西湖凹陷平湖斜坡带花港组异常压力预测*

周海廷, 姜效典, 李德勇, 邢军辉

(中国海洋大学海洋地球科学学院, 山东 青岛 266100)

西湖凹陷平湖斜坡带花港组异常压力预测*

周海廷, 姜效典**, 李德勇, 邢军辉

(中国海洋大学海洋地球科学学院, 山东 青岛 266100)

针对西湖凹陷中深层普遍存在异常压力的现象, 以实测地层压力为约束，结合钻井异常压力预测，在测井约束的波阻抗反演方法反演花港组的层速度的基础上，利用Fillippone公式计算地层压力系数，最终实现平湖斜坡带花港组异常压力的预测。预测结果显示：平湖斜坡带花港组地层泥岩段普遍存在异常高压，且异常高压明显呈带状分布，在垂向上可划分为4个异常高压带。随着花港组地层埋深的增加，异常高压带的压力系数由西向东、由南向北具有逐渐增大的特征，即平湖斜坡带花港组地层异常压力的分布受到泥岩发育和地层埋深的共同影响。

平湖斜坡带； 花港组； 层速度反演； 异常压力预测

异常压力是地下某一特定深度范围的地层中，由于地层欠压实、生烃作用、构造变动等因素的影响而背离正常地层静水压力趋势线的地层流体压力[1]，异常压力可以用压力系数进行表征，国内地层压力分类认为压力系数小于0.9和大于1.1的均为异常压力[2]。油气勘探实践表明，异常压力是含油气盆地中普遍存在的地质现象[3]，异常压力的存在不仅是油气运聚成藏的重要动力之一，也对油气勘探开发过程中钻井工程设计和施工具有重要影响[4]，因此，异常压力的预测是油气勘探和开发面临的重要地质问题。

异常压力预测研究开始于1960年代，到目前为止，提出了一系列异常压力预测的方法，主要可以分为两类：一类以正常压实趋势线的建立为基础，包括Eaton法、等效深度法、比值法等[5-7]，另一类方法以地震波传播速度在异常压力带具有相对高速或低速的特征为基础，包括Fillippone法、综合参数法等[8-10]，在上述方法研究的基础上，部分学者提出测井、地震参数联合应用来实现地层压力预测的方法[11-13]。

平湖斜坡带作为西湖凹陷重要的油气富集区带，前人对该构造带异常压力的研究做了大量的工作，张先平等[14]利用钻井试油测压数据分析了平湖斜坡带的压力分布特征，杨彩虹等[15]利用Eaton法计算了平湖斜坡带已钻井的压力曲线，刘金水[16]则利用Bowers法恢复了平湖斜坡带单井压力剖面，张国华[17]则对西湖凹陷异常压力形成机制进行了研究，研究认为平湖斜坡带在平湖组地层普遍发育异常高压，形成机制主要为欠压实和生烃作用。上述研究工作主要以钻井异常压力预测为主，但针对平湖斜坡带钻井少且分布不均衡的情况，上述研究无法准确给出研究区异常压力的总体分布特征。此外，前人研究主要针对平湖斜坡带平湖组地层，而花港组作为研究区重要的油气储集层[18]，对其异常压力的研究有助于油气开发过程中的钻井设计与实施。因此，本文以平湖斜坡带花港组为目的层段，在钻井异常压力预测的基础上，采用测井资料约束的波阻抗反演方法反演层速度剖面，然后利用Fillippone法计算压力系数，并利用钻井地层压力系数对结果进行校正，最终得到准确的异常压力系数剖面，进而对平湖斜坡带花港组异常压力进行预测。

1 区域地质概况

西湖凹陷位于东海陆架盆地-的东北部，西邻海礁凸起和鱼山凸起，东接钓鱼岛隆褶带，整体呈北北东向展布，面积约5.9×104km2，具有丰富的油气资源和优越的成藏条件，是东海陆架盆地中规模最大的新生代富油气凹陷[19]。西湖凹陷可以划分为保俶斜坡带、三潭深凹、中央背斜带、白堤深凹和天屏断裂带等5个构造带，平湖构造带则位于保俶斜坡带中部，自北向南细分为平北区、平湖区和平南区3个次级构造单元，研究区主要位于平北区和平湖区(见图1)。

平湖斜坡带主要以新生代碎屑沉积为主，自下而上依次发育了始新统瓯江组和平湖组，渐新统花港组，中新统龙井组、玉泉组和柳浪组，上新统三潭组和第四系东海群。本次研究的目的层是花港组地层，由上、下两段组成，花港组下段岩性主要为粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、含砾砂岩为主，总体呈砂夹泥的特征，花港组上段岩性主要为泥岩、粉砂岩、粉细砂岩、细砂岩为主，下部以砂夹泥为特征，上部以泥夹砂或砂泥互层为特征，顶部则主要为泥岩。总体来说，花港组地层的岩性自下而上呈泥岩增多，砂岩减少的特征。

