基于颗粒应力的深层超压预测方法研究:以准噶尔盆地腹部地区为例

异常地层压力预测是油气勘探和钻井工程关注的热点问题。对于勘探程度低、探井稀少的地区,压力分布特征的不明确制约油气勘探进展和钻井高效实施,因此,地层压力预测精度有待提高。在地层孔隙静力平衡原理的指导下,以准噶尔盆地腹部实际地质资料和压力测试数据为基础,建立了基于颗粒应力的地层压力预测模型。研究表明,(1)经典压力预测模型存在缺陷,特察模型并非静力平衡方程,有效应力不是骨架真正承担的力;(2)采用孔隙型介质颗粒应力参数建立了孔隙静力平衡方程,通过研究区深层侏罗系已钻井超压预测对比,发现基于颗粒应力的压力预测方法精度有所提高;(3)压力预测模型仅考虑了内动力因素即沉积增压,超压成因补偿不可忽视。研究区发现准南构造挤压应力向盆地内部传递,形成了规律性分布的超压分量,附加地应力的补偿是提高超压预测精度的有效途径。     

地震压力系数预测在深层天然气勘探中的应用

地层孔隙压力是油气层能量的反映,是油气在储层流动的动力,准确预测地层压力对油气勘探开发尤其是深层天然气有着十分重要的意义。针对歧口凹陷异常超压发育普遍,但空间分布规律井网无法预测的问题,利用地震资料结合测井、地质信息进行压力系数预测,主要分为3个步骤:(1)从多井泥岩段测井曲线出发,利用多项式拟合出正常压实层速度;(2)结合本地区地质认识建立地质框架并进行井约束地震反演,获取准确层速度体;(3)利用衍生Fillippone法计算地层的压力系数。歧北斜坡的滚动勘探证实,压力系数预测结果具有误差小、准确度高的特点,为深层天然气勘探提供有力依据。     

准噶尔盆地腹部侏罗系超压特征和测井响应以及成因

准噶尔盆地腹部地区深层钻井揭示侏罗系发育异常高压系统.根据26口井的67个钻杆测试(DST) 和电缆测试(MDT) 数据, 实测砂岩异常高压揭示深度约在4470~6160m, 剩余压力约为11~57MPa, 压力系数为1.24~2.07, 砂岩段超压实测值主要分布在侏罗系, 少数出现在白垩系底部与侏罗系邻近地层, 1个超压实测值位于下三叠统, 实测超压砂岩样品的孔隙度和渗透率范围分别为3.20%~16.00%和0.02×10-3~14.40×10-3μm2;根据钻井、测井和测试资料的综合解释, 埋深在4430~6650m的深部侏罗系流体超压带, 钻井泥浆密度明显增加, 泥页岩和砂岩共同具有相对于正常趋势的异常高声波时差和低视电阻率测井响应特征; 超压系统顶界埋深可能不浅于4400m (地温约104℃), 有些钻井超压顶界可深达约6000m (地温约140℃), 且超压带顶界深度随侏罗系埋深的增加而增大; 钻井揭示的侏罗系超压带烃源岩镜质体反射率(R_o, %) 约为0.7%~1.3%, 超压带分布深度受控于侏罗系成熟烃源岩层的埋深且两者深度分布的变化具有相关性; 研究认为腹部地区已被充分压实的侏罗系异常高压成因主要与其含煤岩系干酪根热演化及油气共生有关, 即生烃增压; 物理模拟实验表明, 由于高孔隙流体压力可导致岩石骨架颗粒间有效应力的减小, 从而直接引起通过岩石的声波速度降低, 即出现高声波时差响应; 在超压地层温度条件下, 高压液态水的电离常数可能明显增加, 从而减小地层电阻率, 进一步开展此种现象的相关探索性研究可望对超压带低电阻率异常的原因给出新的解释.      

东营凹陷牛庄洼陷超压特征及预测模型

牛庄洼陷是东营凹陷的一个典型超压单元,明确超压分布特征需要研究泥岩超压的预测模型.基于测井和钻杆测试(DST)资料,分析了牛庄洼陷现今压力特征和3口典型井泥岩超压段的测井响应特征.分析表明,牛庄洼陷超压主要发育在2 100 m以下的沙河街组第三段和第四段,超压泥岩段的测井响应特征呈现多样化,主要表现在视电阻率测井响应的不唯一性,这种不唯一性可能主要与特殊岩性如油页岩等有关.采用Eaton公式利用泥岩声波时差换算出泥岩压力,建立了泥岩计算压力与储层实测压力之间的关系模型,即泥岩超压预测模型,通过超压砂、泥岩声波时差异常幅值的对比分析了该预测模型的可靠性,并开展了误差分析.研究认为,利用泥岩声波测井资料,通过该模型能够预测牛庄洼陷泥岩超压层空间分布的大致轮廓.     

