曹 園，鄧金根，蔚寶華

(中國(guó)石油大學(xué)，北京 102249)

1 異常高壓地層分類判斷及預(yù)測(cè)模型

1.1 異常高壓地層分類

圖1 有效應(yīng)力與聲波速度關(guān)系示意圖

不同誘因形成的異常高壓地層性質(zhì)不同，這些地層基本可分為符合加載曲線、符合卸載曲線及孔隙度基本不變這3類[1－3]。正常沉積壓實(shí)地層，波速v與有效應(yīng)力σ均隨井深逐漸增加，此時(shí)v與σ交會(huì)曲線稱為加載曲線(圖1);不平衡壓實(shí)或構(gòu)造擠壓導(dǎo)致地層出現(xiàn)高壓時(shí)，地層應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與正常壓實(shí)地層相同，v與σ交會(huì)點(diǎn)落在加載曲線上;其他原因?qū)е碌牡貙痈邏?，地層?yīng)力應(yīng)變關(guān)系發(fā)生變化，v與σ交會(huì)點(diǎn)偏離加載曲線[4－7]。圖1中U值為Bowers引入的描述地層塑性性質(zhì)的系數(shù)，地層完全彈性變形時(shí)U=∞，地層完全塑性變形時(shí) ，石油工業(yè)研究巖石對(duì)象的U值一般為2～8[8]。

深部地層有效應(yīng)力不可直接測(cè)量，因此不能通過(guò)加載曲線直接判斷地層異常高壓成因。正常壓實(shí)地層孔隙度φ隨井深變化關(guān)系為φ=φ0e－ch，密度測(cè)井可反映地層孔隙度變化，因此，可通過(guò)聲波時(shí)差及密度交會(huì)曲線判斷異常高壓形成原因。

1.2 預(yù)測(cè)模型

聲波測(cè)井受井眼條件干擾較小，能夠較真實(shí)反映地層性質(zhì)，一般用于地層壓力預(yù)測(cè)。聲波測(cè)井預(yù)測(cè)地層壓力方法包括傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法[9－11]。傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法基于泥質(zhì)沉積物欠壓實(shí)理論，包括經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、等效深度法、Eaton法[3]等，非傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法包括Bowers法及樊洪海法[4]等。相比需要大量測(cè)量數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、等效深度法和樊洪海法，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)量要求較少的Eaton法和Bowers法常用于地層壓力預(yù)測(cè)且精度較高。Eaton法見(jiàn)式(1)，Bowers法見(jiàn)式(2)、(3)。

式中:pp為孔隙壓力，MPa;po為上覆巖層壓力，MPa;pw為正?？紫秹毫?，MPa;Δtn為正常聲波時(shí)差，s/m;Δt為實(shí)測(cè)聲波時(shí)差，s/m;k為Eaton指數(shù)。

符合加載曲線地層:

符合卸載曲線地層:

式中:v為聲波速度，m/s;σ為有效應(yīng)力，MPa;σmax為卸載點(diǎn)有效應(yīng)力，MPa，A、B、C為常數(shù);U為地層塑性系數(shù)。

2 WZ12－1油田異常高壓預(yù)測(cè)及成因分析

2.1 孔隙壓力預(yù)測(cè)法優(yōu)選

X1井為位于WZ12－1油田南部的1口直井型探井，完鉆井深為3310 m，完鉆層位為流沙港組一段，鉆井過(guò)程中流一段發(fā)生溢流。

X1井流一段頂深為2807 m，鉆至3089 m氣測(cè)異常，停泵觀察井口出現(xiàn)溢流，鉆井液密度為1.20 g/cm3，隨后鉆進(jìn)過(guò)程間斷提高泥漿密度至1.58 g/cm3，錄井顯示仍有氣體返出。圖2為該井聲波時(shí)差、密度測(cè)井曲線，圖中顯示聲波時(shí)差在2921～3100 m井段增大，表明該層段存在異常高壓。

