博兴洼陷地层孔隙压力测井评价研究

李山生

（中石化胜利石油工程有限公司测井公司，山东 东营257096）

0 引 言

利用测井资料进行地层孔隙压力评价具有分析数据连续、成本低廉、精度可靠等特点［1－4］。但相对中高孔隙度渗透率储层，低渗透率储层通常表现出储层非均质性强、孔隙结构复杂、岩性多样、油水关系复杂等特点，从而导致岩石物理与测井曲线的响应规律复杂，基于测井资料开展低渗透率储层孔隙压力评价难度较大。

本文针对东营凹陷博兴洼陷沙河街组地层，在异常地层压力成因机制分析的基础上开展低渗透率储层地层孔隙压力的测井评价方法研究。

1 异常地层压力成因机制

博兴洼陷是东营凹陷内一个次一级构造单元，整个洼陷东西向呈地堑式，南北呈箕状。自西向东、由南向北发育花沟、金家－樊家、柳桥及小营－纯化四大鼻状构造带。在博兴洼陷，尤其是北部的洼陷中心沙四段上亚段纯上次亚段主要由灰质泥岩、油页岩和白云岩组成，加上沙三段中、下亚段巨厚暗色泥岩的覆盖，形成了封闭性非常好的密闭环境。由于纯上次亚段沉积时期物源比较丰富，沉积物快速沉积埋藏，易形成欠压实现象，因此，不均衡压实作用对北部洼陷中心异常高压的形成贡献很大［5－6］。

2 地层孔隙压力测井评价的理论基础

有关异常压力的形成机理主要以排驱速度与压实成岩速度的差异区分。当排驱速度低于压实成岩速度时，地层中的流体不能及时排除，将形成异常高压；当排驱速度高于压实成岩速度时，地层中的流体排除过量，则形成异常低压。在泥页岩中主要为压实成岩作用，因此可利用泥页岩压实规律发现和预测该类地层的孔隙压力。这就是所有基于泥页岩正常压实趋势线方法所共有的理论前提——非均衡压实。

利用测井资料进行地层孔隙压力评价的方法有等效深度法、Eaton法、岩石力学参数法等［1－4］。针对博兴洼陷储层的低渗透率特点及其异常地层压力形成机制，采用Eaton法进行地层孔隙压力预测评价。该方法以泥岩正常压实理论为基础，在常规砂泥岩地层具有较好的适应性。

2.1 Eaton法基本原理

1972年Eaton根据墨西哥湾等地区经验及岩石物理实验的研究建立了地层孔隙压力和测井参数（声波时差、电阻率等）的幂指数关系［7］，这种关系并不随岩性或深度的变化而改变，其原理是上覆压力梯度的变化决定了压实观察参数的实际值和正常趋势值的比率与地层孔隙压力的关系［8］。其基本表达形式为

式中，pp为地层孔隙压力，MPa；p0、ph分别为上覆岩层压力、静水压力，MPa；Δt为观测点测井实测值，μs／ft＊非法定计量单位，1ft＝12in＝0.304 8m，下同；Δtn为同一深度正常压实趋势线上的对应值，μs／ft；C为地区 Eaton幂指数。

通常选用纵波时差曲线构建正常压实趋势线，并在分析获取Eaton幂指数的基础上实现地层孔隙压力的测井评价。

2.2 正常压实趋势线的建立

地层孔隙压力计算的关键是泥岩正常压实趋势线的准确建立，在正常压实情况下，泥岩声波时差与埋深在半对数坐标上呈线性关系——正常压实趋势线。在异常高压地层中，声波时差增大，从而偏离正常地层压力趋势线。

建立压实趋势线的关键是取准纯泥岩段的声波时差，其取值原则可概括为“三取三不取”，①取纯的泥页岩而不取其他岩性，主要是根据自然伽马、自然电位、井径曲线结合地质录井资料区分泥页岩和砂岩地层；②取井径正常井段而不取缩径或扩径严重井段，根据井径曲线剔除与标准井径相差18%的部分；③取泥岩层声波时差曲线上的平均特征值而非尖峰值和周波跳跃值，读值时，注意声波时差测井曲线在泥岩段位置数值的趋向性，避免读取孤立的过高值或过低值。对于厚度较大的泥岩层段，选取有代表性的数据点，以取少取精为原则，避免过多数据聚集在同一深度段。

