WZ12－1油田流沙港组一段异常高压预测

曹 园，邓金根，蔚宝华

(中国石油大学，北京 102249)

1 异常高压地层分类判断及预测模型

1.1 异常高压地层分类

图1 有效应力与声波速度关系示意图

不同诱因形成的异常高压地层性质不同，这些地层基本可分为符合加载曲线、符合卸载曲线及孔隙度基本不变这3类[1－3]。正常沉积压实地层，波速v与有效应力σ均随井深逐渐增加，此时v与σ交会曲线称为加载曲线(图1);不平衡压实或构造挤压导致地层出现高压时，地层应力应变关系与正常压实地层相同，v与σ交会点落在加载曲线上;其他原因导致的地层高压，地层应力应变关系发生变化，v与σ交会点偏离加载曲线[4－7]。图1中U值为Bowers引入的描述地层塑性性质的系数，地层完全弹性变形时U=∞，地层完全塑性变形时 ，石油工业研究岩石对象的U值一般为2～8[8]。

深部地层有效应力不可直接测量，因此不能通过加载曲线直接判断地层异常高压成因。正常压实地层孔隙度φ随井深变化关系为φ=φ0e－ch，密度测井可反映地层孔隙度变化，因此，可通过声波时差及密度交会曲线判断异常高压形成原因。

1.2 预测模型

声波测井受井眼条件干扰较小，能够较真实反映地层性质，一般用于地层压力预测。声波测井预测地层压力方法包括传统与非传统预测方法[9－11]。传统预测方法基于泥质沉积物欠压实理论，包括经验系数法、等效深度法、Eaton法[3]等，非传统预测方法包括Bowers法及樊洪海法[4]等。相比需要大量测量数据的经验系数法、等效深度法和樊洪海法，对测井数据量要求较少的Eaton法和Bowers法常用于地层压力预测且精度较高。Eaton法见式(1)，Bowers法见式(2)、(3)。

式中:pp为孔隙压力，MPa;po为上覆岩层压力，MPa;pw为正常孔隙压力，MPa;Δtn为正常声波时差，s/m;Δt为实测声波时差，s/m;k为Eaton指数。

符合加载曲线地层:

符合卸载曲线地层:

式中:v为声波速度，m/s;σ为有效应力，MPa;σmax为卸载点有效应力，MPa，A、B、C为常数;U为地层塑性系数。

2 WZ12－1油田异常高压预测及成因分析

2.1 孔隙压力预测法优选

X1井为位于WZ12－1油田南部的1口直井型探井，完钻井深为3310 m，完钻层位为流沙港组一段，钻井过程中流一段发生溢流。

X1井流一段顶深为2807 m，钻至3089 m气测异常，停泵观察井口出现溢流，钻井液密度为1.20 g/cm3，随后钻进过程间断提高泥浆密度至1.58 g/cm3，录井显示仍有气体返出。图2为该井声波时差、密度测井曲线，图中显示声波时差在2921～3100 m井段增大，表明该层段存在异常高压。

分别使用Eaton法和Bowers法计算地层孔隙压力，根据地层压力实测数据反演得出式(1)中k=1.2，式(2)中 A=3.7，B=0.965，C=0，U=2.03，计算结果见图3。

图3显示在声波时差正常段，Eaton公式和Bowers公式计算孔隙压力梯度基本相同，约为1.0 g/cm3，与压力实测值一致;在声波时差异常段，均出现高压，但Eaton公式计算最高孔隙压力梯度为1.37 g/cm3，Bowers公式计算最高孔隙压力梯度为1.63 g/cm3，实测地层压力梯度最高值为1.60 g/cm3，现场用最高泥浆密度为1.58 g/cm3(此时录井仍显示气测异常，但能进行作业)，Bowers公式计算值更符合实际孔隙压力。X2井位于X1井西南约700m，该井流沙港组一段井深3024.5 m实测地层压力梯度为1.62 g/cm3，与Bowers法计算的流沙港组一段地层压力吻合，证明了Bowers公式及所取参数适用于WZ12－1油田南部地层压力预测。

