0 引言
上覆岩层压力po是地层沉积作用的源动力,是指覆盖在该地层以上的岩石及岩石的孔隙中流体的总质量造成的压力。它是研究地层孔隙压力,储层孔渗物性,油气供给和钻完井工程中的重要参数。
一般来说,同一区块内po变化不大,可视为深度的函数,而不同区块由于压实程度不同和构造起伏差异,po横向变化较大。且po不可直接测量,常规方法是利用密度数据沿深度积分,然后通过井间插值建立上覆岩层压力体,但该方法存在一定的局限性。当浅层密度曲线缺失,或因为测井事故导致密度部分缺失时,在少井区上覆岩层压力体求取误差较大。樊洪海等[1]采用关于深度h的四参数e指数线性模型拟合测井密度曲线,从而得到区域上覆岩层压力体,并在2011年提出一种可以直接求解三维上覆岩层压力的方法,即通过地震数据反演得到密度体,然后通过空间插值得到上覆岩层压力体[2]。在渤海油田快速勘探的节奏下,基于地震数据反演密度求取上覆岩层压力进行压力预测的方法速度较慢,因此寻求上覆岩层压力快速求取方法尤为必要。
在渤海油田,超压类型以欠压实成因为主,Eaton法是地层孔隙压力预测的主要手段。为了研究密度与上覆岩层压力、孔隙压力的关系,笔者推导了基于Eaton指数的密度与孔隙压力的关系公式,通过对100~500 m不同厚度的0.3 g/cm3的密度差异曲线积分,证实上覆岩层压力最大差异仅为100 psi,换算为孔隙压力误差不超过0.02 psi。此外,通过不同频率的滤波器对密度曲线积分,证实3~260 Hz的密度曲线求取的上覆岩层压力并无差异,因此上覆岩层压力反映的是地层的低频成分,仅与压实趋势有关。该认识为下一步快速计算上覆岩层压力体提供了理论和数据基础。
叠前偏移的速度场反映的是地层的大致压实趋势,密度、速度均与深度成线性变化关系,但两者趋势并不一致[3]。根据Wyllie对砂岩的试验,证实控制速度的重要参数是有效压力[4],King[5]、沈连蒂等[6]通过研究给出了速度与有效压力满足指数变化关系,马中高等[7]通过实验室研究,用指数函数拟合得到了不同岩性的纵横波速度与有效压力的定量关系,为速度场转换上覆岩层压力体提供了重要的理论参考。速度场精度的不同导致拟合精度的差异,本文基于正常压实地层有效应力和上覆岩层压力的关系,通过约束速度反演保留速度场的低频趋势,建立速度场和上覆岩层压力的关系式,然后利用多井点约束校正相关参数,求取合适的参数计算渤海西部某区块的上覆岩层压力体,多口实钻井证实了新方法求取的上覆岩层压力与实钻井吻合程度高并且快速有效,是一种值得推广的上覆岩层压力体计算方法。
1 密度与po的变化关系
图1
图2
图3
图4展示了渤中同一构造多口井的上覆岩层压力,井区内大部分井上覆岩层压力趋势相同,但1井和6井依然差别大于200 psi,且随着深度的增加有变大趋势,且拟合的上覆岩层压力po -fit和1井存在差异。
图4
图4
渤中某构造6口井上覆岩层压力po与拟合po-fit
Fig.4
The overburden pressure as well as fitted pressure of six wells in a structure
为了研究密度与上覆岩层压力的定量关系,笔者进行了如下推导:
对于欠压实成因的地层超压,Eaton法求取孔隙压力(本文均指压强pp)的公式为[8]:
其中:po是上覆岩层压力,pω是静水压力,V是地震层速度,Vn是地层正常压实速度,n是Eaton指数。
求取上覆岩层压力(压强)的公式为:
式中:ρω为海水密度,hω为海水深度,ρ为地层密度。压力系数:
结合式(1)~(3),求解密度ρ的导数,得:
根据常规砂泥岩速度和Eaton指数参考值可知,低速异常的变化率为10-1,低速泥岩密度的变化在 0.2~0.5之间,因此密度变化对压力系数的影响较小约为10-2。
图5
图5
不同厚度的低密泥岩模型
Fig.5
The mudstone model of low density with different thickness
图6
图6
不同厚度泥岩计算的上覆岩层压力
Fig.6
The overburden pressure calculated by mudstone of different thickness
图7
图7
不同厚度泥岩计算得到的压力系数
Fig.7
The pressure coefficients calculated by mudstone of different thickness
上覆岩层压力是密度曲线的积分表达式,反映的是地层的低频趋势,通过一系列滤波器对密度曲线进行3~250 Hz的滤波,得到的上覆岩层压力几乎重合在一起,为后续快速求取上覆岩层压力场奠定了数据基础。
2 速度与po的定量关系及应用
其中,V0是参考点速度,一般取高压点时的速度对应值,V/V0可视为归一化速度,σ为有效应力,k、c均为常系数。
当地层为正常压实地层时,地层流体连通,孔隙压力(流体压力)等效于静水压力,上覆岩层压力:
经过前文的论述,上覆岩层压力反映的是地层的低频趋势,和低速泥岩的厚度(欠压实程度)关系不大,因此建立速度和上覆岩层压力体的转换关系。
叠前时间偏移速度场反映的是地层宏观变化趋势,本次研究通过约束速度反演保留速度场的低频趋势,基于井控校正求解式(5)和式(7),建立偏移速度场和上覆岩层压力体关系,直接利用速度场求取po,由密度反演积分求po的数天时间缩短为数小时,大大提高了工作效率,满足了快速勘探的需求。
图8
图9
图9
渤中某构造速度场与地震叠合
Fig.9
A velocity profile superimposes on a seismic section of some structure in Bozhong
