歧口凹陷地层压力特征及其在测井解释中的应用

宋连腾，刘忠华，李潮流

（1.中国石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石油天然气股份有限公司测井重点实验室，北京100083）

歧口凹陷地层压力特征及其在测井解释中的应用

宋连腾1，2，刘忠华1，2，李潮流1，2

（1.中国石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石油天然气股份有限公司测井重点实验室，北京100083）

分析了歧口凹陷的异常压力形成机理，以声波测井资料为基础，利用C＋＋语言编写了基于等效深度法的地层压力计算模块（FPCM），对异常压力带的纵向分布特征和横向展布规律进行了研究，选取歧口凹陷7口重点井，连续计算每个点的地层压力，其计算结果与实测地层压力比较接近，相关系数达到0.98。计算出的压力可以代替地层中的实际压力并运用于测井解释评价中。研究认为歧口凹陷异常压力带在纵向上可分为正常带、过渡带和超压带等3段，纵向上可识别出多套异常压力系统，且随着深度增加，剩余压力总体有增大的趋势；横向上有一定的展布范围，不受层位的控制，往往与大套的厚层泥岩相对应。研究了地层压力在识别相对优质储层及定性判断储层产能方面的应用，为应用地层压力资料进行测井综合解释提供了新的思路。

测井解释；异常压力；形成机理；分布特征；地层压力计算

0 引 言

歧口凹陷是黄骅坳陷中主要的第三系富油气凹陷，沉积了厚逾万米的下第三系、上第三系和第四系地层。歧口凹陷深层的主体埋深在3 000 m以下的沙一段、沙二段、沙三段和部分东营组。该套地层是目前歧口凹陷的主要生油层系和油气勘探的主要领域，油气资源潜力巨大［1］。前人研究表明，歧口凹陷深层异常高压十分发育［2］，对油气运移、聚集和分布有重要作用。柳广弟认为，异常压力的发育主要受埋深和层位的控制［3］。王湘平探讨了异常高压与储层物性及异常高压的分布与成藏的关系。刘树巩还研究了利用电缆式重复地层测试器测得的地层压力资料进行油气水层的测井解释［4］。之前地层压力研究主要应用于钻井中，但它对试油动态分析、油气层产能评价等也具有一定的指导作用［5］。

分析了歧口凹陷异常压力的形成机理和分布特征，研究了地层压力在识别相对优质储层及定性判断储层产能方面的应用。

1 歧口凹陷异常压力形成机理

歧口凹陷已发现的第三系深层油气藏中几乎都与异常压力有关，这与该区特定的地质条件密切相关。形成异常压力的因素，主要有机械差异压实、断裂与岩性封闭作用、烃的生成、孔隙流体热膨胀和黏土矿物的成岩演变等［6］。

（1）持续沉降的深湖盆地和稳定发育的泥岩区。易形成高压异常封闭区。歧口凹陷深层沉积期为湖盆稳定沉降发育期，沉积了大套暗色泥岩，压实过程中，随着埋深的增加，泥岩的孔隙度、渗透率降低，封闭性增强，使得孔隙水难以及时排出，压力难以释放而造成欠压实［6］。

（2）近邻深湖盆发育的同沉积大断层，在塑性地层中，具滑脱性和同生性，有利于断层的侧向封堵或成岩封堵形成高压封闭［7］。

（3）根据歧口凹陷古近系碎屑岩成岩阶段划分，在沙河街组，蒙脱石大量地向伊利石转化。在转化期间能够析出大量的地层水，在封闭的地质环境中，导致异常高的地层压力。

（4）以气态烃为主的地区形成的高异常压力可能与气体膨胀增压有关，如沙二、沙三段的气藏，气态烃占据储集空间，表现在该储集层段出现高于泥岩层的异常压力［8］。

经过大量资料的对比分析，发现异常压力带产生的上部均发育稳定的泥岩区，且随着深度的加深，异常压力越大。因此，笔者认为歧口凹陷异常压力的形成主要源于泥质沉积物的不平衡压实作用。

2 地层压力的测井计算方法

用于预测、监测、检测原始地层压力的方法主要有地质分析法、地震法、dc指数法和测井法等［7］。声波测井资料较密度测井、电阻率测井等受井眼、地层条件等因素影响小，且资料相对齐全，精度较高，选用声波测井资料更具有代表性和普遍性［9］。应用声波测井资料估算地层压力的方法有等效深度法、经验系数法、Eaton公式法是指在不同深度具有相同岩石物理性质的泥岩骨架所承受的有效应力相等。图1为××7井声波测井曲线趋势图，红色实线代表正常压实趋势曲线，黑色点为泥岩声波测井值。处于正常压实线上的带为正常压实带（黑点趋势的下半部分），偏离正常压实线的为异常压实带（黑点趋势的上半部分）。异常压实带内的A点与正常压实带内的B点声波时差相同，则认为A点和B点的孔隙结构和压实程度相同，所承受的有效应力相同，与超压点测值相等的正常趋势线上某点的深度即为等效深度。而A点较B点所增加的上覆压力就加在了A点的孔隙流体之上，从而引起了孔隙流体的异常压力。由于

