一种地层压力综合预测方法

摘 要：本文所述的地层压力综合预测方法的主要思路是：在对研究区的特定假设情况下，等效深度法存在难以建立正常压实趋势线的缺点，Fillippone法存在的无法处理地层速度反转的缺点。通过两者的公式结合，由Fillippone法得到正常压实趋势线的替代品，由等效深度法计算地层压力，分别避开了两者的缺点，实现地层异常压力预测。

关键词：异常地层压力;等效深度法;Fillippone法

1 引言

地层压力是指作用在岩石孔隙内流体上的压力，也称地层孔隙压力或者孔隙流体压力。如果孔隙内流体是完全连通的，那么它将有正常的地层压力，这称为静水压力。但是很可能会因为地下环境复杂，影响因素众多，地层压力的值与静水压力的值不相等，这称为异常压力。异常压力是一种普遍存在的现象，它与油气的生成、储藏和开发有着密不可分的关系。异常压力内部具有异常的孔隙度和渗透率，其特殊的地质环境可以促进烃类的生成和储集，有助于流体的保存从而可以为油气的运移提供通道。

油气层的压力反映了油气资源的分布状态、运动规律，是油气勘探中受到重点关注的数据。在开发阶段中，地层压力预测可以辅助确定储层的驱动、连通状态;在钻井阶段，地层压力预测是确定钻井方案和确保钻井施工安全的主要依据，准确的地层压力预测可以减少井喷、井漏事故，合理的地层压力预测对油气开发具有重要意义[1]。

地层压力预测目前已经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指数法等，这些方法都是通过测井资料、地震资料对地层的压力进行预测。其中以测井资料为主要依据的方法，对异常地层压力的预测效果较好，但是这种方法实际上并不完全算是预测，因为这一类方法只能应用在钻井处，对钻井以外的区域无法进行准确的预测;相对而言，以地震资料为主要依据的方法在空间上有更大的广度，能预先获得大量的地层信息，它是目前主要的异常地层压力预测方法。

以地震资料为主要依据预测地层压力主要是利用地震资料中的层速度资料。基于地层的压实理论，建立起压力和波速之间关系，进而可以通过波速预测出地层压力的值。这一类方法主要分为两种，一种是建立正常的压实趋势线，主要方法有等效深度法，Eaton法等。另一种是不需要建立正常的压实趋势线，此方法比较方便，比如Fillippone法等。

2 常用地层压力预测方法介绍

2.1 等效深度法

等效深度法又名为平衡深度法，是在1965年被Hottman等提出的最早的地层压力预测方法。它的主要理论依据是有效应力定理，假设具有相同孔隙度的地层压实程度相同，岩石的骨架应力也相同。仅考虑垂直方向，地层a的有效应力与地层压力之和应等于其上覆地层压力，用公式表示为：

其中，poa指上覆地层压力;pea指垂直有效应力，它是作用于岩石骨架上的应力，它主要与地层的压实作用有关;pp指地层压力，即作用于地层孔隙种流体的压力。在正常压实情况下，ppa即为静水压力，ppa和pea都符合正常压实趋势线;在欠压实情况下，相较于正常压实情况，pea变小，ppa展现出异常高压;同样对于过压实情况，pea变大，ppa展现出异常低压。

在等效深度法的假设下，对于异常压实下的点a，可以找到正常压实下有效应力数值相同的某个点b，虽然地层a和b深度不同，但压实程度相同，所以其等效应力是一样的，即：

其中peb为地层b的有效应力。

有效应力公式对地层b也成立，所以有：

其中pob指地层b的上覆地层压力，ppb指地层b的地层压力。

所以，在已知正常压实趋势线，即已知正常压实地层b的数值，以及时poa，由公式（1）、（2）、（3）即可得到异常压实地层a的地层压力：

等效深度法主要适用于预测泥岩地区因欠压实引起的异常地层压力。

2.2 Fillippone法

Fillippone法是Fillippone在1978年提出的利用地震资料预测地层压力的方法。它是目前国内最常用的地层压力预测法之一，基于地层的速度变化与孔隙压力变化规律来进行预测。公式为：

