李文拓，李 中，劉 兵，彭海龍，鄧文彪

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

鶯瓊盆地位于中國南海北部，是一個快速沉降的新生代沉積盆地，其形成和發(fā)展受歐亞板塊、印度板塊和太平洋板塊的共同作用和影響。作為世界三大海上高溫高壓含油氣盆地之一，鶯瓊盆地異常壓力研究一直是備受關(guān)注的熱點。早在20世紀(jì)80年代，由中海油與西北大學(xué)合作，首次嘗試使用速度譜對地層孔隙壓力進(jìn)行預(yù)測，成功地為壓力預(yù)測工作在南海西部油田的開展邁出了第一步。此后，經(jīng)過20多年勘探實踐及技術(shù)攻關(guān)，中海油湛江分公司也逐漸探索總結(jié)出了一套適用于鶯瓊盆地異常壓力預(yù)測的科學(xué)理論和技術(shù)方法，并取得了顯著的實際應(yīng)用效果[1-3]。但新問題仍然存在，壓力預(yù)測問題仍是制約該區(qū)勘探開發(fā)的關(guān)鍵難題之一。

1 地層壓力預(yù)測技術(shù)發(fā)展回顧

地層壓力預(yù)測一直是一項世界級難題，很多學(xué)者致力于地層壓力的研究工作，其發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。

（1）定性-半定量研究階段（20世紀(jì)30～40年代）

早在20世紀(jì)30年代，Athy L.F.（1930）就開始研究壓實作用[4]。Terzaghi（1936）在含水飽和土壤力學(xué)特征研究基礎(chǔ)上提出多孔介質(zhì)有效應(yīng)力原理[5]，Biot（1941、1957）等人對有效應(yīng)力原理進(jìn)行了修正和完善[6]。隨著油氣勘探活動的不斷加深與擴(kuò)大，越來越多的超壓盆地被發(fā)現(xiàn)。Diekinson G.（1953）解釋了美國海灣地區(qū)異常壓力的地質(zhì)概況，揭開了世界范圍內(nèi)沉積盆地異常壓力研究的序幕[7]。

（2）半定量-定量研究階段（20世紀(jì)50～80年代）

Hottman和Johnson（1965）首先提出了利用泥頁巖測井曲線預(yù)測地層壓力的方法[8]，也就是后來被廣泛應(yīng)用的等效深度法。Pennebaker（1968）首先提出了使用地震資料進(jìn)行異常壓力預(yù)測[9]。隨后，Eaton、Bowers、Dutta、Fillippone、Sayers以及Martinez等人相繼完善了異常壓力預(yù)監(jiān)測理論[10-12]，提出了相應(yīng)的計算模型，奠定了壓力預(yù)測技術(shù)的理論基礎(chǔ)。地球物理勘探法、地球物理測井法以及鉆井資料分析法等主要理論方法逐步形成。

（3）科學(xué)研究階段（20世紀(jì)90年代～至今）

隨著錄井、隨鉆測量及計算機(jī)數(shù)值模擬等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，異常壓力研究可用資料及方法手段也在不斷豐富，理論體系也更加趨于成熟。針對鉆井工程，形成了鉆前預(yù)測、隨鉆監(jiān)測、鉆后檢測的技術(shù)體系；針對地質(zhì)研究，也形成了盆地模擬、三維壓力建模、古壓力恢復(fù)等眾多技術(shù)手段。壓力預(yù)測技術(shù)發(fā)展到這一階段，具有以下特點：1）理論體系成熟；2）多學(xué)科交叉特征明顯，綜合性、應(yīng)用性強(qiáng)；3）計算模型和研究方法豐富，時效性和精度要求也越來越高；4）商業(yè)化、工業(yè)化程度高越來越高，不同公司開發(fā)了眾多成熟的商業(yè)化軟硬件產(chǎn)品，并基于產(chǎn)品提供個性化技術(shù)服務(wù)。

2 鶯瓊盆地地層壓力預(yù)測技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

鶯瓊盆地地層壓力預(yù)測技術(shù)取得了顯著成果，超壓與成藏地質(zhì)理論的相繼完善以及鉆前壓力預(yù)測精度的不斷提高，直接推動了東方、樂東、陵水等一批海上高溫高壓氣田的成功發(fā)現(xiàn)[13-18]，但目前仍主要面臨著以下三方面挑戰(zhàn)。

（1）底辟構(gòu)造影響

以鶯歌海盆地為例。鶯歌海盆地底辟指盆地高溫高壓塑性軟泥、天然氣等流體依靠其自身的能量突破上覆巖層快速向上流動形成的上拱構(gòu)造，又稱為泥-流體底辟，其分布如圖1。