图1 平湖斜坡带构造位置及井位分布示意图(据文献[20]修改)

2 钻井异常压力识别与预测

一般情况下，在正常孔隙压力地层，其泥岩段的声波时差曲线在半对数坐标系呈现正常压实趋势线，而当地层压力出现异常时，声波时差曲线将偏离正常压实趋势线，且偏离程度反映了异常压力的大小[21]，因此，本次研究首先利用钻井声波时差资料对平湖斜坡带花港组异常压力进行了初步识别。W2井位于研究区北部，该井在花港组上段顶部、花港组上下段分界处及花港组下段的声波时差均偏离正常压实趋势线，出现偏高的异常值区，推测为异常高压(见图2)。W5井位于研究区南部，该井在花港组上段顶部和花港组下段顶部，其声波时差偏离正常压实趋势线，出现偏高的异常值区，也推测为异常高压(见图3)。

通过上述分析，推测平湖斜坡带花港组地层发育异常高压，在此基础上，本文利用Eaton法构建花港组钻井地层压力曲线。该方法由Eaton于1972年提出[6]，主要利用实测声波时差与趋势声波时差的偏差并通过幂指数模型计算钻井地层压力，其计算公式如下：

(1)

式中：PP为地层压力；P0为上覆岩层压力；Ph为静水压力；Δtn为实测声波时差；Δt0为趋势声波时差；N为伊顿指数。

图2和3展示了利用Eaton法构建的花港组钻井地层压力及压力系数曲线，并和岩性进行了对比分析。结果显示：W2和W5井的压力系数变化趋势与声波时差变化趋势基本一致。W2井在花港组上段顶部存在一个明显的异常高压区，压力系数最大可达1.27，在花港组上下段分界处及下段中部也发育异常高压区，压力系数约为1.18左右(见图2)。W5井在花港组上段和下段的顶部均存在异常高压区，压力系数在1.15左右(见图3)，为弱异常高压区。通过和岩性对比发现，两口钻井的异常高压区对应泥岩发育的层段，而砂岩发育的层段基本为常压系统。

图2 W2井花港组钻井声波时差特征、压力曲线及岩性柱状图

图3 W5井花港组钻井声波时差特征、压力曲线及岩性柱状图

3 平湖斜坡带花港组异常压力预测

通过对钻井异常压力预测结果的分析，平湖斜坡带花港组地层存在异常高压，且异常高压的分布与砂、泥岩分布情况有关。测井约束的波阻抗反演方法一方面可以获取准确的地层速度资料，用于反演研究区异常压力带，另一方面可以反映研究区砂、泥岩的分布情况，对异常压力反演结果进行验证，最终实现研究区异常压力带的预测。

3.1 基本原理

正常情况下，地层速度随着埋深的增大而增大，符合指数规律，而当地层出现异常压力时，地层速度会出现异常变化，对于异常高压地层其地层速度会降低，利用Fillippone公式预测地层压力，就是利用了高压层低速度的特点，以地层速度和压力之间的关系为基础，进行异常压力预测[22]。

该方法的关键是获取准确的地层速度资料，而测井约束的波阻抗反演可以进行地层速度的准确计算[23-24]。已知波阻抗是地层密度和速度的乘积，即

Z=ρ×V。

(2)

式中：Z为波阻抗；ρ为密度；V为层速度，而地层密度和速度满足Gardner公式，式中A、B为常数。因此，由上述公式可以推出波阻抗和速度的关系式为：

Z=A×V(1+B)。

(3)

利用公式(3)可以将波阻抗反演数据转换为层速度数据。在此基础上，利用Fillippone公式：

(4)

计算得到地层压力，式中：PP为地层压力；P0为上覆岩层压力；Vmax为地层岩石骨架速度；Vmin为孔隙流体速度；Vint为地层的层速度。

3.2 异常压力预测

3.2.1 地层速度体反演 根据层速度计算原理，本文反演平湖斜坡带层速度体的步骤如下：

(1)波阻抗与层速度关系拟合

利用W1～W5井的实测声波时差数据，结合各钻井的实测密度数据，利用公式(2)计算各钻井处的波阻抗数据，并对钻井波阻抗与层速度数据进行拟合，得到平湖斜坡带的波阻抗与层速度关系式(见图4)。

图4 平湖斜坡带波阻抗与层速度关系

(2)层速度反演

利用测井约束的波阻抗反演方法得到平湖斜坡带花港组波阻抗数据体，然后采用拟合的公式将波阻抗转换为地层层速度，得到平湖斜坡带花港组层速度剖面(见图5，6)，并与钻井岩性进行对比。由剖面图可以看出：花港组砂、泥岩互层分布，花港组上段泥岩较发育，而花港组下段砂岩厚度较大，泥岩的层速度明显小于上覆砂岩的层速度，特别是在花港组上下段分界面附近存在明显的低速带。

