南海高溫高壓領域基于傳遞模式的它源壓力預測方法研究*

劉愛群 范彩偉 吳云鵬 李 芳

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

鶯-瓊盆地是快速沉降的新生代沉積盆地，異常高溫高壓是其重要特征之一。前人認為異常高壓主要是由于盆地形成晚期快速沉降和快速沉積形成巨厚的欠壓實泥巖產(chǎn)生的，晚中新世以后穩(wěn)定的沉降和微弱的構造活動是保持異常高壓的重要條件[1-4]?！笆晃濉逼陂g都是基于傳統(tǒng)的泥巖欠壓實模式進行壓力預測，精度也相對較高，在鶯歌海盆地東方區(qū)DF1-A井強超壓、高產(chǎn)優(yōu)質氣層的發(fā)現(xiàn)是鶯-瓊盆地高溫超壓領域天然氣勘探的重大突破，不僅表明了高溫高壓條件下可以形成游離氣藏，而且證實了黃流組可以發(fā)育厚層的優(yōu)質儲層，由此打開了鶯歌海盆地高溫超壓的勘探新領域。

但是隨著勘探領域的擴大、勘探層系的增多，從2014年開始單純依靠泥巖欠壓實模式鉆前預測的壓力與實測地層壓力之間存在較大的誤差，很難解釋。例如瓊東南盆地的LS13-B井在主要目的層段鉆前預測地層壓力較MDT實測壓力小，誤差為-10.7%。后期，在加大國際公司合作的背景下，與科威特國際石油公司合作鉆探的YC27-C井和殼牌公司合作鉆探的LD10-D井，在主要目的層段也都出現(xiàn)了較大的壓力預測誤差，分別為-10.2%和-8.8%。這種較大的壓力預測誤差導致處理復雜井況增加了許多勘探成本，給鉆井安全和鉆井成本都帶來了較大的難題。因此，深入分析異常高壓產(chǎn)生的原因，并研發(fā)合理的壓力預測方法是本領域取得新突破的關鍵。

本文通過典型的高溫高壓井隨鉆及鉆后精細壓力分析，認識到除傳統(tǒng)泥巖欠壓實異常壓力成因外，異常壓力形成的主因為基于傳遞模式的它源壓力傳導，該認識是高溫高壓領域壓力成因認識的重大突破；在壓力成因分析的基礎上總結了基于傳遞模式的壓力成因分類；提出了相應的壓力預測方法及其適用范圍，成功應用于高溫高壓新鉆井的鉆前壓力預測。本文研究為高溫高壓領域新型大氣田的發(fā)現(xiàn)提供了技術保障，并為合理的井身結構設計和提高鉆井安全提供了技術支持。

1 基于傳遞模式的它源異常壓力成因

鶯-瓊盆地為典型的沉積盆地，地層欠壓實特征明顯，故異常壓力主要成因還是泥巖欠壓實成因[5-10]。但隨著勘探領域和層系的擴大，通過分析總結發(fā)現(xiàn)存在新的異常壓力成因，歸結為基于傳遞模式的它源壓力成因，主要包括基于砂體傳遞的它源壓力、基于斷裂系統(tǒng)傳遞的它源壓力和耦合傳遞的它源壓力。

1.1 基于砂體傳遞的它源異常壓力成因

LS13-B井鉆前預測、隨鉆及鉆后計算地層孔隙壓力明顯小于測壓點測得的地層壓力(圖1)。鉆后結合沉積和地質因素進行分析，發(fā)現(xiàn)目的層為大型的三角洲沉積扇體，橫向展布空間很大，連通性很好，同時砂體的低部位主體伸向底辟高壓區(qū)。砂體傳遞壓力具有一定的適用條件：首先，上部具有很好的蓋層泥巖；其次，下部泥巖具有欠壓實成因異常高壓背景；其三，砂體具有一定的滲透性，具有傳遞壓力的條件。但是并不是所有砂體都能傳遞壓力，還是要判斷沉積過程中砂體的滲透性和高部位出露地表情況和砂體接觸關系，若是高部位出露地表或是存在砂砂對接，壓力就會釋放，不會發(fā)育高壓。對于透鏡體而言，發(fā)育在泥包砂環(huán)境中，一般滿足質心效應，就不滿足壓力傳遞模式。以LS13-B為例進行說明，從目的層深度構造圖(圖2a)上看，目的層為大型的三角洲扇體，展布面積很大，砂體的主體低部位在西南。同時結合過井典型地震剖面(圖2b)和過井壓力剖面(圖2c)可以看出，砂體的低部位與梅山組高壓包相連，在這種情況下，砂體低部位的壓力會側向傳遞到砂體高部位的井點位置。所以對于大型砂體而言，存在基于砂體傳遞的它源異常壓力成因。