ΔtA＝ΔtB，则φA＝φB，δA＝δB

式中，δA为A点骨架有效应力，kg／m3；δB为B点骨架有效应力，kg／m3；p0A为A点上覆压力，kg／m3；p0B为B点上覆压力，kg／m3；pf，A为A点流体压力，kg／m3；pf，B为B点流体压力，kg／m3；ρf为流体密度，×103kg／m3；ρb为上覆地层密度，×103kg／m3）；Gf为流体压力梯度，MPa／m；G0为上覆地层压力梯度，MPa／m；HB为等效深度点，m。基于此，利用C＋＋语言编制了地层压力计算模块（PMCM），可以连续计算每个点的地层压力，方便且快捷（见图2），计算地层压力与实测地层压力比较接近，相关系数达到0.98。计算的压力可以代替地层实际压力在测井解释评价中应用。

图1 ××7井声波曲线趋势及等效深度法示意图＊非法定计量单位，1 ft＝12 in＝0.304 8 m，下同

图2 计算地层压力与实测地层压力对比图

3 地层压力分布特征

歧口凹陷在2 000m埋深以下的大部分地区属于异常压力区且压力区内的大部分试油油层均属相对优质储层。选取歧口凹陷7口重点井，东西向和南北向各4口井，从西向东深度总体加深，从南向北深度基本相同，以此完成异常压力带的纵横向对比（见图3和图4）。

（1）异常压力分布按压力系数大小可分为正常压力段、过渡压力段和超异常压力段［8］。较浅的井过渡压力段非常明显，较深的井基本没有过渡压力带；超压带一般可分为2段，中间有一段地层压力较小。总体异常压力幅度值随深度增加而增大，其中超异常压力段对深层油气藏成藏最有意义。

（2）歧口凹陷的异常压力段出现在2 000～5 000m，越靠近歧口凹陷中心的井（深井）产生异常压力的深度越深，异常压力的出现与埋深有一定的关系，且越靠近凹陷中心过渡带越窄。

（3）沙一上、沙二段顶部和沙三段均发育异常压力段，但在横向对比时，异常压力带不受层位的控制，可以穿时，其分布特点主要与砂泥岩组合类型有关，明显受稳定的厚层泥岩段控制。

4 异常压力在测井评价中的应用

地层压力研究确定合理的钻井井身结构和钻井液密度、保障井眼安全、提高机械钻速和保护油气层方面具有重要的作用［10］。但在测井解释评价中的应用非常少。

4.1 识别相对优质储层

歧口凹陷深层埋深基本在3 000m以下，岩性以长石砂岩类为主，压实作用比较强烈，孔隙类型以粒间溶孔为主，储层整体表现为低孔隙度低渗透率或低孔隙度特低渗透率特征。但歧口凹陷区别于其他典型盆地之处是其深层普遍存在异常压力，使得在深部储层中还有一些物性条件相对较好的储层，即相对优质储层，这里所指的相对优质储层是处于孔隙衰退及消亡带内，岩石致密，矿物次生加大强烈，孔隙度、渗透率性变差，但仍然有较发育的次生孔隙储层。

在厚层泥岩段，由于孔隙流体排替受阻，加上大量新生液体的生成和气态烃增压等作用而形成的高异常压力，这种压力既减缓了泥岩层的进一步压实，又削弱了上覆岩层对下伏储集层的压实强度，形成深部储集层的保护带，从而使异常高压带内或下部的储集层发育异常孔隙，即孔隙增大段。图5中测井曲线道深红色的曲线pa为计算的地层压力线，蓝色的曲线pw为静水压力线，××8井的120号层［图5（a）］明显位于异常高压带的下部；××9井的154－155号层［图5（b）］基本位于正常压实带内。2个层的测井曲线如图5（c）和图5（d）所示，120号层和154－155号层深度基本一致，岩性基本一致；120号层的三孔隙度曲线明显比154－155号层所反映出的物性要好得多。经计算120号层的平均孔隙度为16%，154－155号层的平均孔隙度为11%。

图5 ××8井与××9井曲线响应特征对比图

4.2 定性判断储层产能

利用平面径向稳定渗流公式（7）进行产能评价

式中，Q为油井的稳定日产量，m3；C为单位换算系数；Ko为原油的有效渗透率，×10－3μm2；H为油层有效厚度，m；Δp为油井生产压差，MPa；μo为地层原油黏度，mPa·s；βo为原油体积系数，无因次；re为油井供油半径，m；rw为油井半径，m。