圖1 鶯歌海盆地底辟分布分區(qū)圖

底辟形成伴隨著大量的斷裂和裂縫形成，引起兩種作用：1）深部超壓沿斷裂垂向傳遞至淺部，從而使淺部儲層發(fā)育超壓。2）深部熱液向上侵入，產(chǎn)生水熱增壓作用，加劇淺部超壓。底辟的形成嚴(yán)重影響了地層超壓的分布形態(tài)，底辟區(qū)與非底辟區(qū)具有顯著不同（圖2）。

圖2 底辟帶與非底辟帶典型超壓形態(tài)

勘探實踐表明，底辟中心帶超壓界面變淺；相對周邊具有更高的壓力。具體底辟中心越遠(yuǎn)，地層壓力越小，逐漸趨向等于欠壓實背景下的異常壓力。鶯歌海盆地特殊的底辟構(gòu)造嚴(yán)重影響了地層壓力的分布，極大地增加了壓力預(yù)測的難度。如何在壓力預(yù)測工作中，將底辟因素考慮進(jìn)去，進(jìn)一步提高地層壓力的預(yù)測精度是當(dāng)前面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。

（2）儲層段砂體超壓預(yù)測

鶯瓊盆地儲集體類型以中孔低滲-中高滲水道砂和海底扇儲層為主。從第四系樂東組-中新統(tǒng)梅山組水道體系十分發(fā)育，水道類型多樣，水道砂領(lǐng)域勘探潛力巨大，但至今未獲得重大突破，亟需打開局面。其中，壓力成因復(fù)雜，儲層段砂體壓力系數(shù)高（最高達(dá)2.30），鉆井安全窗口窄（低至0.01g/cm3），井下復(fù)雜情況頻發(fā)，是制約該區(qū)勘探突破的重要原因。

造成水道砂儲層壓力預(yù)測困難的原因主要有兩方面：（1）砂體多期切割，相互疊合，導(dǎo)致砂體中壓力傳遞或泄壓現(xiàn)象普遍存在，而壓力傳遞點的確定往往非常困難；（2）砂體相互獨立，具有典型的泥包砂環(huán)境，形成了富泥環(huán)境下的孤立砂體。這種情況下，采用基于速度和壓力經(jīng)驗關(guān)系的典型方法很難對孤立砂體中的壓力情況進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。

面臨復(fù)雜多變的區(qū)域地質(zhì)特征和井下溫壓條件，盆地內(nèi)高溫高壓井作業(yè)逐漸面臨工業(yè)材料極限，作業(yè)難度和風(fēng)險較常溫常壓井要高出數(shù)倍。而隨著鉆遇水道砂壓力的繼續(xù)上升，鉆井難度又進(jìn)一步提高，這對海上鉆井作業(yè)技術(shù)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近年來，在該領(lǐng)域多口探井的相繼失利，嚴(yán)重制約了該領(lǐng)域的勘探進(jìn)程。因此，水道砂儲層超壓預(yù)測問題是當(dāng)前又一亟需解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

3 地層壓力預(yù)測技術(shù)關(guān)鍵

（1）超壓成因機(jī)制研究

超壓成因機(jī)制的研究是精確預(yù)測壓力的基礎(chǔ)，只有盡可能地弄清超壓的形成機(jī)制及其分布特征，才能進(jìn)行精確的地層壓力預(yù)測工作。異常壓力的成因是多種多樣的，一般是多種因素的綜合結(jié)果，其中以某一種為主，其它為輔。欠壓實作用、生烴增壓和構(gòu)造擠壓等是超壓的主要成因。很多情況下，某一地層超壓形成之后，在漫長的地質(zhì)演化過程中，由于構(gòu)造原因，超壓還會進(jìn)行重新分布，這就進(jìn)一步增加了超壓成因識別的難度。

鶯瓊盆地主要超壓特征可以大致分為四類，即欠壓實模式、砂體泄壓模式、砂體傳壓模式及斷裂傳壓模式，其預(yù)測關(guān)鍵點及難度見表1。識別不同目標(biāo)的超壓成因機(jī)制，然后選擇適合的壓力模型，控制關(guān)鍵點，是預(yù)測工作最重要的步驟。

