一種地層壓力綜合預(yù)測方法

摘 要：本文所述的地層壓力綜合預(yù)測方法的主要思路是：在對研究區(qū)的特定假設(shè)情況下，等效深度法存在難以建立正常壓實趨勢線的缺點，F(xiàn)illippone法存在的無法處理地層速度反轉(zhuǎn)的缺點。通過兩者的公式結(jié)合，由Fillippone法得到正常壓實趨勢線的替代品，由等效深度法計算地層壓力，分別避開了兩者的缺點，實現(xiàn)地層異常壓力預(yù)測。

關(guān)鍵詞：異常地層壓力;等效深度法;Fillippone法

1 引言

地層壓力是指作用在巖石孔隙內(nèi)流體上的壓力，也稱地層孔隙壓力或者孔隙流體壓力。如果孔隙內(nèi)流體是完全連通的，那么它將有正常的地層壓力，這稱為靜水壓力。但是很可能會因為地下環(huán)境復(fù)雜，影響因素眾多，地層壓力的值與靜水壓力的值不相等，這稱為異常壓力。異常壓力是一種普遍存在的現(xiàn)象，它與油氣的生成、儲藏和開發(fā)有著密不可分的關(guān)系。異常壓力內(nèi)部具有異常的孔隙度和滲透率，其特殊的地質(zhì)環(huán)境可以促進(jìn)烴類的生成和儲集，有助于流體的保存從而可以為油氣的運移提供通道。

油氣層的壓力反映了油氣資源的分布狀態(tài)、運動規(guī)律，是油氣勘探中受到重點關(guān)注的數(shù)據(jù)。在開發(fā)階段中，地層壓力預(yù)測可以輔助確定儲層的驅(qū)動、連通狀態(tài);在鉆井階段，地層壓力預(yù)測是確定鉆井方案和確保鉆井施工安全的主要依據(jù)，準(zhǔn)確的地層壓力預(yù)測可以減少井噴、井漏事故，合理的地層壓力預(yù)測對油氣開發(fā)具有重要意義[1]。

地層壓力預(yù)測目前已經(jīng)有了很多成熟的方法，常用方法有等效深度法[2]、Eaton法[3][4]、Fillippone法[5][6]、dc指數(shù)法等，這些方法都是通過測井資料、地震資料對地層的壓力進(jìn)行預(yù)測。其中以測井資料為主要依據(jù)的方法，對異常地層壓力的預(yù)測效果較好，但是這種方法實際上并不完全算是預(yù)測，因為這一類方法只能應(yīng)用在鉆井處，對鉆井以外的區(qū)域無法進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測;相對而言，以地震資料為主要依據(jù)的方法在空間上有更大的廣度，能預(yù)先獲得大量的地層信息，它是目前主要的異常地層壓力預(yù)測方法。

以地震資料為主要依據(jù)預(yù)測地層壓力主要是利用地震資料中的層速度資料。基于地層的壓實理論，建立起壓力和波速之間關(guān)系，進(jìn)而可以通過波速預(yù)測出地層壓力的值。這一類方法主要分為兩種，一種是建立正常的壓實趨勢線，主要方法有等效深度法，Eaton法等。另一種是不需要建立正常的壓實趨勢線，此方法比較方便，比如Fillippone法等。

2 常用地層壓力預(yù)測方法介紹

2.1 等效深度法

等效深度法又名為平衡深度法，是在1965年被Hottman等提出的最早的地層壓力預(yù)測方法。它的主要理論依據(jù)是有效應(yīng)力定理，假設(shè)具有相同孔隙度的地層壓實程度相同，巖石的骨架應(yīng)力也相同。僅考慮垂直方向，地層a的有效應(yīng)力與地層壓力之和應(yīng)等于其上覆地層壓力，用公式表示為：

其中，poa指上覆地層壓力;pea指垂直有效應(yīng)力，它是作用于巖石骨架上的應(yīng)力，它主要與地層的壓實作用有關(guān);pp指地層壓力，即作用于地層孔隙種流體的壓力。在正常壓實情況下，ppa即為靜水壓力，ppa和pea都符合正常壓實趨勢線;在欠壓實情況下，相較于正常壓實情況，pea變小，ppa展現(xiàn)出異常高壓;同樣對于過壓實情況，pea變大，ppa展現(xiàn)出異常低壓。

在等效深度法的假設(shè)下，對于異常壓實下的點a，可以找到正常壓實下有效應(yīng)力數(shù)值相同的某個點b，雖然地層a和b深度不同，但壓實程度相同，所以其等效應(yīng)力是一樣的，即：

其中peb為地層b的有效應(yīng)力。

有效應(yīng)力公式對地層b也成立，所以有：

其中pob指地層b的上覆地層壓力，ppb指地層b的地層壓力。

所以，在已知正常壓實趨勢線，即已知正常壓實地層b的數(shù)值，以及時poa，由公式（1）、（2）、（3）即可得到異常壓實地層a的地層壓力：

等效深度法主要適用于預(yù)測泥巖地區(qū)因欠壓實引起的異常地層壓力。

2.2 Fillippone法

Fillippone法是Fillippone在1978年提出的利用地震資料預(yù)測地層壓力的方法。它是目前國內(nèi)最常用的地層壓力預(yù)測法之一，基于地層的速度變化與孔隙壓力變化規(guī)律來進(jìn)行預(yù)測。公式為：

