陳 鳴，余立文，秦 瑞，高云龍，王 鋒

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524000）

孔隙壓力預(yù)測(cè)在泥頁(yè)巖地層中應(yīng)用廣泛。在勘探階段，它可以用來(lái)分析烴類運(yùn)移和儲(chǔ)層密封能力；在開(kāi)發(fā)階段，它可以用來(lái)分析儲(chǔ)層驅(qū)動(dòng)力和連通性；在鉆井階段，它可以作為套管設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)［1］?？紫秹毫εc諸多儲(chǔ)層參數(shù)具有緊密的聯(lián)系，如孔隙度、流體類型、儲(chǔ)層連通性、地層壓實(shí)程度等，因此孔隙壓力信息能夠?yàn)閮?chǔ)層評(píng)價(jià)及鉆井提供一定的指導(dǎo)性意見(jiàn)?？紫秹毫νǔＪ怯膳璧啬Ｐ突虻貙铀俣惹笕?，前者所求出的孔隙壓力準(zhǔn)確度相對(duì)較低。

通常選取Eaton公式和Yan公式，通過(guò)地層壓實(shí)速度來(lái)預(yù)測(cè)地層孔隙壓力。但是Eaton 公式和Yan公式在預(yù)測(cè)孔隙壓力的過(guò)程中都存在缺點(diǎn)，即需要求取正常壓實(shí)速度。而正常壓實(shí)速度通常是由淺層的速度擬合求取，但在淺層聲波時(shí)差曲線缺失或波動(dòng)大時(shí)誤差較大［2-3］。本文提出了一種新方法預(yù)測(cè)孔隙壓力，該方法聯(lián)合Eaton公式和Yan公式，在不求取正常壓實(shí)速度的情況下能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出孔隙壓力［4-6］，避免了由于求取正常壓實(shí)速度所帶來(lái)的誤差。

本次研究在泥頁(yè)巖地層段運(yùn)用新方法來(lái)預(yù)測(cè)基于測(cè)井及地震資料的孔隙壓力，該工區(qū)的巖性主要為泥頁(yè)巖，伴有少量的砂巖薄層與泥質(zhì)砂巖薄層。測(cè)井結(jié)果顯示，新方法的預(yù)測(cè)效果明顯好于用Eaton公式與Yan公式，且新方法能夠成功地運(yùn)用到地震資料預(yù)測(cè)上。在沿目的層提取的孔隙壓力平面圖上，產(chǎn)氣井位于孔隙壓力高壓異常區(qū)域，說(shuō)明孔隙壓力與儲(chǔ)層特性密切相關(guān)，孔隙壓力信息為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供了一個(gè)可行的方案。

1 孔隙壓力預(yù)測(cè)理論

1.1 速度-有效壓力公式

1.1.1 Eaton公式

Eaton 公式（1975）［7］通過(guò)地震波速度來(lái)預(yù)測(cè)有效壓力，其表達(dá)如下：

式中VP為實(shí)測(cè)地震波速度，m/s；VPn為正常壓實(shí)情況下的速度，m/s；Pd為有效壓力，MPa；Pdn為正常壓實(shí)下的有效壓力，MPa；E為Eaton系數(shù)。

1.1.2 Yan公式［8-9］

Yan等人在Eaton公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合了實(shí)驗(yàn)室?guī)r心測(cè)量的數(shù)據(jù)，在保證輸入?yún)?shù)不變的情況下改進(jìn)了Eaton 公式，預(yù)測(cè)結(jié)果較Eaton 公式更好，其表達(dá)式如下：

式中C為回歸系數(shù)。

1.1.3 新模型

結(jié)合上述兩種公式，本文得到一個(gè)新的預(yù)測(cè)孔隙壓力的公式。該公式由公式（1）和公式（2）消去VPn所得：

相對(duì)于Eaton公式和Yan公式，利用新模型求取有效壓力的優(yōu)點(diǎn)是不需要求取正常壓實(shí)速度VPn。因此在淺層聲波時(shí)差曲線缺失或者曲線波動(dòng)大，難以確定VPn的情況下利用新方法能夠更為準(zhǔn)確地求出地層的孔隙壓力。