图10
图10
上覆岩层压力与地震叠合
Fig.10
A overburden pressure profile superimposes on a seismic section
图11展示了实钻求取的上覆岩层压力和基于井控校正的速度场求取上覆岩层压力体。由对比图可以看出,井控校正速度场(绿色线)求取的上覆岩层压力体与实钻(蓝色线)吻合较好,以其中某口井为例,精度要高于井曲线插值获得的po(红色线)。
图11
3 结论和讨论
一般地,为避免当压实程度不同和构造起伏引起的上覆岩层压力差异,井间插值和密度反演积分求取po并不满足快速勘探的需要。
本文通过对Eaton法密度与上覆岩层压力及压力系数变化关系的推导,以及对渤海海域10口典型探井的密度的统计和对上覆岩层压力关系的研究,从理论和实际数据证实了上覆岩层压力是地层低频成分的反映,从而为速度场快速转换为上覆岩层压力体提供了可靠依据。通过在渤中某构造的实际应用,基于井控校正的速度场求取上覆岩层压力体准确高效,是一种在实际生产中值得推广的方法。
参考文献
上覆岩层压力梯度合理计算及拟合方法
[J].
Determination and regression of Overburden Pressure Gradient
[J].
三维上覆岩层压力计算方法研究
[J].
Investigation on three-dimensional overburden pressure calculation method
[J].
An experimental investigation of factors affecting elastic wave velocities in porous media
[J].
Wave velocities in rocks as a function of changes in overburden pressure and pore fluid saturants
[J].
岩性、含油气性、有效覆盖压力对纵、横波速度的影响
[J].
Effect of lithologic character,petroleum and effective overburden pressure on compressional wave and shear wave
[J].
有效压力对岩石纵横波速度的影响
[J].
Effect of effective pressure on compressional and shear wave velocities
[J].
The effect of overburden stress on geopressure prediction from well Logs
[J].
碎屑岩地震岩石物理学特征研究
[D].
Study on the rock physics properties of clastic formation
[D].
Effects of porosity and clay content on acoustic properties of sandstones and unconsolidated sediments
[D].
Velocity function including lithologic variation
[J].
基于密度测井资料计算上覆岩层压力的不确定性分析
[J].
Uncertainty analysis of calculating overburden pressure based on density logging data
[J].
地震压力系数预测在深层天然气勘探中的应用
[J].
The application of prediction of seismic pressure coefficient to deep gas exploration
[J].
高温高压盆地东方区黄流组三维压力建模技术
[J].
The three-dimensional pressure modeling technology for Huangliu formation of Dongfang area in the HTHP basin
[J].
基于改进的Bowers 法预测南海陵水深水高温地层异常压力
[J].
Prediction of abnormal pressure in Lingshui deep-water high temperature formation based on improved Bowers method
[J].
Determining an appropriate pore-pressure estimation strategy
[M].
乐东—陵水坡折带速度分析及时深转换方法
[J].
Velocity analysis and time-depth conversion study of Ledong-Lingshui slope-break belt
[J].
页岩油异常地层压力预测方法的研究
[D].
Study on prediction method of abnormal stratigraphic pressure of shale oil
[D].
渤海油田古近系超压成因分类及分布特征
[J].
Genetic classification and distribution characteristics of overpressure in the Paleogene of Bohai oil fields
[J].