3.2.2 花港组异常压力预测 在获取花港组层速度数据的基础上，利用Fillippone公式计算花港组地层的地层压力及压力系数，绘制出花港组地层压力系数预测剖面，并和钻井压力系数曲线进行了对比。通过对比可以看出：W1和W3井的钻井压力系数曲线和压力系数预测剖面趋势一致，而W2井钻穿断层，由于花港组地层发生错断，导致花港组下段顶部的钻井压力系数曲线和压力系数预测剖面出现误差，但总体来说两者趋势基本一致(见图7，8)，说明测井约束的层速度反演预测异常压力的方法具有较好的准确性。

图5 平湖斜坡带花港组层速度剖面(Line 1)

图6 平湖斜坡带花港组层速度剖面 (Line 2)

图7和8展示了平湖斜坡带花港组的两条压力系数预测剖面，从预测剖面可以看出，平湖斜坡带花港组地层异常压力在垂向上可分为4个异常高压带。高压带1和高压带3分别位于花港组上段顶界面和花港组上、下段分界面，其整体连续性好，厚度分布均匀，其中高压带3压力系数较大，这两个高压带的压力系数由西向东、由南向北随着地层埋深的增加而逐渐增大，压力系数最大可达1.4。高压带2位于花港组上段的中部，其南北向连续性较好，厚度分布均匀，压力系数变化不大，而东西向连续性差，向西高压带厚度逐渐减薄，压力系数也逐渐减小，该高压带压力系数在1.15～1.3。高压带4位于花港组下段的中部，分布范围有限，主要集中在研究区的东部和南部，向西和向北厚度逐渐变薄，直至尖灭，该高压带压力系数在1.15～1.2。在这4个高压带的过渡区域存在常压带和弱高压带，这与W1～W3井的单井异常压力预测结果所反映的压力结构相吻合。

由压力系数预测剖面和层速度剖面对比可以看出，花港组异常压力带多发育在低速度的泥岩段。前人研究认为，平湖斜坡带在花港组下段沉积时期，经历了比较大的水进过程，泥岩快速沉积，导致孔隙水无法及时排出[17]，因此，推测泥岩的欠压实是花港组泥岩段层速度降低及地层压力异常的主要原因。此外，通过钻井及剖面的异常压力与岩性的对比发现，花港组泥岩普遍发育异常高压，而砂岩基本为正常压力系数，即花港组异常压力的分布受泥岩发育的影响。

图7 平湖斜坡带花港组压力系数预测剖面(Line 1)

图8 平湖斜坡带花港组压力系数预测剖面(Line 2)

4 结语

针对钻井资料少，实测地层压力资料更少的平湖斜坡带，利用测井约束的层速度体反演预测地层压力的方法可以有效预测平湖斜坡带花港组的异常压力分布。预测结果显示，西湖凹陷平湖斜坡带花港组地层也存在异常高压，且异常高压的分布与岩性具有一定的相关性，垂向上异常高压明显呈带状分布，可划分为4个异常高压带，平面上异常压力系数随着花港组地层埋深的增加，整体呈现由西向东、由南向北增大的特征。

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责任编辑 徐 环

Abnormal Pressure Prediction of Huagang Formation in Pinghu Slope, Xihu Sag

ZHOU Hai-Ting， JIANG Xiao-Dian， LI De-Yong， XING Jun-Hui

(College of Marine Geoscience， Ocean University of China， Qingdao 266100， China)

Abnormal pressure is generally developed in the middle-deep formation in Xihu sag，based on the interval velocity calculation with the method of well-constrained impedance inversion, the formation pressure coefficient is calculated by using Fillippone equation, combined the measured formation pressure data with drilling well abnormal pressure prediction approach, then the distribution of the abnormal pressure of Huagang formation can be analyzed.The result shows that: the overpressures are commonly developed in shale formation of Huagang in Pinghu slope，and distribute as belt obviously, which can be divided into four overpressure belts in the vertical direction. The pressure coefficient of the overpressure belts is increasing form west to east and form south to north gradually, as the depth of Huagang formation deepens. The above distribution characteristics of the overpressure belts prove that the abnormal pressures of Huagang formation in Pinghu slope is controlled by the shale development and formation depth.

Pinghu slope; Huagang formation; interval velocity inversion; abnormal pressure prediction

中国地质调查局项目(GZH200900504-217-3)；国家科技攻关项目(2016ZX05027-002-005)资助 Supported by the China Geological Survey Program(GZH200900504-217-3); the National Program for Science and Technology Development(2016ZX05027-002-005)

2015-08-24；

2015-11-16

周海廷(1986-)，男，博士生。Email: zhouhaiting8@163.com

** 通讯作者：E-mail：xdjiang@ouc.edu.cn

P642

A

1672-5174(2017)03-080-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20150298

周海廷, 姜效典, 李德勇, 等. 西湖凹陷平湖斜坡带花港组异常压力预测[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2017, 47(3): 80-86.

ZHOU Hai-Ting, JIANG Xiao-Dian, LI De-Yong, et al. Abnormal pressure prediction of Huagang formation in Pinghu slope, Xihu Sag[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(3): 80-86.