1.2 孔隙壓力求取流程

利用測(cè)井資料預(yù)測(cè)孔隙壓力流程圖見(jiàn)圖1。

孔隙壓力求取需要用到密度測(cè)井和聲波測(cè)井，具體計(jì)算步驟如下：

（1）用密度曲線求出上覆地層壓力PC：

式中，PC為上覆地層壓力，MPa；ρz為密度測(cè)井值，g/cm3；g為重力加速度，m/s2；d為回歸系數(shù)；H為深度，m。

（2）求出靜水壓力PPn及正常壓實(shí)情況下的有效壓力Pdn：

式中，PPn為靜水壓力，MPa；ρ水為水的密度，g/cm3。

（3）由實(shí)測(cè)速度曲線判斷出正常壓實(shí)層段并擬合出正常壓實(shí)速度曲線VPn：

式中，c為擬合直線斜率;VO為擬合直線截距，m/s。

（4）結(jié)合公式（4）～（7）以及聲波測(cè)井曲線，帶入到速度-有效壓力公式求出有效壓力Pd；

（5）用有效壓力定理求出孔隙壓力PP：

2 測(cè)井資料預(yù)測(cè)結(jié)果

基于測(cè)井資料，運(yùn)用Eaton 公式、Yan 公式和新提出的公式，分別對(duì)一口泥頁(yè)巖井進(jìn)行了孔隙壓力預(yù)測(cè)，所預(yù)測(cè)出來(lái)的孔隙壓力如圖2 所示。該井在目的層泥頁(yè)巖地層中產(chǎn)有頁(yè)巖氣。圖2中第二列的正常壓實(shí)趨勢(shì)線VPn由淺層泥頁(yè)巖的縱波速度擬合，該參數(shù)是Eaton公式、Yan公式都必需的參數(shù)。但是由于淺層縱波速度曲線波動(dòng)較大的原因，所求取出來(lái)的VPn并不準(zhǔn)確，因此Eaton 方法和Yan 方法所預(yù)測(cè)出來(lái)的孔隙壓力缺乏一定的可信度。圖2中最后一列的紅點(diǎn)數(shù)據(jù)為地層壓力測(cè)試得到的實(shí)測(cè)孔隙壓力點(diǎn)，用來(lái)作對(duì)比研究找出最適用于泥頁(yè)巖地層的孔隙壓力預(yù)測(cè)方法。從圖2 可以看出，通過(guò)新方法預(yù)測(cè)出來(lái)的孔隙壓力與實(shí)測(cè)的孔隙壓力數(shù)據(jù)結(jié)果最為相近，因此相對(duì)于Eaton 公式和Yan 公式，新方法在該井的預(yù)測(cè)效果最好。這主要是由于新方法不需要求取VPn的緣故，從而避免了在求取VPn的過(guò)程中所帶來(lái)的誤差。從圖2 中的第4 列和第5 列可以看出，該井在580～640 m 深度段是富含有機(jī)質(zhì)和CH4的含氣層段，主要產(chǎn)頁(yè)巖氣。且在該層段預(yù)測(cè)出來(lái)的孔隙壓力要明顯大于靜水壓力，主要的高壓生成機(jī)制是由于生烴作用引起的。因此孔隙壓力的高壓異常可以作為評(píng)估儲(chǔ)層含氣性的一個(gè)重要參數(shù)。

圖2 泥頁(yè)巖井孔隙壓力預(yù)測(cè)結(jié)果分析

3 影響因素分析

地層壓力計(jì)算過(guò)程中需要用到密度、縱波速度，為了研究密度和縱波速度是如何影響地層壓力的，選取了該井620～670 m 近似深度層段的數(shù)據(jù)進(jìn)行了影響因素研究,分別了解密度和縱波速度對(duì)有效壓力和孔隙壓力的影響。首先通過(guò)式（3）得出了有效壓力隨密度和縱波速度的變化規(guī)律，結(jié)果如圖3 所示。圖3 中黑色的線代表正常壓實(shí)下的有效壓力，可以看出當(dāng)密度和縱波速度變化時(shí)，正常壓實(shí)下的有效壓力也會(huì)產(chǎn)生變化。這主要是由于巖層的密度和縱波速度增大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致上覆地層壓力增大，因此正常壓實(shí)下的有效壓力也增大。圖3 中的黑點(diǎn)代表井中產(chǎn)氣層段的數(shù)據(jù)，左邊圓圈的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)井中620～650 m 深度段，該層段產(chǎn)頁(yè)巖氣；右邊圓圈的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)井中650～670 m 深度段的數(shù)據(jù)，該層為正常壓實(shí)層段，不產(chǎn)頁(yè)巖氣。從圖3 中可以看出，相比于正常壓實(shí)層段的數(shù)據(jù)，產(chǎn)頁(yè)巖氣層段的數(shù)據(jù)具有更小的縱波速度、更小的有效壓力和相對(duì)較小的密度，這主要是由于地層含氣的原因。

