博興洼陷地層孔隙壓力測井評價研究

李山生

（中石化勝利石油工程有限公司測井公司，山東 東營257096）

0 引 言

利用測井資料進(jìn)行地層孔隙壓力評價具有分析數(shù)據(jù)連續(xù)、成本低廉、精度可靠等特點［1－4］。但相對中高孔隙度滲透率儲層，低滲透率儲層通常表現(xiàn)出儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖性多樣、油水關(guān)系復(fù)雜等特點，從而導(dǎo)致巖石物理與測井曲線的響應(yīng)規(guī)律復(fù)雜，基于測井資料開展低滲透率儲層孔隙壓力評價難度較大。

本文針對東營凹陷博興洼陷沙河街組地層，在異常地層壓力成因機(jī)制分析的基礎(chǔ)上開展低滲透率儲層地層孔隙壓力的測井評價方法研究。

1 異常地層壓力成因機(jī)制

博興洼陷是東營凹陷內(nèi)一個次一級構(gòu)造單元，整個洼陷東西向呈地塹式，南北呈箕狀。自西向東、由南向北發(fā)育花溝、金家－樊家、柳橋及小營－純化四大鼻狀構(gòu)造帶。在博興洼陷，尤其是北部的洼陷中心沙四段上亞段純上次亞段主要由灰質(zhì)泥巖、油頁巖和白云巖組成，加上沙三段中、下亞段巨厚暗色泥巖的覆蓋，形成了封閉性非常好的密閉環(huán)境。由于純上次亞段沉積時期物源比較豐富，沉積物快速沉積埋藏，易形成欠壓實現(xiàn)象，因此，不均衡壓實作用對北部洼陷中心異常高壓的形成貢獻(xiàn)很大［5－6］。

2 地層孔隙壓力測井評價的理論基礎(chǔ)

有關(guān)異常壓力的形成機(jī)理主要以排驅(qū)速度與壓實成巖速度的差異區(qū)分。當(dāng)排驅(qū)速度低于壓實成巖速度時，地層中的流體不能及時排除，將形成異常高壓；當(dāng)排驅(qū)速度高于壓實成巖速度時，地層中的流體排除過量，則形成異常低壓。在泥頁巖中主要為壓實成巖作用，因此可利用泥頁巖壓實規(guī)律發(fā)現(xiàn)和預(yù)測該類地層的孔隙壓力。這就是所有基于泥頁巖正常壓實趨勢線方法所共有的理論前提——非均衡壓實。

利用測井資料進(jìn)行地層孔隙壓力評價的方法有等效深度法、Eaton法、巖石力學(xué)參數(shù)法等［1－4］。針對博興洼陷儲層的低滲透率特點及其異常地層壓力形成機(jī)制，采用Eaton法進(jìn)行地層孔隙壓力預(yù)測評價。該方法以泥巖正常壓實理論為基礎(chǔ)，在常規(guī)砂泥巖地層具有較好的適應(yīng)性。

2.1 Eaton法基本原理

1972年Eaton根據(jù)墨西哥灣等地區(qū)經(jīng)驗及巖石物理實驗的研究建立了地層孔隙壓力和測井參數(shù)（聲波時差、電阻率等）的冪指數(shù)關(guān)系［7］，這種關(guān)系并不隨巖性或深度的變化而改變，其原理是上覆壓力梯度的變化決定了壓實觀察參數(shù)的實際值和正常趨勢值的比率與地層孔隙壓力的關(guān)系［8］。其基本表達(dá)形式為

式中，pp為地層孔隙壓力，MPa；p0、ph分別為上覆巖層壓力、靜水壓力，MPa；Δt為觀測點測井實測值，μs／ft＊非法定計量單位，1ft＝12in＝0.304 8m，下同；Δtn為同一深度正常壓實趨勢線上的對應(yīng)值，μs／ft；C為地區(qū) Eaton冪指數(shù)。

通常選用縱波時差曲線構(gòu)建正常壓實趨勢線，并在分析獲取Eaton冪指數(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)地層孔隙壓力的測井評價。

2.2 正常壓實趨勢線的建立

地層孔隙壓力計算的關(guān)鍵是泥巖正常壓實趨勢線的準(zhǔn)確建立，在正常壓實情況下，泥巖聲波時差與埋深在半對數(shù)坐標(biāo)上呈線性關(guān)系——正常壓實趨勢線。在異常高壓地層中，聲波時差增大，從而偏離正常地層壓力趨勢線。

建立壓實趨勢線的關(guān)鍵是取準(zhǔn)純泥巖段的聲波時差，其取值原則可概括為“三取三不取”，①取純的泥頁巖而不取其他巖性，主要是根據(jù)自然伽馬、自然電位、井徑曲線結(jié)合地質(zhì)錄井資料區(qū)分泥頁巖和砂巖地層；②取井徑正常井段而不取縮徑或擴(kuò)徑嚴(yán)重井段，根據(jù)井徑曲線剔除與標(biāo)準(zhǔn)井徑相差18%的部分；③取泥巖層聲波時差曲線上的平均特征值而非尖峰值和周波跳躍值，讀值時，注意聲波時差測井曲線在泥巖段位置數(shù)值的趨向性，避免讀取孤立的過高值或過低值。對于厚度較大的泥巖層段，選取有代表性的數(shù)據(jù)點，以取少取精為原則，避免過多數(shù)據(jù)聚集在同一深度段。