图2 X1井声波时差与密度测井曲线

图3 孔隙压力梯度计算结果

2.2 异常高压成因分析

将2775～3246 m测井井段分为2775～2920、2921～3100、3101～3426 m 3段作密度和声波时差交会图(图4)。图4中显示2921～3100 m井段声波时差与密度交会点向右侧偏离正常交会趋势线，可判断该段异常高压由非欠压实原因导致。

图4 地层密度与声波时差交会图

由于经历了多期构造运动，流一段形成了多套储盖组合及良好的圈闭。下层系含有大量有机质含量丰富的油页岩和灰褐色泥岩，平均总烃含量为936.4 mg/L，平均生烃潜力(S1+S2)为4.83 mg/g。良好的圈闭环境中，干酪根转变为油气时体积膨胀可达25%。X1井与X2井钻至流一段高压层表现气测异常，证明该层位存在高压气体，因此可以确定生烃作用是该段异常高压产生的主要原因。

随井深增加，地层温度不断上升，地层中蒙脱石达到脱水门限后，将释放大量晶格层间水和吸附水转变为伊利石，这些结构水释放后体积与孔隙水相比增大近4%，也会导致地层压力升高。流一段泥岩含量丰富，对X1井泥岩矿物成分进行定量分析。蒙脱石随井深增加逐渐脱水转化为伊利石。因此，泥岩矿物转化也是流一段异常高压成因之一，但是矿物转化产生的高压值较低，并不是流一段高压的主要成因。

3 结论

(1)WZ12－1油田南部流沙港组一段存在异常高压，孔隙压力梯度大于1.60 g/cm3，使用Bowers法能够准确预测该段地层压力。

(2)分析流一段声波时差与密度交会图可知，异常高压为非欠压实原因所致。

(3)流沙港组一段异常高压产生的基础条件为良好的圈闭及多组储盖组合，产生的主导原因为烃源岩生烃作用。

(4)泥岩矿物转化也是流一段异常高压成因之一，但是矿物转化产生的高压值较低，并不是流一段高压的主要成因。

[1]姜文斌，陈永进，李敏.东海盆地西湖凹陷成藏动力系统特征[J].特种油气藏，2011，18(5):33－36.

[2]渠永红，等.地层压力早期预测方法在泰国湾盆地的应用[J].大庆石油地质与开发，2011，30(1):47－53.

[3]Eaton Ben A.The equation for geopressure prediction from well logs[C].Fall meeting of the society of petroleum engineers of AIME，1975:1 －5.

[4]樊洪海.适于检测砂泥岩地层孔隙压力的综合解释方法[J].石油勘探与开发，2002，29(1):90－92.

[5]朱伟林，江文荣.北部湾盆地涠西南凹陷断裂与油气藏[J].石油学报，1998，19(3):6－10.

[6]魏喜，祝永军.南中国海构造框架和储层地质特征概述[J].特种油气藏，2004，11(4):1－6.

[7]郭永峰，等.利用地震数据反演改进复杂油藏钻井工艺[J].特种油气藏，2009，16(1):102－105.

[8]董贵能，等.北部湾盆地涠西南凹陷流一段非构造油气藏[J].石油勘探与开发，2010，37(5):552－560.

[9]孙文钊，王传雷，杨希滨.北部湾盆地涠西南凹陷始新统隐蔽油气藏类型及勘探方向[J].天然气地球科学，2007，18(1):84 －88.

[10]侯晓春，蒋漫旗，郝明强.微裂缝性特低渗透油藏单向稳态渗流压力分析[J].油气地质与采收率，2008，15(5):86－88.

[11]Osborne M J，Swarbrick R E.Mechanisms for generating overpressure in sedimentary basins:a reevaluation[J].AAPG Bulletin，1997，81(6):1023 －1041.