圖3 密度和縱波速度對(duì)有效壓力的影響

結(jié)合有效應(yīng)力定理，通過(guò)式（3）可以得出孔隙壓力隨密度和縱波速度的變化規(guī)律，結(jié)果如圖4 所示。圖4 中黑色的線代表正常壓實(shí)下的孔隙壓力，即靜水壓力，從圖中可以看出當(dāng)密度和縱波速度按一定比例增大時(shí)，孔隙壓力保持靜水壓力不變，而密度和縱波速度的變化規(guī)律不滿足這個(gè)條件時(shí)，地層就會(huì)處于孔隙壓力高壓或者低壓的狀態(tài)。當(dāng)密度增大明顯多于縱波速度時(shí)，地層處于超壓狀態(tài)；相反，地層就會(huì)處于低壓狀態(tài)。圖4 中左側(cè)圓圈內(nèi)的數(shù)據(jù)顯示了更小的縱波速度、更大的孔隙壓力和相對(duì)較小的密度，這主要是由于地層含氣的原因。

圖4 密度和縱波速度對(duì)孔隙壓力的影響

在圖3 和圖4 中，左側(cè)圓圈內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)為井中650～750 m 深度段的數(shù)據(jù)，即圖2 中的產(chǎn)氣層段。從上述影響因素分析可以得知，該層段的數(shù)據(jù)顯示了較小的縱波速度、較小的有效壓力、較大的孔隙壓力和相對(duì)較小的密度，這與圖2 中所顯示的規(guī)律是一樣的。因此這些儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)于研究?jī)?chǔ)層的含氣性具有至關(guān)重要的作用。

4 地震資料預(yù)測(cè)孔隙壓力

通過(guò)上述研究已經(jīng)知道新方法能夠比較精準(zhǔn)地利用測(cè)井資料預(yù)測(cè)出孔隙壓力，因此該方法在本工區(qū)較為適用，利用該方法求取地震上的孔隙壓力也是合理的。為了增加預(yù)測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度，公式（3）中所用到的回歸參數(shù)C和E通過(guò)實(shí)測(cè)孔隙壓力資料標(biāo)定的方法來(lái)得到。同時(shí)，測(cè)井上預(yù)測(cè)的孔隙壓力被用來(lái)檢驗(yàn)地震資料預(yù)測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度［10］。

基于地震層速度剖面，利用新方法求取了地震資料上的孔隙壓力剖面，如圖5 所示。從圖5 可以看出，孔隙壓力剖面分辨率較低的原因是因?yàn)樗玫降膶铀俣绕拭娣直媛瘦^低。井上預(yù)測(cè)出的孔隙壓力與地震剖面吻合度較好。因此，利用新方法預(yù)測(cè)該工區(qū)地震資料上的孔隙壓力是可行的。

圖5 基于地震資料預(yù)測(cè)的過(guò)井孔隙壓力屬性剖面（顏色指示孔隙壓力）

圖6是沿目的層提取出來(lái)的沿層孔隙壓力平面圖。該目的層產(chǎn)頁(yè)巖氣。為了優(yōu)選出目的層段的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)氣段，孔隙壓力沿層平面圖在此可起到對(duì)比分析的作用，并在孔隙壓力平面上區(qū)分出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)氣段和普通層段。從圖6 中可以看出，產(chǎn)氣井剛好為孔隙壓力異常高壓的區(qū)域，明顯不同于周圍區(qū)域孔隙壓力的特征。所以，更希望選取孔隙壓力異常高壓的區(qū)域作為研究區(qū)域，因?yàn)楦鶕?jù)上述研究，該區(qū)域含氣的可能性更高。

圖6 沿目的層提取的孔隙壓力屬性平面圖（顏色指示孔隙壓力）

5 結(jié)論

本文針對(duì)泥頁(yè)巖地層提出了一種新的孔隙壓力預(yù)測(cè)方法，相比于常用的Eaton 公式和Yan 公式，在預(yù)測(cè)孔隙壓力的過(guò)程中不需要求取正常壓實(shí)速度，從而避免了求取正常壓實(shí)速度過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。研究結(jié)果表明：該方法用在測(cè)井上的預(yù)測(cè)效果要明顯優(yōu)于Eaton公式和Yan公式，且在利用地震資料上預(yù)測(cè)結(jié)果同樣也是可靠的，與測(cè)井結(jié)果的匹配度較高，另外，預(yù)測(cè)的孔隙壓力剖面對(duì)于泥頁(yè)巖地層的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)具有一定的指導(dǎo)性作用。