在油田实际生产中，受开发井网限制，不同的油井供油半径、表皮系数、原油性质等因素基本一致。在这些条件类似的情况下，生产压差也是影响产能的一个重要因素，生产压差越大，产能越高，反之越小。地层压力与静水压力的差值为剩余压力，剩余压力可以等同于生产压差，即剩余压力越大，储层的产能也就越大。因此，可以根据剩余压力的大小定性判断储层的产能。

图6中测井曲线道中深红色的曲线pa为计算的地层压力线，蓝色的曲线pw为静水压力线，×× 10井的78号层处于砂岩超压带内，ΔGR＝0.22，平均计算孔隙度为25%，试油厚度为4.8 m，日产量为171 t；××11井的42号层处于正常压实带内，ΔGR＝0.24，平均计算孔隙度为25%，试油厚度为6.8 m，日产量为35 t。2个层的岩性和物性基本一致，78号层的试油厚度甚至还要比42号层的小，而产量却相差接近5倍。可以很清楚地看到，由于剩余压力的不同，导致其日产量有很大的不同。

图6 ××10井与××11井曲线响应特征对比图

5 结 论

（1）以声波测井资料为基础，基于等效深度法编写了地层压力计算模块（FPCM），实现了连续计算每个点地层压力的方法，效果良好。

（2）该区的异常压力分布非常普遍，在纵向上可识别出多套异常压力系统，且随着深度增加，剩余压力总体有增大的趋势；同时异常压力在横向上也有一定的展布范围，往往与大套的厚层泥岩相对应。

（3）相对优质储层的分布与异常压力带有很好的相关性，根据异常压力带可识别相对优质储层，定性地判断储层产能，对于预测油气的富集高产具有重要意义。

［1］ 大港油田石油地质志编写组.中国石油地质志：卷四——大港油田［M］.北京：石油工业出版社，1991： 213－246.

［2］ 陈发景，田世澄.压实与油气运移 ［M］.北京：中国地质大学出版社，1989.

［3］ 柳广弟，王德强.黄骅坳陷歧口凹陷深层异常压力特征［J］.石油勘探与开发，2001，28（3）：22－24.

［4］ 刘树巩.地层压力资料在测井解释中的应用［J］.中国海上油气：地质，1999，13（2）：136－140.

［5］ 周立宏，刘国芳.利用泥岩声波时差估算地层压力［J］.石油实验地质，1996，18（2）：195－199.

［6］ 游俊.黄骅坳陷中区异常压力带的分布及其形成机制［J］.石油地球物理勘探，1997，32（增1）：141－147.

［7］ 田克勤，李洪香.异常压力与深层油气藏——黄骅坳陷为例［J］.勘探家，1998，3（3）：37－41.

［8］ 刘厚彬，孟英峰，王先起，等.利用测井资料预测地层压力方法研究综述［J］.西部探矿工程，2006，6：91－93.

［9］ 赵焕欣，高祝军.用声波时差预测地层压力的方法［J］.石油勘探与开发，1995，22（2）：80－85.

［10］孙超，高晶，王晓波，等.基于测井资料的地层压力分析技术［J］.钻采工艺，2008，31（增）：1－5.

［11］赵文智，柳广弟.异常地层压力成因与预测.奇林格C V.Origin and Prediction of Abnormal Formation Pressures［M］.北京：石油工业出版社，2004.

［12］宋秀珍.异常地层压力在油气资源勘探、钻井和开采中的应用.费特尔H.Abnormal Formation Pressures in Applications to Exploration、Drilling and Production of Oil and Gas Resources［M］.北京：石油工业出版社，1982.

Application of Abnormal Formation Pressures to Log Interpretation in Qikou Hollow

SONG Lianteng1，2，LIU Zhonghua1，2，LI Chaoliu1，2
（1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration ＆Development，Beijing 100083，China；2.Key Laboratory of Well Logging，PetroChina Company Limited，Beijing 100083，China）

Abnormal pressures exist in Qikou sag widely，and abnormal pressure zones have good correlation with high porosity zones，in or by which are high－yield hydrocarbon reservoirs.Based on previous acoustic log and mechanism analyzes of abnormal pressures，FPCM module is complied using C＋＋language which is based on the method of equivalent depth.The module is used to study characteristics of longitudinal distribution and lateral spread of abnormal pressure zones.The formation pressures at each point in 7 key well in Qikou sag are continiously calculated，the result of which are closer to the practical pressures，and its correlation coefficient is up to 0.98.The calculated pressures may replace the practical pressures and also may be used in log interpretations.The abnormal pressure zones can be divided into normal、transition and overpressured zones in longitudinal direction and are not controlled by stratum in lateral direction.On the basis of this，applications in identification of relative excellent reservoirs and qualitative judgment of reservoir production are studied and this provides a new thinking for using formation pressure data to make log interpretation comprehensively.

log interpretation，abnormal pressure，mechanism，distribution characteristics，formation pressures computation

1004－1338（2011）06－0553－06

P631.84

A

宋连腾，男，1979年生，硕士，从事测井方法与综合解释工作。

2011－07－25 本文编辑 李总南）