其中，pp是地層壓力;po是上覆地層壓力;νmin是地層巖石剛性近似為零時的地層速度;νmax是地層孔隙度近似為零時的縱波速度;vi是地層速度。

不難看出，F(xiàn)illippone法即是地層壓力在兩種情況下的插值。如果vi=νmin，地層中全是流體，上覆地層壓力完全由流體承擔(dān);如果vi=νmax，地層中沒有流體，地層壓力即為零。

3 地層壓力綜合預(yù)測方法

3.1 方法的提出

新方法的提出主要基于以下四個考量：

1）以等效深度法、Eaton法為代表的這一類預(yù)測方法，都是基于已構(gòu)建起的正常壓實趨勢線進(jìn)行地層壓力預(yù)測。但是在某些研究區(qū)，可能會遇到因為地表環(huán)境復(fù)雜、構(gòu)造較多等原因，難以建立起可靠的正常壓實趨勢線。這種情況下，再單獨使用等效深度法或者Eaton法，預(yù)測效果就會受到很大的影響。

2）Fillippone法是一種成熟的、被大規(guī)模應(yīng)用的地層壓力預(yù)測方法，但是其插值的求取方式導(dǎo)致了一個無法克服的缺點：如果地層速度變化劇烈，存在速度反轉(zhuǎn)的情況，那么使用Fillippone法就會無法正確地預(yù)測地層壓力。

3）等效深度法與Eaton法相比較，Eaton法有更高的預(yù)測精度和適應(yīng)能力。但Eaton法作為一種半定量半經(jīng)驗的預(yù)測方法，在測井資料較少的情況下，伊頓指數(shù)會難以確定，影響壓力預(yù)測效果。除此之外，有研究發(fā)現(xiàn)，對于因欠壓實引起的超壓，等效深度法的預(yù)測效果很可能好于Eaton法[7]。

4）近年來隨著地震勘探技術(shù)的發(fā)展，三維地震資料采集，多波反演等技術(shù)已經(jīng)開始更大范圍地應(yīng)用了，地震資料的精度有了很大的提升。相較于受到位置、數(shù)量限制的測井資料，高精度地震資料逐漸地可以承擔(dān)更大的權(quán)重。基于高精度地震資料，現(xiàn)在已經(jīng)可以得到精度較高的速度場，這使得Fillippone法的預(yù)測效果也有了很大的提高。

針對于存在上述問題的研究區(qū)和情況，可以將等效深度法與Fillippone法結(jié)合起來，避開其不適用的部分。

3.2 方法的介紹

在正常壓實情況下，根據(jù)Fillippone法對于某正常壓實地層b有：

其中，ppb是地層壓力;pob是上覆地層壓力;νmin是地層巖石剛性近似為零時的地層速度;νmax是地層孔隙度近似為零時的縱波速度;vb是地層速度。

在正常壓實情況下，根據(jù)有效應(yīng)力定理對于正常壓實地層b有：

其中，pob指地層b的上覆地層壓力，ppb指地層b的地層壓力，peb為地層b的有效應(yīng)力。

聯(lián)立（6）和（7）得到正常壓實下地層壓力與地層速度的關(guān)系：

可以看到，通過（8）實現(xiàn)了不使用常規(guī)測量方法，直接由地層速度場得到正常壓實趨勢線的替代品。

對于異常壓力地層a，也可以由等效深度法與（8）得：

在3.1的幾個假設(shè)情況下，通過Fillippone法計算正常壓實趨勢線，避免了正常方法難以測定正常壓實趨勢線的問題，由高精度速度場來保證數(shù)據(jù)的可靠性。基于等效深度法計算地層壓力，避開了可能存在的地層速度反轉(zhuǎn)導(dǎo)致Fillippone法不適用的問題;綜上所述，在給定的假設(shè)情況下，這一種綜合公式的地層壓力預(yù)測方法是有開發(fā)潛力的。

參考文獻(xiàn)

[1]時賢，程遠(yuǎn)方，梅偉.基于測井資料的地層孔隙壓力預(yù)測方法研究[J].石油天然氣學(xué)報，2012，34（8）.

[2]王宣龍，劉占鋒.等效深度法在油藏開發(fā)中的應(yīng)用[J].測井與射孔，2002.

[3] Eaton B.A The Effect of Overburden Stress on Geopressure Prediction from Well Log[J].Journal of Petroleum Technologt，1972，24（8）：929-934.

[4]楊振平，吳波，王勇.Eaton法預(yù)測M油田地層孔隙壓力[J].石油天然氣學(xué)報，2012（9）：181-182.

[5]Fillippone W R . Estimation of formation parameters and the predicting of overpressure from seismic data[J]. SEG Technical Program Expanded Abstracts， 1982， 1（1）.

[6]馬海.Fillippone地層壓力預(yù)測方法的改進(jìn)及應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2012，40（6）：56-61.

[7]景琛.基于超壓成因機(jī)制的壓力預(yù)測方法與應(yīng)用[J].測井技術(shù)，2018，42（04）：94-99.

作者簡介

任遠(yuǎn)飛（1993-），男，重慶萬州人，地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，成都理工大學(xué)2017級碩士研究生，研究方向：地震勘探。