其中，pp是地层压力;po是上覆地层压力;νmin是地层岩石刚性近似为零时的地层速度;νmax是地层孔隙度近似为零时的纵波速度;vi是地层速度。

不难看出，Fillippone法即是地层压力在两种情况下的插值。如果vi=νmin，地层中全是流体，上覆地层压力完全由流体承担;如果vi=νmax，地层中没有流体，地层压力即为零。

3 地层压力综合预测方法

3.1 方法的提出

新方法的提出主要基于以下四个考量：

1）以等效深度法、Eaton法为代表的这一类预测方法，都是基于已构建起的正常压实趋势线进行地层压力预测。但是在某些研究区，可能会遇到因为地表环境复杂、构造较多等原因，难以建立起可靠的正常压实趋势线。这种情况下，再单独使用等效深度法或者Eaton法，预测效果就会受到很大的影响。

2）Fillippone法是一种成熟的、被大规模应用的地层压力预测方法，但是其插值的求取方式导致了一个无法克服的缺点：如果地层速度变化剧烈，存在速度反转的情况，那么使用Fillippone法就会无法正确地预测地层压力。

3）等效深度法与Eaton法相比较，Eaton法有更高的预测精度和适应能力。但Eaton法作为一种半定量半经验的预测方法，在测井资料较少的情况下，伊顿指数会难以确定，影响压力预测效果。除此之外，有研究发现，对于因欠压实引起的超压，等效深度法的预测效果很可能好于Eaton法[7]。

4）近年來随着地震勘探技术的发展，三维地震资料采集，多波反演等技术已经开始更大范围地应用了，地震资料的精度有了很大的提升。相较于受到位置、数量限制的测井资料，高精度地震资料逐渐地可以承担更大的权重。基于高精度地震资料，现在已经可以得到精度较高的速度场，这使得Fillippone法的预测效果也有了很大的提高。

针对于存在上述问题的研究区和情况，可以将等效深度法与Fillippone法结合起来，避开其不适用的部分。

3.2 方法的介绍

在正常压实情况下，根据Fillippone法对于某正常压实地层b有：

其中，ppb是地层压力;pob是上覆地层压力;νmin是地层岩石刚性近似为零时的地层速度;νmax是地层孔隙度近似为零时的纵波速度;vb是地层速度。

在正常压实情况下，根据有效应力定理对于正常压实地层b有：

其中，pob指地层b的上覆地层压力，ppb指地层b的地层压力，peb为地层b的有效应力。

联立（6）和（7）得到正常压实下地层压力与地层速度的关系：

可以看到，通过（8）实现了不使用常规测量方法，直接由地层速度场得到正常压实趋势线的替代品。

对于异常压力地层a，也可以由等效深度法与（8）得：

在3.1的几个假设情况下，通过Fillippone法计算正常压实趋势线，避免了正常方法难以测定正常压实趋势线的问题，由高精度速度场来保证数据的可靠性。基于等效深度法计算地层压力，避开了可能存在的地层速度反转导致Fillippone法不适用的问题;综上所述，在给定的假设情况下，这一种综合公式的地层压力预测方法是有开发潜力的。

参考文献

[1]时贤，程远方，梅伟.基于测井资料的地层孔隙压力预测方法研究[J].石油天然气学报，2012，34（8）.

[2]王宣龙，刘占锋.等效深度法在油藏开发中的应用[J].测井与射孔，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]杨振平，吴波，王勇.Eaton法预测M油田地层孔隙压力[J].石油天然气学报，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]马海.Fillippone地层压力预测方法的改进及应用[J].石油钻探技术，2012，40（6）：56-61.

[7]景琛.基于超压成因机制的压力预测方法与应用[J].测井技术，2018，42（04）：94-99.

作者簡介

任远飞（1993-），男，重庆万州人，地球探测与信息技术专业，成都理工大学2017级硕士研究生，研究方向：地震勘探。