圖1 LS13-B井完井速度及壓力圖Fig .1 Completion velocity and pressure diagram of Well LS13-B

圖2 LS13-B井主要目的層構造和過井地震及壓力剖面圖Fig .2 Structure,through-well seismic and pressure profile of main target layer of Well LS13-B

1.2 基于斷裂系統(tǒng)傳遞的它源異常壓力成因

高壓釋放通道主要有斷裂和裂縫，已是大家的共識[11-14]。瓊東南盆地東部地區(qū)崖城組到三亞組期間松東凹陷、松西凹陷和松濤凸起發(fā)育有廣泛的斷裂，這些地區(qū)基本為正常壓力；陵水北坡、樂東凹陷、陵水凹陷和松南凹陷斷裂不發(fā)育，地層壓力都為超壓，表現(xiàn)出超壓分布與斷裂的分布有明顯的對應關系。當斷裂系統(tǒng)不發(fā)育，連片分布的沉積體對應正常壓力或過渡壓力區(qū)，孤立分布的砂體或不發(fā)育沉積體的地區(qū)對應較高的壓力系數(shù)，這種對應關系間接表明瓊東南盆地廣泛分布的沉積砂體是超壓釋放的通道，也是超壓分布的一個控制因素。

鉆探的YC27-C井在黃流組底部水道儲層鉆遇高壓，壓力系數(shù)最高達2.07(圖3)。從區(qū)域壓力結構分析，鶯歌海組二段及黃流組上部為高壓層，黃流組下部應為壓力過渡帶，但實際鉆遇與鉆前預測認識不符；從實測聲波速度上分析，到了黃流組水道目的層速度比上覆泥巖速度明顯增高，表現(xiàn)為壓力回頭特征，也與實際鉆遇地層壓力情況不一致，所以目的層段高壓非原狀地層自源高壓，而是受它源傳遞壓力的影響。經(jīng)分析認為是深部高壓地層壓力通過斷層傳遞到目的層(圖4)，被上覆泥巖蓋層封堵形成異常高壓，與LS13-B側向砂體壓力傳遞有區(qū)別。

圖3 YC27-C井完井速度及壓力圖Fig .3 Completion velocity and pressure diagram of Well YC27-C

圖4 YC27-C井典型過井地震剖面及模式圖Fig .4 Diagram of typical through-well seismic profile and model of Well YC27-C

1.3 基于耦合傳遞的它源異常壓力成因

鶯歌海盆地鉆井證實近斜坡帶黃流組水道發(fā)育強超壓，地層壓力系數(shù)2.28，高于中央底辟構造帶地層壓力2.0～2.1，該區(qū)是高溫高壓盆地突破的關鍵領域。LD10-D井是中海油與殼牌中國公司合作鉆探的一口高溫高壓井，鉆前研究預測目地層5套砂體為同一壓力系統(tǒng)，那么砂體埋深越深壓力系數(shù)應該越小，但實際鉆探下來發(fā)現(xiàn)5套砂體不是同一壓力系統(tǒng)，埋深越大壓力系數(shù)越高。前人研究認為[15-17]孤立的砂體對壓力系數(shù)的分布沒有明顯的影響，這意味著開放體系的砂體才是泄壓通道。從圖5中可以看出砂體A和B的低部位主體伸向高壓區(qū)，且高部位受致密泥巖蓋層遮擋無法發(fā)生泄壓時，會導致砂體高部位異常高壓；那么對于C、D和E等3套砂體而言，不僅低部位伸向高壓區(qū)，其低部位還與一條連接深部更強高壓的斷層相連，所以其異常壓力應該是由斷層垂向傳遞深部壓力，再由砂體側向傳遞壓力導致砂體高部位異常壓力的耦合作用。從有效應力理論出發(fā)，結合沉積演化規(guī)律，認為近斜坡帶水道強超壓形成經(jīng)歷三個階段。第一階段為早期正常壓實階段，地層保持正常壓力。地層受沉積壓實作用，孔滲條件逐漸變差，速度增大。該階段一直持續(xù)到鶯歌海組地層沉積晚期。第二階段為晚期欠壓實階段，地層開始出現(xiàn)高壓。受水道砂分布局限和上覆圍巖致密的影響，形成新的封閉環(huán)境，地層流體無法正常排出，承受新沉積地層產(chǎn)生的垂向壓力，形成高壓。第三階段為晚期流體充注階段，地層強超壓形成。從鶯歌海組時期至今，三亞組烴源巖進入生排烴高峰期，通過斷裂系統(tǒng)向相對低壓的水道砂圈閉持續(xù)充注油氣，進一步提高目的層砂巖的地層壓力。

圖5 LD10-D井壓力成因模式及B砂體深度構造圖Fig .5 Pressure genesis mode of Well LD10-D and depth structure map of sand body B

