地层孔隙压力预测方法研究

陈新，丁富峰，尹国庆

1.西安石油大学石油工程学院（陕西西安710065）

2.中国石油集团东方地球物理公司研究院（新疆库尔勒841000）

3.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院（新疆库尔勒841000）

地层孔隙压力预测方法研究

陈新1，2，丁富峰2，尹国庆3

1.西安石油大学石油工程学院（陕西西安710065）

2.中国石油集团东方地球物理公司研究院（新疆库尔勒841000）

3.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院（新疆库尔勒841000）

综述了地层孔隙压力预测方法原理，并对目前存在的地层孔隙压力计算模型进行分析，优选出声波速度压实趋势线，采用储层压实法和非储层埋深法2种方法相结合，对研究区块进行地层压力的钻前预测，并将预测结果与实际测量孔隙压力进行误差分析，整体误差小于5%，该预测结果可直接用于钻井液密度的设计。

地层孔隙压力预测；声波速度；储层压实法；非储层埋深法

近年来随着世界油气勘探的不断发展，发现的异常压力带越来越多，特别是异常高压带出现的频率更高［1-2］。估算或预测地层压力，特别是超压地层的压力预测，对于油气勘探开发各个环节都具有非常重要的影响：在勘探阶段地层压力场的预测有助于评价盖层的有效性，描述油气运移路径，有利于分析圈闭的几何形状并为盆地模拟提供校正；准确的地层压力预测有助于安全、经济钻探［3-4］；开发阶段，地层压力场预测结果有助于确定储层的驱动和连通情况。

地层压力就是地层孔隙或裂缝中流体（油、气、水）所具有的压力。地层在沉积压实的过程中，如果储层纵横向连通性较好，孔隙中的流体随上覆层压力的增加能够得到正常的排出，那么流体压力直接受静水柱压力的控制，这种情况下的孔隙流体压力被认为是正常压力。如果储层为有限分布方式，如河道沙、透镜体等，储层被非储层所包裹，在压实的过程中，储层中的孔隙流体不能通过非储层进行顺利排出，储层中的流体压力就将随上覆层压力增加而逐渐升高，形成通常所说的“超压”，即大于同深度的静水柱压力［5］。

实际地层中的黏土矿物随沉积物不断被埋深、压实，其伴生水一部分被挤出黏土沉积层，若孔隙空间的水不能被及时排出，水将被封闭在地层内，当埋深增加时，该黏土层也不会发生进一步的压实，而把增大的压应力传递给孔隙水，使隔绝的储集层中的孔隙压力随着埋深而增加，即产生超压地层［6-7］。

涉及到孔隙压力中包含有几个基本概念：①静液压力：由液柱重力产生的压力；②压力梯度：单位深度增加的压力值；③地层孔隙压力：是指地层孔隙中流体（油、气、水）所具有的压力，简称孔隙压力；④地层压力系数：表示的是该储层流体压力（即地层压力）与该处静水柱压力的比值；⑤上覆层压力：有地层自重所产生的压力，根据密度计算。

建立正常的趋势线方程是进行地层压力预测的基础之一［8-9］，它是压力预测基准线，趋势线也可以认为是正常压力基准线，在不同的井段也会有不同趋势线方程。

排除岩性等环境因素的影响，理论上地层孔隙度的变化（电阻率为同样机理）与流体压力的变化有一定的内在联系。正常条件下，孔隙度与埋深呈指数关系，如果偏离了这种关系就可以认为存在流体压力发生异常变化的因素，可以看出随深度变化，部分曲线偏离了趋势线。

忽略非压实等影响因素，就可以认为偏离的部分是孔隙流体压力异常造成，由图1可以看到中上部地层的DT具有明显趋势分布特征，而底部出现明显偏离，这种偏离就指示可能存在超压现象。

图1 曲线随深度变化特征

通常趋势线方程式：

一般用f=data/data nor来衡量压实程度。式中：A0、a为趋势线常数；Tvd是垂直深度，m；data nor为正常趋势线数值；data则是实际测井曲线数值。

当井的预测趋势线建立起来后，就可以进行预测方法的选择，进而得到初步的预测结果。

1 孔隙压力评价方法模型

压力预测的方法模型有很多种，根据不同的成因也有一定的演化，但实用的方法包括储层压实法、非储层埋深法以及Eaton's法，这几种方法在预测技术的发展过程中，通过国内外大量实践证明是比较成型和稳定的。其基本原理分述如下：

1.1 储层压实法

由储层压实情况来预测流体压力的变化特征，采用如下关系式：

式中：Pvd为上覆层压力，g/cm2；Pnor为正常流体压力，g/cm2；Pf为预测孔隙压力，g/cm2。

储层压实法是以储层为预测目标。因此，在预测中要尽可能排除非储层的影响因素，达到以储层为目标的预测目的。理想应用条件是在纵向上储层分布较多，且物性特征比较接近，这种方法在海湾地区使用较多。

1.2 非储层埋深法

此种方法是国内最常见的使用方法之一。随埋藏深度的增加，非储层中孔隙流体被逐渐排除，压实程度越来越接近理想状态，如在某一层段存在流体不能顺利排除现象即可产生如上所说的压力异常（超压）状态，在预测上与前一种略有不同（思路相同），如果非储层段临近储层段就认为储层段也存在同样的压力异常。

