碳酸盐岩地层压力预测方法

李琼瑶，潘晓青

(1.西北大学地质系，陕西 西安 710069;2.西安市勘查测绘院，陕西 西安 710054)

地层压力的预测对于研究盆地内油气运、聚、成藏规律，预测有利区具有重要意义。随着深层、超深层碳酸盐岩储层逐渐成为油气勘探的新领域，如何进行碳酸盐岩地层中的压力预测及分布已成为一个不可忽视的问题[1]。碳酸盐岩沉积速率慢，骨架刚度强，纵波速度(Vp)、孔隙度(φ)等岩石物理参数在正常压力段和异常压力段没有像砂泥岩那样明显的变化，难以直接建立岩石物理性质与压力的关系。目前国内外对碳酸盐岩压力预测方法的探索多集中在地区内经验公式的建立。

1 基于有效应力原理的预测方法

根据有效应力理论，上覆岩层压力由骨架和流体共同承担，即Po=σ+Pp(Po:上覆岩层压力;σ:有效应力; Pp:地层压力)，找出对有效应力产生影响的岩石力学或流体力学参数，建立这些数据与有效应力间的关系，再间接求取地层压力是这种方法的主要思路。基于有效应力原理的压力预测方法是目前碳酸盐岩压力预测模型建立中最为常见的方法，其常用的模型如下：

1.1 Vp -σ模型

地层的纵波速度在异常压力段会产生相应的变化，可通过室内试验或现场资料数据统计回归建立地区内Vp与σ的关系，间接求取Pp。根据程远方等所做的三轴-声速实验，碳酸盐岩在实验条件下，Vp与σ、φ二者之间两两呈近似的线性关系[2]，即:

Vp=a-b·φ+c·σ (a、b、c:经验系数)

在此实验基础上，不同学者考虑各种影响Vp的因素，针对不同地区提出了相对应的经验公式，如徐路在川东北飞仙关组压力预测模型中引入了泥质含量Vsh和含气饱和度Sg[3]：

Vp=a-b·φ·Sg-c·φ·(1-Sg)+d·Vsh+m·σ(a、b、c、d、m:经验系数)

建立Vp-σ模型计算地层压力的方法所含参数多，减少了因单一测井资料所受外界因素的影响，能更好地反应因异常压力导致的地层物理性质方面的差异，但在实际应用中需要大量数据的支撑。

1.2 Vp/Vs-σ或μ-σ模型

据前人研究发现，横波速度Vs、纵横波速度比Vp/Vs、泊松比μ对碳酸盐岩异常压力最为敏感，通过建立这三类参数与σ的关系是基于有效应力原理预测碳酸盐岩地层压力的重要方法。据夏宏泉等人研究发现，Vp/Vs或μ与有效应力σ都满足以下关系[4]:

σ=m·en-x

(m、n:经验系数;x:Vp/Vs或μ)

通过Vp/Vs或μ-σ模型计算Pp在孔隙-裂缝型灰岩储层中普遍适用，针对白云岩储层，Vp/Vs或μ对压力的变化不是很敏感。

2 基于Biot理论的压力预测方法

除了建立弹性模量与有效应力的关系外，以Biot多孔介质理论为基础，从力学角度分别考虑岩石骨架和孔隙流体体积弹性模量，建立由骨架纵波速度和孔隙流体速度两项构建的岩石纵波速度方程也是一种直接预测地层压力的方法。

碳酸盐岩的纵波速度主要由骨架速度组成，流体速度只占很小一部分，由于骨架颗粒刚度强，孔隙压力的变化不会引起骨架速度的变化，因此可认为Vp的小幅度变化是由流体速度引起的，对于同一地层而言，流体速度可认为只与Pp有关，因此可直接建立流体速度与地层压力的关系。

Yu Fu在进行塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩压力预测时，从力学角度分析，认为地层压力的大小取决于岩石受力变形的程度及传递给流体的应力大小，即Pp与岩石体积弹性模量和施加在岩石上的应力有关[6]：

(Kf:孔隙流体体积弹性模量;Ksat:岩石体积弹性模量;σ:地应力;A:固结系数,碳酸盐岩取20)

Vahid Atashbarei在研究伊朗油田碳酸盐岩孔隙压力时，引入了压缩性(体积模量倒数)来预测孔隙压力[7]:

(Cb:体积压缩系数;Cp:孔隙压缩系数;σeff:上覆有效应力;a:经验系数，介于0.9～1.0)

基于Biot理论的地层压力预测方法理论基础完善，限制条件少，适用范围广，不受岩性和压力成因的限制，可直接建立地层压力与流体速度的关系。

3 小结

无论是基于有效应力原理或基于Biot理论的碳酸盐岩压力预测模型都有其各自的优缺点，但都涉及较多参数，需要大量地区实测数据的统计，经验性强，只有根据各地区实际地质情况择优选取，才能做出最为准确的压力预测，指导有利区的勘探。