率和校正量，以ZH715井為例，該井巖性為泥巖，校正前目的層厚度為58.1 m，校正后地層厚度為126.77 m，校正量為68.67 m，整個地層的壓實率為2.18。

應(yīng)用該方法完成了工區(qū)內(nèi)關(guān)鍵井石炭系的壓實校正計算（表1）。經(jīng)統(tǒng)計，該區(qū)泥巖的壓實率最大，為2.02～2.23之間，灰?guī)r的壓實率最小，為1.41～1.49之間；砂巖處于中間，在1.58～1.63之間。壓實率不同主要受巖性、地層厚度和地層壓力的影響。不同巖性的可壓實性不同，其壓實率也不同；同種巖性，恢復(fù)至不同埋深，其初始孔隙度不同，故壓實率不同；當(dāng)?shù)貙訅毫Υ?，存在欠壓實時，地層的壓實作用變?nèi)酰瑝簩嵚蕼p??；地層厚度大，早期沉積物在地表受壓實越強(qiáng)，壓實校正后地層壓實率減小。

表1 關(guān)鍵井的壓實校正計算結(jié)果表

3 結(jié)論

1）建立的微分法多巖性壓實校正技術(shù)細(xì)化了巖層內(nèi)部計算單元，提高了地層壓實校正計算精度。

2）影響地層壓實率的因素有埋深、地層厚度、欠壓實作用、砂巖和灰?guī)r含量。

3）工區(qū)內(nèi)巖性的變化和巖層厚度的橫向變化是引起壓實程度差異的首要原因，埋深和地層壓力變化為次要原因。壓實校正結(jié)果顯示，泥巖、砂巖、灰?guī)r壓實程度差異較大，其中泥巖壓實率為2.02～2.23，砂巖為1.58～1.63，灰?guī)r為1.41～1.48。