在图2中，A到B的层段内，声波分布趋势偏离正常压实趋势，说明有超压地层存在。

图2 等效深度发压力预测

由（1）式按趋势线计算预测点B的等效深度：

等效颗粒支撑力σB：

Pvd=Pfb+σB

一般认为由于孔隙压力在B点的增加使σB比正常压实状态要低，其等效压力为：

σB=σA（σA为正常压实线上的等效点）

则预测点B的孔隙流体压力梯度为：

1.3 Eaton's法

建立正常压力趋势线方程：

data nor=Ao×e（-a）·Tvd/100000

（通过选4组数据：深度-DT，获得A0，a），然后得到趋势线方程）。

式中：DT为声波时差测量数据；data nor为正常压实趋势计算数据；Pnor为正常孔隙流体压力梯度，MPa；expn为经验指数（1.5）；Tvd为垂直深度，m；δz为上覆层压力，MPa；PPR为孔隙压力，MPa。

Eaton's法与储层压实法比较近似，两者可以获得基本接近的结果，国外压力预测对Eaton's法的评价较高［10］。

图3 地层三压力评价对比图

图4 孔隙压力刻度图

2 孔隙压力评价方法优化

就储层和非储层在声波上的区分而言，有时两者的界限并不严格。

预测过程不仅采用了声波法的2种预测技术，也进行RT法的尝试。2种方案给出的结果接近正常趋势线的数据点占绝大部分，但预测曲线的摆动幅度存在差别。对应的电阻率法，整体上接近趋势线的数据点较少，且出现更多的低于零的资料点，这也说明电阻率法受岩性的影响非常大。

声波（DT）和电阻率（RT）两种技术比较，声波法相对比较合理。因此压力预测选择以声波法为主，在声波法中侧重使用储层压实法、非储层埋深法的组合预测，在无声波资料的层段由电阻率法提供补偿。

表1 预测压力与测试压力对比表

3 孔隙压力评价实例

对压力变化的影响，除埋深、压实等与沉积相关的因素以外，还有不可忽视的构造因素。一般情况，构造变化对压力的影响不容易在资料上反映出来。

当孔隙压力保持不变而构造明显抬升时，实际中的压实趋势特征可能无变化，超压特征却会更明显，但资料上的显示很可能无任何迹象。

图3中孔隙压力系数一列为滤波后得到的压力预测曲线结果，通过与钻井实测的地层压力梯度值对比认为预测结果是较为吻合的，曲线上5个黑色方形为实测压力深度梯度。测试资料的应用可以较好地解决上述问题。在构造明显变化区，可以寻找到一定的刻度关系，进而刻度调整预测压力线使得结果更为合理。如图4是3口井在刻度前后的对比，可以看到在对比前后发生了一定的变化。通过这样的刻度结果可以得到结论，在计算地层孔隙压力时选择的模型及结果是可靠的。

对测试资料的使用也要进行仔细鉴别。鉴别发现在本次处理中发现有些测试数据明显偏高（表1、表2）。

由MDT/RFT提供的测试结果（表2），按层平均后进行对比，单层多个测量点的压力梯度结果基本一致，误差小于5%，该预测结果能够用于钻井液密度的设计。

4 结论

在获得准确的地层声波速度信息后，综合利用储层压实法和非储层埋深法对地层孔隙压力进行预测，能够得到十分准确的预测结果，可以直接用于指导钻井液密度的设计，确保复杂区块的钻井顺利进行，为后期勘探开发提供井筒条件保障。

表2 测试压力与预测压力对比表

［1］樊洪海，张传进.复杂地层地层孔隙压力求取新技术［J］.石油钻探技术，2005，33（5）：40-43.

［2］孙武亮，孙开峰.地震地层压力预测综述［J］.勘探地球物理进展，2007，30（6）：428-433.

［3］左星，龚荣佳，李薇.地层孔隙压力的灰色预测及应用［J］.石油地质与工程，2007，21（2）：84-86.

［4］常文会，秦绪英.地层压力预测技术［J］.勘探地球物理进展，2005，28（5）：314-319.

［5］申波，张超谟，毛志强.基于构造超压的地层压力预测方法研究［J］.应用地球物理，2007，30（6）：428-432.

［6］李新宁，梁浩，黄卫东，等.异常地层压力地震预测方法及应用研究［J］.石油天然气学报，2007，29（3）：387-389.

［7］史浩，周东红.基于有效应力的地层压力预测在渤海BZ1区的应用［J］.石油地质与工程，2014，28（2）：113-116.

［8］王胜启，董杰.英科1井超高压地层压力预测技术研究［J］.石油钻采工艺，1998，20（2）：9-15.

［9］张卫华，何生，郭全仕.地震资料预测压力方法和展望［J］.地球物理学进展，2005，20（3）：814-817.

［10］贾新峰，杨贤友，周福建，等.孔隙压力预测方法在油气田开发中的应用［J］.天然气技术，2009，3（2）：31-33.

The principle of formation pore pressure prediction methods is summarized，and the calculation models of pore pressure are analyzed.The acoustic velocity compaction trend line is obtained by combining the reservoir compaction method with the non-reservoir buried depth method to predict the formation pressure of the study area before drilling.The error between the predicted results and the actual measurement results of pore pressure is analyzed，and the overall error is less than 5%.The formation pore pressure predicted us⁃ing this method can be directly used for the density design of drilling fluid.

formation pore pressure prediction；sound wave velocity；reservoir compaction method；non-reservoir buried depth method

尉立岗

2016-06-30

陈新（1982-），男，工程师，主要从事油气田开发研究工作。