201108-川东北地区地层孔隙压力预测新方法及应用

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1、石油天然气学报（江汉石油学院学报）２０１１年８月第３３卷第８期·９６·ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｉｌａｎｄＧａｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊ．ＪＰＩ）Ａｕｇ．２０１１Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．８川东北地区地层孔隙压力预测新方法及应用中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛２６６５５５孙波（中石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营２５７０００）周光亮（中石油西南油气田公司川西北气矿开发科，四川江油６２１７００）宋玲（中石化胜利油田分公司西部新区研究中心，山东东营２５７０００）［摘要］川东北地区碳酸盐岩地层埋藏深、速度差异小，完全套用基于“欠压实”理论的孔隙压力计算结果误差较大。因此，在总结碳酸盐岩地层

2、压力成因的基础上，根据碳酸盐岩测井响应特征，修正了声波速度随有效应力的变化公式，根据横波速度更易受到孔隙压力影响的原理，拟合了纵横波速度比（Ｖｐ／Ｖｓ）与有效应力的关系公式，分别建立了川东北地区陆相地层和海相地层的孔隙压力预测计算模型，计算精度能满足现场工程需要。［关键词］孔隙压力；声波速度；有效应力；川东北；碳酸盐岩［中图分类号］Ｐ６３１．８４［文献标识码］Ａ［文章编号］１０００－９７５２（２０１１）０８－００９６－０３地层孔隙压力单井剖面的计算按方法的性质可分为地球物理方法（地震、测井等）、工程录井方法［１～５］（钻速法、ｄｃ指数法等）、随钻测量工具监测法等。传统的孔隙压力计算方法

3、基于压实理论，即在欠［６～８］压实作用下，孔隙被保存，产生较高的地层压力。通过近年来对碳酸盐岩地层压力成因的研究，认为影响川东北地区碳酸盐岩层系地层压力演化的主要因素包括原油裂解成天然气、热化学硫酸盐还原作［９，１０］用（ＴＳＲ）、构造挤压作用、抬升剥蚀作用等，前３种因素是形成古超压和现今超压的主要机制。碳酸盐岩中的孔隙压力并不反映压实平衡作用，传统的孔隙压力检测方法应用到碳酸盐岩中效果并不好。根据川东北地区裂缝－孔隙性储层岩石表现出的弹塑性力学特征，可通过获取岩石有效应力得到地层孔隙压力。因此，笔者基于有效应力定理，分别建立了川东北地区陆相地层和海相地层的孔隙压力预测计算模型。１陆相

4、地层孔隙压力计算模型的建立从岩石力学角度分析认为，纵波速度是有效应力的函数：－ＤＰＶＰ＝Ａ＋ＢＰｅ－Ｃｅｅ（１）式中，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ为参数值；Ｖｐ为岩石纵波速度，ｍ／ｓ；Ｐｅ为有效应力（骨架应力），ＭＰａ。式（１）很好地描述了纵波速度随有效应力的变化，对陆相地层孔隙压力的预测效果较好。式（１）微分关系式为：ｄＶｐ－ＤＰ＝Ｂ＋ＣＤｅｅ（２）ｄＰｅ当Ｐｅ初始值比较高，很大一部分微裂缝闭合时，纵波速度增加得最快，较大的Ｃ值显示了裂缝闭合的相对重要性，而较大的Ｄ值则说明当Ｐｅ增加时裂缝闭合得更加迅速，随着Ｐｅ的继续增加，必然伴随着纵波速度更加线性化的增加。在Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ值确定的情况下，已知纵

5、波速度，可由式（２）反求Ｐｅ，然后由下式计算地层孔隙压力：［收稿日期］２０１１－０３－２８［基金项目］国家“８６３”计划项目（２００６ＡＡ０６Ａ１０９－１－２）。［作者简介］孙波（１９８６－），男，２００７年大学毕业，博士生，现主要从事油气藏形成与分布的研究工作。第３３卷第８期孙波等：川东北地区地层孔隙压力预测新方法及应用·９７·Ｐｐ＝Ｐ０－Ｐｅ（３）式中，Ｐｐ为地层孔隙压力，ＭＰａ；Ｐ０为上覆岩层压力，ＭＰａ。参数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ在一定的区域应为常数，可以利用实测的地层孔隙压力数据及相应的声波时差测井或ＶＳＰ测井的速度数据进行非线性回归求得。过程如下：选择近似方程：＊－ＤＰＶ＝Ａ＋ＢＰ

6、ｅ－Ｃｅｅ（４）式中，Ｖ＊为取某Ｄ值时的纵波速度，ｍ／ｓ。用最小二乘原理来确定式（１）中的系数Ａ、Ｂ、Ｃ。为此，令：Ｎ＊Φ（Ａ，Ｂ，Ｃ）＝∑（Ｖｉ－Ｖｉ）（５）ｉ＝１要使Φ（Ａ，Ｂ，Ｃ）达到极小，将式（５）分别对Ａ、Ｂ、Ｃ求偏微商，并令其等于零，从而得到关于Ａ、Ｂ、Ｃ的正规方程组：ｌ１１Ｂ＋ｌ１２Ｃ＝ｌ１Ｖ（６）｛ｌ２１Ｂ＋ｌ２２Ｃ＝ｌ２ＶＮＮＮ－ＤＰ１－ＤＰ烄ｌｉｊ＝ｌｊｉ＝Ｐｅｅｅｍ－（Ｐｅ）ｅｅｍ∑ｍＮ∑ｍ（∑）ｍ＝１ｍ＝１ｍ＝１其中ｉ，ｊ＝１，２烅ＮＮＮ１ｌｉＶ＝∑ＶｍＰｅｍ－Ｎ（∑Ｐｅｍ）（∑Ｖｍ）烆ｍ＝１ｍ＝１ｍ＝１－ＤＰＡ＝Ｖ－ＢＰｅ－Ｃｅｅ（７）ＮＮＮ１１－ＤＰｅ１－Ｄ

7、Ｐ式中，Ｖ＝Ｖｍ；Ｐｅ＝Ｐｅ；ｅ＝ｅｅｍ。Ｎ∑Ｎ∑ｍＮ∑ｍ＝１ｍ＝１ｍ＝１Ｄ值一般在１～４０之间变化，每次固定一个Ｄ值逐步向前回归，求得Ａ、Ｂ、Ｃ值，并记录方差；全部回归完毕后，确定方差最小的Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ值为最终求得的结果。２海相地层孔隙压力计算模型的建立在碳酸盐岩中，纵横波速度比（Ｖｐ／Ｖｓ）对孔隙压力的变化非常敏感，并且Ｖｐ／Ｖｓ受孔隙压力变化影响主要表现在与有效应力之间的关系上。川东北地区有效应力与纵横波速度比之间存在如下关系：ｂＶ／Ｖ