由于異常高壓帶的形成關(guān)系復(fù)雜，后期的構(gòu)造運動又會影響其特征，實際的壓實趨勢線是有地區(qū)性的，而且同一區(qū)塊同一口井不同層位的趨勢線也會有差異。

2.3 Eaton冪指數(shù)的獲取

由式（1）可知，地層孔隙壓力計算精度與地層Eaton冪指數(shù)C密切相關(guān)，其在不同地區(qū)（不同地質(zhì)沉積盆地）隨巖性、成巖作用程度的差異而變化。以往的計算往往采用固定的經(jīng)驗常數(shù)，當(dāng)C＝5時，美國墨西哥灣沿岸應(yīng)用效果最好。

根據(jù)已有的地層孔隙壓力實測結(jié)果及所建立的正常壓實趨勢線，利用式（1）反推得到研究區(qū)內(nèi)各井地層壓力測試深度段Eaton冪指數(shù)C。對計算結(jié)果統(tǒng)計分析表明，Eaton冪指數(shù)C并不是一個常數(shù)，隨著埋深增大及聲波時差的減小有逐漸增大的趨勢。這里分別作了博興洼陷Eaton冪指數(shù)C與地層埋深（見圖1）、聲波時差的相關(guān)圖（見圖2），對比發(fā)現(xiàn)，Eaton冪指數(shù)C與地層埋深具有較好的非線性關(guān)系，隨深度呈指數(shù)關(guān)系增大，回歸公式相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.871，擬合精度可以滿足工程計算要求。

圖1 Eaton冪指數(shù)C隨深度變化的相關(guān)圖

由此建立了適合博興洼陷的Eaton法計算地層孔隙壓力的指數(shù)線性關(guān)系式

圖2 Eaton冪指數(shù)C隨聲波時差變化的相關(guān)圖

3 應(yīng)用效果分析

基于上述理論方法，對研究區(qū)塊內(nèi)多口井進(jìn)行了地層孔隙壓力的測井預(yù)測，與等效深度法以及實測壓力資料進(jìn)行對比，驗證了Eaton法計算地層孔隙壓力的可靠性。

按照上述建立壓實趨勢線時泥巖段聲波時差的取值原則，建立了研究區(qū)內(nèi)F172井正常壓實趨勢線方程（見圖3）

圖4 F172井地層壓力測井預(yù)測剖面

式中，Δt為聲波時差，μs／ft。由此可見，基于Eaton法計算的地層孔隙壓力結(jié)果具有較高的精度，能夠滿足工程需要，在勝利油田博興洼陷低滲儲層具有較好的適應(yīng)性。

圖3 F172井正常壓實趨勢線

圖4是F172井分別用等效深度法與Eaton法計算孔隙壓力結(jié)果的對比。F172井3 170m以下為大段的泥巖，2種計算結(jié)果均表明該井段為正常壓實，這與實鉆資料一致；3 410.37m處孔隙壓力梯度等效深度法計算為0.98g／cm3，Eaton法計算結(jié)果為1.07g／cm3，均接近實測壓力值1.04g／cm3；3 170m以上砂巖井段兩者計算結(jié)果出現(xiàn)差異，大部分井段等效深度法計算的孔隙壓力梯度均小于0.8g／cm3，顯然不合理，而Eaton法計算的結(jié)果更符合實際。

利用Eaton法計算了博興洼陷內(nèi)F170井、F175井等9口井沙三段及沙四段地層的孔隙壓力梯度剖面，并與部分實測的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比（結(jié)果見表1和圖5），平均相對誤差可以達(dá)到4.49%。

表1 博興洼陷實測與計算孔隙壓力梯度對比

圖5 地層孔隙壓力計算與實測對比圖

4 結(jié) 論

（1）正常壓實趨勢線的建立是地層孔隙壓力計算的關(guān)鍵，按照“三取三不取”的原則取準(zhǔn)純泥巖段的聲波時差是基礎(chǔ)。

（2）Eaton法計算地層孔隙壓力精度與冪指數(shù)C密切相關(guān)，根據(jù)實測壓力資料反推得到了博興洼陷Eaton冪指數(shù)C與地層埋深的指數(shù)線性關(guān)系式。

（3）泥巖段及深部地層Eaton法與等效深度法計算結(jié)果接近，但在砂巖段或淺部地層等效深度法計算結(jié)果明顯不符合實際。

（4）與實測壓力對比，Eaton法計算的地層孔隙壓力結(jié)果具有較高精度，能夠滿足工程需要，在勝利油田博興洼陷低滲透率儲層具有較好適應(yīng)性。

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