表1 鶯瓊盆地主要超壓結(jié)構(gòu)特征及壓力預(yù)測關(guān)鍵點、難度分析

（2）適應(yīng)性計算模型建立

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，地層壓力定量研究方面取得了較多的成果，形成了一系列的計算方法及理論模型。按照研究對象的維度劃分，孔隙壓力預(yù)測研究可以分為一維井筒壓力預(yù)測、二維平面壓力預(yù)測及三維壓力體預(yù)測。每個研究對象都有相應(yīng)的具體方法，每種方法又都有其適應(yīng)性和局限性，見表2。因此，如何建立適應(yīng)于研究區(qū)域的理論模型，獲取理論模型中的關(guān)鍵參數(shù)，對于壓力研究來說至關(guān)重要。

（3）基礎(chǔ)資料分析及精細(xì)速度建模

表2 常用的壓力預(yù)測模型

地層壓力預(yù)監(jiān)測技術(shù)是一個多學(xué)科交叉的綜合性應(yīng)用性技術(shù)，以地層及流體為研究對象，運用多學(xué)科方法對地下流體壓力進(jìn)行預(yù)測和監(jiān)測。因此，做壓力預(yù)測之前要盡可能全面的搜集各種資料，對區(qū)域已鉆井情況進(jìn)行綜合分析判斷，見表3。

表3 壓力分析所需基礎(chǔ)資料

嚴(yán)格意義上，只有采用地震資料進(jìn)行的地層壓力研究才算是預(yù)測。壓力預(yù)測理論模型的本質(zhì)是建立層速度與地層壓力的映射關(guān)系，但是地震波速度的影響因素眾多，很難排除壓力以外其他因素的影響，速度與壓力不是一一對應(yīng)的映射關(guān)系。此外，地震速度的精度和地震分辨率有限。這些都影響了壓力預(yù)測的精度[19]。

4 地層壓力預(yù)測技術(shù)發(fā)展方向

（1）超壓地質(zhì)理論的豐富與完善

超壓地質(zhì)理論的豐富和完善有助于增強(qiáng)對超壓的認(rèn)識和理解，是地層壓力研究的理論指導(dǎo)。在區(qū)域超壓體系、盆地超壓演化、壓力封存箱理論、欠壓實理論、生烴增壓理論等相關(guān)超壓地質(zhì)理論的指導(dǎo)下，綜合考慮地層層序、巖性組合、壓力成因等因素的影響，厘清超壓的地質(zhì)、地球物理及鉆井工程響應(yīng)機(jī)制，建立適應(yīng)于本地區(qū)的超壓計算理論模型，是做好該工作的必要手段。

“十二五”期間，中海油在鶯瓊盆地高溫超壓天然氣成藏方面取得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了上中新統(tǒng)黃流組一段高溫超壓、高產(chǎn)巖性氣藏。新區(qū)新領(lǐng)域宏觀及微觀超壓地質(zhì)理論的研究，是今后亟待研究的重點工作之一，也是解決目前水道砂儲層及花崗巖風(fēng)化殼等特殊巖性儲層超壓預(yù)測問題的關(guān)鍵。

（2）地質(zhì)模型指導(dǎo)下的層速度精確解釋

超壓層的低速特點是利用地震資料進(jìn)行鉆前壓力預(yù)測的基本原理。取準(zhǔn)層速度資料是預(yù)測地層壓力的關(guān)鍵之一。要獲得高精度速度場，必須首先作好地震資料的精細(xì)處理，壓制好多次波，提高信噪比和分辨率，加密譜點解釋。同時，充分利用已有鉆井資料，綜合考慮目標(biāo)區(qū)域沉積模式、目標(biāo)層位巖性、含氣性等信息，在地質(zhì)模型指導(dǎo)下開展層速度精確解釋，分構(gòu)造、分區(qū)帶、分層段做好速度解釋規(guī)律總結(jié)工作。此外，發(fā)展各向異性速度分析技術(shù)，開展地質(zhì)約束下的疊前深度偏移，進(jìn)一步解決鶯瓊盆地中深層速度各向異性問題，是提高現(xiàn)有方法壓力預(yù)測精度的關(guān)鍵，也是今后發(fā)展的重點。

（3）壓力預(yù)測多解性分析與識別

對海洋鉆井而言，設(shè)計井周圍的已鉆井往往距離較遠(yuǎn)，構(gòu)造差異大，可參考資料少，參考性不強(qiáng)。由于受到超壓成因復(fù)雜性、超壓響應(yīng)多解性以及對目標(biāo)區(qū)域地質(zhì)研究的深入程度等眾多因素影響，壓力預(yù)測的結(jié)果往往具有多解性。盡可能地利用已鉆井資料，總結(jié)區(qū)域性規(guī)律，是減小底辟構(gòu)造、水道砂等地質(zhì)因素對預(yù)測誤差影響的重要手段。因此，區(qū)域已鉆井壓力資料庫的建設(shè)也是今后需要開展的工作之一。