WZ12－1油田流沙港組一段異常高壓預測

曹 園，鄧金根，蔚寶華

(中國石油大學，北京 102249)

1 異常高壓地層分類判斷及預測模型

1.1 異常高壓地層分類

圖1 有效應力與聲波速度關系示意圖

不同誘因形成的異常高壓地層性質不同，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]。正常沉積壓實地層，波速v與有效應力σ均隨井深逐漸增加，此時v與σ交會曲線稱為加載曲線(圖1);不平衡壓實或構造擠壓導致地層出現(xiàn)高壓時，地層應力應變關系與正常壓實地層相同，v與σ交會點落在加載曲線上;其他原因導致的地層高壓，地層應力應變關系發(fā)生變化，v與σ交會點偏離加載曲線[4－7]。圖1中U值為Bowers引入的描述地層塑性性質的系數(shù)，地層完全彈性變形時U=∞，地層完全塑性變形時 ，石油工業(yè)研究巖石對象的U值一般為2～8[8]。

深部地層有效應力不可直接測量，因此不能通過加載曲線直接判斷地層異常高壓成因。正常壓實地層孔隙度φ隨井深變化關系為φ=φ0e－ch，密度測井可反映地層孔隙度變化，因此，可通過聲波時差及密度交會曲線判斷異常高壓形成原因。

1.2 預測模型

聲波測井受井眼條件干擾較小，能夠較真實反映地層性質，一般用于地層壓力預測。聲波測井預測地層壓力方法包括傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)預測方法[9－11]。傳統(tǒng)預測方法基于泥質沉積物欠壓實理論，包括經驗系數(shù)法、等效深度法、Eaton法[3]等，非傳統(tǒng)預測方法包括Bowers法及樊洪海法[4]等。相比需要大量測量數(shù)據(jù)的經驗系數(shù)法、等效深度法和樊洪海法，對測井數(shù)據(jù)量要求較少的Eaton法和Bowers法常用于地層壓力預測且精度較高。Eaton法見式(1)，Bowers法見式(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為正常聲波時差，s/m;Δt為實測聲波時差，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為有效應力，MPa;σmax為卸載點有效應力，MPa，A、B、C為常數(shù);U為地層塑性系數(shù)。

2 WZ12－1油田異常高壓預測及成因分析

2.1 孔隙壓力預測法優(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，隨后鉆進過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為該井聲波時差、密度測井曲線，圖中顯示聲波時差在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法計算地層孔隙壓力，根據(jù)地層壓力實測數(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，計算結果見圖3。

圖3顯示在聲波時差正常段，Eaton公式和Bowers公式計算孔隙壓力梯度基本相同，約為1.0 g/cm3，與壓力實測值一致;在聲波時差異常段，均出現(xiàn)高壓，但Eaton公式計算最高孔隙壓力梯度為1.37 g/cm3，Bowers公式計算最高孔隙壓力梯度為1.63 g/cm3，實測地層壓力梯度最高值為1.60 g/cm3，現(xiàn)場用最高泥漿密度為1.58 g/cm3(此時錄井仍顯示氣測異常，但能進行作業(yè))，Bowers公式計算值更符合實際孔隙壓力。X2井位于X1井西南約700m，該井流沙港組一段井深3024.5 m實測地層壓力梯度為1.62 g/cm3，與Bowers法計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測。

圖2 X1井聲波時差與密度測井曲線

圖3 孔隙壓力梯度計算結果

2.2 異常高壓成因分析

將2775～3246 m測井井段分為2775～2920、2921～3100、3101～3426 m 3段作密度和聲波時差交會圖(圖4)。圖4中顯示2921～3100 m井段聲波時差與密度交會點向右側偏離正常交會趨勢線，可判斷該段異常高壓由非欠壓實原因導致。

圖4 地層密度與聲波時差交會圖

由于經歷了多期構造運動，流一段形成了多套儲蓋組合及良好的圈閉。下層系含有大量有機質含量豐富的油頁巖和灰褐色泥巖，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，干酪根轉變?yōu)橛蜌鈺r體積膨脹可達25%。X1井與X2井鉆至流一段高壓層表現(xiàn)氣測異常，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，地層中蒙脫石達到脫水門限后，將釋放大量晶格層間水和吸附水轉變?yōu)橐晾?，這些結構水釋放后體積與孔隙水相比增大近4%，也會導致地層壓力升高。流一段泥巖含量豐富，對X1井泥巖礦物成分進行定量分析。蒙脫石隨井深增加逐漸脫水轉化為伊利石。因此，泥巖礦物轉化也是流一段異常高壓成因之一，但是礦物轉化產生的高壓值較低，并不是流一段高壓的主要成因。

3 結論

(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法能夠準確預測該段地層壓力。

(2)分析流一段聲波時差與密度交會圖可知，異常高壓為非欠壓實原因所致。

(3)流沙港組一段異常高壓產生的基礎條件為良好的圈閉及多組儲蓋組合，產生的主導原因為烴源巖生烴作用。

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

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