2 基于傳遞模式的它源壓力預測方法與應用

1) 基于砂體傳遞模式的它源壓力預測方法。對于基于砂體傳遞模式的它源異常壓力成因，提出了壓力預測的新思路，就是要充分考慮地質和沉積因素，按照多種機理分別進行壓力計算，得到合理的壓力預測范圍[18]。具體壓力預測按照“四步法”來實現(xiàn)：第一步判斷目的層是否存在斷層、破裂帶和水道等泄壓通道(圖6a)，若存在則計算壓力時應考慮泄壓問題；第二步結合目標體的沉積特征與分布范圍，分析目的層主體與高壓區(qū)相對位置關系(圖6c)，判斷是否存在壓力傳遞；第三步結合斷層分析，若砂體被斷層分割，則要判斷斷層的封堵性(圖6b)，以落實壓力傳遞點的位置；第四步結合地震屬性異常范圍估計砂體內填充流體的性質和比例，結合不同的流體性質計算孔隙壓力范圍。LS13-B井基于砂體傳遞模式的壓力計算可以很好地實現(xiàn)定量計算，第一步進行砂體精細解釋，落實砂體的低部位和井點位置；第二步依靠地震速度計算砂體低部位背景壓力；第三步計算井點目的層與低點位置的高差；最后一步結合地震屬性或是已統(tǒng)計的氣柱高度，在井點和低點高度差中填充不同的流體，預測井點地層壓力。LS13-B井井點位置目的層深度3 540 m，目的層低點深度4 060 m，高差520 m，低點壓力系數(shù)為1.78，反算井點的地層壓力系數(shù)為1.978，實際地層壓力系數(shù)為1.98，吻合很好。

圖6 基于砂體傳遞模式的壓力預測示意圖Fig .6 Schematic diagram of pressure prediction based on sand body transfer mode

2) 基于斷裂系統(tǒng)傳遞的它源壓力預測方法?；跀鄬觽鬟f的它源異常壓力成因，提出了壓力預測新思路，首先是斷層的精細解釋，判斷斷層的性質，其次是判斷斷層是否與深部高壓源連通，利用單點欠壓實模式預測斷層深部地層的孔隙壓力，接下來落實砂體與斷層連接位置距離井點或是高點的高差，同時要判斷蓋層泥巖的封堵能力，最后利用高壓源、高差和填充流體性質預測目標砂體的孔隙壓力。地質分析的角度分析認為斷層對地層壓力傳遞必定會有影響。但是對于斷層傳遞的異常壓力成因，由于斷層連通多套地層，很難判斷壓力傳遞點和背景壓力預測，而且斷層斷面可能會有泥巖涂抹問題，所以目前主要還是定性分析和預測，很難實現(xiàn)準確的定量計算。

3) 基于耦合傳遞的它源壓力預測方法。對于耦合傳遞的它源壓力成因，要將基于砂體傳遞的它源壓力預測方法和基于斷裂系統(tǒng)傳遞的它源壓力預測方法結合，預測目的層的地層孔隙壓力。

4) 方法流程與應用。結合以上3種基于傳遞模式的異常壓力成因預測方法，針對高溫高壓領域壓力預測問題，總結出了除傳統(tǒng)欠壓實模式預測地層壓力方法流程外，基于傳遞模式的它源壓力預測流程(圖7)，結合單井、地震和沉積地質模式信息，構建三維壓力模型體，實現(xiàn)高精度的鉆前壓力預測、分析地層壓力與成藏關系和成藏風險分析。該技術方法成功應用于近2年高溫高壓領域的探井鉆井作業(yè)，預測精度很高(表1)，提高了鉆井安全性，節(jié)省了鉆井成本。

圖7 基于傳遞模式的它源壓力預測方法流程Fig .7 Process of other source pressure prediction method based on transfer mode

表1 鶯-瓊盆地新進鉆井孔隙壓力預測相對誤差Table 1 Error of pore pressure prediction for new drilling in Ying-Qiong basin

3 結論

1) 基于砂體傳遞的它源異常壓力，當砂體存在展布范圍較廣且砂體主體伸向高壓區(qū)時，存在同一砂體側向壓力傳遞，在判斷壓力傳遞時斷層的封隔性和封堵性需要證實，若能在鉆前確定壓力傳遞點及落實砂體構造幅度和內部填充流體性質，可以實現(xiàn)鉆前定量壓力預測。

2) 基于斷裂系統(tǒng)傳遞的它源異常壓力，斷裂體系溝通深部高壓地層與目標砂體，會導致淺部目的層砂體壓力異常。由于很難準確落實它源壓力來自哪套深部地層及現(xiàn)今斷層的活動性，只能定性分析，很難定量預測。

3) 基于耦合傳遞的它源異常壓力，同時存在斷裂體系溝通深部高壓地層與目標砂體側向壓力傳導，既要判斷斷層活動性和斷遇哪套深部地層，又要判斷儲層連通性和含流體性質，同時要計算深部高壓源背景泥巖壓力，又要計算砂體傳遞，按照多種機理分別進行壓力預測，最終給出一個合理的壓力預測范圍。