分別使用Eaton法和Bowers法計(jì)算地層孔隙壓力，根據(jù)地層壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演得出式(1)中k=1.2，式(2)中 A=3.7，B=0.965，C=0，U=2.03，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3顯示在聲波時(shí)差正常段，Eaton公式和Bowers公式計(jì)算孔隙壓力梯度基本相同，約為1.0 g/cm3，與壓力實(shí)測(cè)值一致;在聲波時(shí)差異常段，均出現(xiàn)高壓，但Eaton公式計(jì)算最高孔隙壓力梯度為1.37 g/cm3，Bowers公式計(jì)算最高孔隙壓力梯度為1.63 g/cm3，實(shí)測(cè)地層壓力梯度最高值為1.60 g/cm3，現(xiàn)場(chǎng)用最高泥漿密度為1.58 g/cm3(此時(shí)錄井仍顯示氣測(cè)異常，但能進(jìn)行作業(yè))，Bowers公式計(jì)算值更符合實(shí)際孔隙壓力。X2井位于X1井西南約700m，該井流沙港組一段井深3024.5 m實(shí)測(cè)地層壓力梯度為1.62 g/cm3，與Bowers法計(jì)算的流沙港組一段地層壓力吻合，證明了Bowers公式及所取參數(shù)適用于WZ12－1油田南部地層壓力預(yù)測(cè)。

圖2 X1井聲波時(shí)差與密度測(cè)井曲線

圖3 孔隙壓力梯度計(jì)算結(jié)果

2.2 異常高壓成因分析

將2775～3246 m測(cè)井井段分為2775～2920、2921～3100、3101～3426 m 3段作密度和聲波時(shí)差交會(huì)圖(圖4)。圖4中顯示2921～3100 m井段聲波時(shí)差與密度交會(huì)點(diǎn)向右側(cè)偏離正常交會(huì)趨勢(shì)線，可判斷該段異常高壓由非欠壓實(shí)原因?qū)е隆?/p>

圖4 地層密度與聲波時(shí)差交會(huì)圖

由于經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，流一段形成了多套儲(chǔ)蓋組合及良好的圈閉。下層系含有大量有機(jī)質(zhì)含量豐富的油頁(yè)巖和灰褐色泥巖，平均總烴含量為936.4 mg/L，平均生烴潛力(S1+S2)為4.83 mg/g。良好的圈閉環(huán)境中，干酪根轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜌鈺r(shí)體積膨脹可達(dá)25%。X1井與X2井鉆至流一段高壓層表現(xiàn)氣測(cè)異常，證明該層位存在高壓氣體，因此可以確定生烴作用是該段異常高壓產(chǎn)生的主要原因。

隨井深增加，地層溫度不斷上升，地層中蒙脫石達(dá)到脫水門限后，將釋放大量晶格層間水和吸附水轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾@些結(jié)構(gòu)水釋放后體積與孔隙水相比增大近4%，也會(huì)導(dǎo)致地層壓力升高。流一段泥巖含量豐富，對(duì)X1井泥巖礦物成分進(jìn)行定量分析。蒙脫石隨井深增加逐漸脫水轉(zhuǎn)化為伊利石。因此，泥巖礦物轉(zhuǎn)化也是流一段異常高壓成因之一，但是礦物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的高壓值較低，并不是流一段高壓的主要成因。

3 結(jié)論

(1)WZ12－1油田南部流沙港組一段存在異常高壓，孔隙壓力梯度大于1.60 g/cm3，使用Bowers法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該段地層壓力。

(2)分析流一段聲波時(shí)差與密度交會(huì)圖可知，異常高壓為非欠壓實(shí)原因所致。

(3)流沙港組一段異常高壓產(chǎn)生的基礎(chǔ)條件為良好的圈閉及多組儲(chǔ)蓋組合，產(chǎn)生的主導(dǎo)原因?yàn)闊N源巖生烴作用。

(4)泥巖礦物轉(zhuǎn)化也是流一段異常高壓成因之一，但是礦物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的高壓值較低，并不是流一段高壓的主要成因。

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