由于异常高压带的形成关系复杂，后期的构造运动又会影响其特征，实际的压实趋势线是有地区性的，而且同一区块同一口井不同层位的趋势线也会有差异。

2.3 Eaton幂指数的获取

由式（1）可知，地层孔隙压力计算精度与地层Eaton幂指数C密切相关，其在不同地区（不同地质沉积盆地）随岩性、成岩作用程度的差异而变化。以往的计算往往采用固定的经验常数，当C＝5时，美国墨西哥湾沿岸应用效果最好。

根据已有的地层孔隙压力实测结果及所建立的正常压实趋势线，利用式（1）反推得到研究区内各井地层压力测试深度段Eaton幂指数C。对计算结果统计分析表明，Eaton幂指数C并不是一个常数，随着埋深增大及声波时差的减小有逐渐增大的趋势。这里分别作了博兴洼陷Eaton幂指数C与地层埋深（见图1）、声波时差的相关图（见图2），对比发现，Eaton幂指数C与地层埋深具有较好的非线性关系，随深度呈指数关系增大，回归公式相关系数可达0.871，拟合精度可以满足工程计算要求。

图1 Eaton幂指数C随深度变化的相关图

由此建立了适合博兴洼陷的Eaton法计算地层孔隙压力的指数线性关系式

图2 Eaton幂指数C随声波时差变化的相关图

3 应用效果分析

基于上述理论方法，对研究区块内多口井进行了地层孔隙压力的测井预测，与等效深度法以及实测压力资料进行对比，验证了Eaton法计算地层孔隙压力的可靠性。

按照上述建立压实趋势线时泥岩段声波时差的取值原则，建立了研究区内F172井正常压实趋势线方程（见图3）

图4 F172井地层压力测井预测剖面

式中，Δt为声波时差，μs／ft。由此可见，基于Eaton法计算的地层孔隙压力结果具有较高的精度，能够满足工程需要，在胜利油田博兴洼陷低渗储层具有较好的适应性。

图3 F172井正常压实趋势线

图4是F172井分别用等效深度法与Eaton法计算孔隙压力结果的对比。F172井3 170m以下为大段的泥岩，2种计算结果均表明该井段为正常压实，这与实钻资料一致；3 410.37m处孔隙压力梯度等效深度法计算为0.98g／cm3，Eaton法计算结果为1.07g／cm3，均接近实测压力值1.04g／cm3；3 170m以上砂岩井段两者计算结果出现差异，大部分井段等效深度法计算的孔隙压力梯度均小于0.8g／cm3，显然不合理，而Eaton法计算的结果更符合实际。

利用Eaton法计算了博兴洼陷内F170井、F175井等9口井沙三段及沙四段地层的孔隙压力梯度剖面，并与部分实测的压力数据进行了对比（结果见表1和图5），平均相对误差可以达到4.49%。

表1 博兴洼陷实测与计算孔隙压力梯度对比

图5 地层孔隙压力计算与实测对比图

4 结 论

（1）正常压实趋势线的建立是地层孔隙压力计算的关键，按照“三取三不取”的原则取准纯泥岩段的声波时差是基础。

（2）Eaton法计算地层孔隙压力精度与幂指数C密切相关，根据实测压力资料反推得到了博兴洼陷Eaton幂指数C与地层埋深的指数线性关系式。

（3）泥岩段及深部地层Eaton法与等效深度法计算结果接近，但在砂岩段或浅部地层等效深度法计算结果明显不符合实际。

（4）与实测压力对比，Eaton法计算的地层孔隙压力结果具有较高精度，能够满足工程需要，在胜利油田博兴洼陷低渗透率储层具有较好适应性。

［1］ 刘向君，罗平亚.岩石力学与石油工程［M］.北京：石油工业出版社，2004.

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