第二章莺琼盆地地层孔隙压力分析

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1、2莺琼盆地地层孔隙压力分析2.1异常地层压力预测原理2.1.1异常地层压力形成机理对于沉积物来说，作用于单元沉积物的载荷由骨架和孔隙流体共同支撑。任何一点的应力均由两部分组成，即骨架应力和孔隙压力。有效应力指上覆岩层压力与孔隙压力之差。随着载荷的增加，如果沉积物渗透率允许孔隙中流体流走，那么孔隙流体的压力分布与延伸到潜水面的连续水柱产生的压力一致，此时的地层称为正常压力地层。但是，很多沉积地区都大量存在着异常压力，特别是异常高压。形成异常高压的机制是多方面的，目前还缺少准确的识别方法。异常压力的形成机制可分为三类：一是岩石孔隙体积

2、变化：垂向载荷（欠压实）；侧向构造加载；次生胶结；二是孔隙流体体积变化：温度变化；矿物转化；烃类形成；烃类热降解；流体运移；三是流体压力变化和流体流动：渗透作用；压头变化；油田开采；永冻环境；相对密度差异。（1）欠压实当沉积物发生快速埋藏或者沉积物中含有大量粘土矿物时，会发生欠压实作用。在这种情况下，水无法从沉积物中完全排出，使沉积物形成了一个含有层间水的、膨胀的粘土矿物的松散体系。超载欠压实页岩的连续沉积可产生剪切带，水从这些沉积物中排出伴随有沉积块体的沉降，形成同沉积断层。在莺琼盆地存在着这种同沉积断层。（2）构造运动一个可能

3、产生异常高压的原因是构造活动，包括局部和区域断层、褶皱、侧向滑动和滑脱、断盘下落引起的挤压、底辟盐丘/泥岩运动以及地震。构造挤压产生的地层变形与欠压实相比，引起地层密度的变化量可忽略不计。莺歌海盆地底辟作用是产生异常高压的另一主要机制。（3）水热增压随着沉积物在盆地中的沉积，地温增高使孔隙流体的膨胀比围岩的膨胀大得多，这样就会在岩石中产生异常流体压力。莺琼盆地异常地温梯度是产生异常压力的另一主要原因。2.1.2已有地层压力预测方法157上面虽然给出了形成异常高压的三类机制，但是，异常地层孔隙压力预测模式主要是针对欠压实机制提出的，

4、通过地层孔隙度的变化确定异常高压的大小。有代表性的预测模型有等效深度法、Eaton法、经验公式法、有效应力法等。对于正常沉积泥页岩地层，地层孔隙度与埋深的关系为：（2-1）（2-1）式称为地层压实的正常趋势线。若孔隙度偏离此线，就会产生异常压力。若实际孔隙度大于正常趋势孔隙度，将产生异常高压；若实际孔隙度小于正常趋势孔隙度，将产生异常低压，如图2-1所示。DLnF异常高压图2-1异常压力定量计算原理因此，凡是能反映孔隙度变化的岩石物理参数均可作为异常压力预测的敏感性参数。目前主要使用的有地层层速度、声波时差、岩石密度、岩石电阻率等

5、，其中声波时差应用最为广泛。对于声波时差，地层压实的正常趋势线方程为：（2-2）其中Dt为某一深度的声波时差，Dtm为岩石骨架的声波时差，Dt0为地表饱和土的声波时差。做进一步简化，得到泥页岩地层声波时差随井深的变化规律为：（2-3）为了利用实际声波时差偏离正常趋势线声波时差的差值计算异常地层压力的大小，不同学者提出了不同模型，主要有：等效深度法、Eaton法和经验公式法。（1）等效深度法等效深度法遵循的原理是有效应力原理，欠压实深度D2157处的有效应力与正常趋势线上某一深度D1处的有效应力相等，如图2-2所示。DLnDtD1D

6、2图2-2声波时差等效深度法预测地层孔隙压力原理有效应力相等的公式为：（2-4）其中，sv1为井深为D1处的上覆岩层压力，sv2为井深为D2处的上覆岩层压力，P1为井深为D1处的正常地层压力，P2为井深为D2处的待求地层压力。因此，等效深度法计算异常地层压力的公式为：（2-5）其中，rr为岩石的密度；rw为地层水的密度。（2）Eaton法在应用等效深度法预测异常地层压力时，发现有些区域误差较大。Eaton认为用声波时差差值预测异常地层压力时，由于不同区域形成异常压力的机制不同，其影响程度存在差异。提出了新的异常地层压力预测模型，并

7、用地区指数c描述这一影响程度，具体公式如下：（2-6）其中，sv为上覆岩层压力，Pn为正常地层压力，Dtn为预测深度正常趋势线上的声波时差，Dts为预测深度地层实际声波时差，c为地区指数。（3）经验公式法157与Eaton法相平行的另一种经验公式是通过现场实测数据，建立声波时差差值与地层压力数据之间的相关关系，然后根据此图版预测异常地层压力，如图2-3所示。图2-3声波时差差值与地层压力的相关关系图（4）有效应力法为了描述构造运动加卸载对异常地层压力的影响，Bowers提出了考虑加卸载的有效应力法。压力预测的基本过程如下：1）声波

8、波速的加卸载曲线岩石力学实验发现，岩石波速随围压的变化在加载和卸载过程中曲线不重合，卸载存在波速下降滞后现象。因此，在相同有效应力条件下，加载过程和卸载过程中地层的波速是不一致的。由波速或声波时差预测地层压力应区分地层的加卸载条件。加载曲线方程为：