定量化岩石物理分析技术在莫索湾地区处理解释中地应用

在油气勘探新区开展地震岩石物理研究,制约的因素之一是缺乏各类岩石物理基础资料。利用莫索湾地区侏罗系三工河组储层沉积环境变化不大的有利条件,首先在莫索湾油气田开发区,开展测井环境校正和归一化,横波预测,敏感弹性参数优选以及岩石物理量板制作等定量化岩石物理分析,随后将开发区定量化岩石物理分析成果在莫10井区探区进行研究和应用,为莫10井区三维叠前地震保幅处理质量控制,储层叠前地震反演和油气检测研究提供了依据。     

准噶尔盆地腹部侏罗系地层超压成因机制——以东道海子北凹陷为例

准噶尔盆地腹部地区侏罗系地层超压普遍发育,超压层段与声波时差、电阻率两者之间具有较好的响应关系,尤以电阻率响应最为显著,超压层段声波时差表现为异常高值,电阻率为异常低值的特征。利用准噶尔盆地腹部地区大量测井、测试及相关地质资料综合论述超压成因,指出泥岩和砂岩中发育的超压并非由压实不均衡、构造挤压等作用导致,而主要由生烃作用造成的。研究表明有以下几方面主要证据：1）超压泥岩密度不具有异常低值特征;2）超压段泥岩密度与岩石颗粒垂直有效应力之间不存在线性关系;3）超压砂岩不存在异常高地温梯度现象;4）超压顶界面深度范围为3 800～4 300 m,侏罗系烃源岩现今成熟度（Ro%）范围为0.6%～0.9%,温度范围分布在90 ℃～125 ℃;5）超压层段的侏罗系烃源岩现今生烃转化率最高可达70%,现今平均生油率可达90 mg/g·TOC,仍具有较强的生烃能力;6）泥质烃源岩本身对超压具有很好的封闭作用;7）侏罗系烃源岩内发育大量低角度或高角度微裂缝;8）超压储层主要以油层为主,无水层,准噶尔盆地东道海子北凹陷砂岩中超压主要是通过烃源岩中排出的高压流体运移至储层发生超压传递的结果。     

准噶尔盆地阜康凹陷侏罗系超压成因、垂向传导及油气成藏

沉积盆地中超压广受关注,但对超压传导规律认识的不足制约了高压领域的油气勘探.以准噶尔盆地阜康凹陷侏罗系为例,通过超压类型地质综合判识、关键超压表征参数的理论计算及流体包裹体压力恢复,首次认识到了垂向传导对于储集层超压的重要贡献,结合压力垂向传导机制及过程,探讨了油气藏的运聚及泄露意义.研究结果表明,侏罗系超压由4类超压环境中7种致压因素引起,经历2期大规模压力跨层垂向传导,储集层段发育以垂向传导为主因的复合超压,形成3类不同动力特征的油气藏.压力垂向传导是储集层超压的主要成因机制,断-盖的力学性质、差应力及流体压力等3类因素控制压力垂向传导,传导背景下,形成3类与传导作用有关的油气藏:受断层垂向传导控制的超压油藏、受连通砂体侧向传导控制的超压油藏以及超压界面上的常压油藏,上述3类油气藏的运聚及泄露特征差异较大.      

济阳坳陷车西地区地层超压的展布特征及成因机制分析

通过研究区剩余压力的纵向和平面展布特征分析,认为车西地区深层普遍存在超压现象,纵向上超压一般出现在2000多米深处,往下开始时剩余压力与深度呈线性关系,随着深度增大,剩余压力值波动较大;在平面分布上,剩余压力等值线呈北东向延伸,与埕南断裂走向基本相同,超压的空间分布与生油洼陷基本一致。结合区域沉积-构造演化对超压的成因进行了分析,认为车西地区超压的形成与区域构造演化中强烈断陷阶段(T6-T2)关系最密切,进入强烈断陷阶段后,车西地区快速沉降,引起地层不均衡压实和有机质生烃作用,是深层超压形成的主要因素。     

基于多孔介质弹性理论的碳酸盐岩地层超压预测

碳酸盐岩地层超压预测目前仍然是国内外研究的难点问题。碎屑岩超压预测方法均是建立在明显的超压测井、地震宏观响应规律基础上的经验关系,这些经验性方法不适用于因岩性致密使得超压地球物理响应微弱的碳酸盐岩地层。通过碳酸盐岩样品超压岩石物理模拟实验,分析了在应力-孔隙压力共同作用下岩石中声波速度、弹性参数的变化规律;基于多孔介质弹性理论和广义胡克定律推导并建立了表征孔隙压力与岩石弹性参数定量关系的理论模型,即多孔介质弹性理论的超压预测量化模型。以川东北地区典型碳酸盐岩超压钻井为例,开展了碳酸盐岩地层超压预测应用研究:针对碳酸盐岩地层选择油气水测井综合解释模型获取岩石物性参数;利用Voigt-Reuss-Hill平均模量模型计算岩石基质体积模量,利用Wood模型和Patchy模型计算孔隙流体体积模量,利用BISQ模型计算岩石骨架体积模量,然后通过多孔介质弹性理论量化模型预测超压。预测结果显示预测压力与钻杆实测压力(DST)吻合较好,与泥浆密度换算压力和随钻监测压力变化趋势相近,表明这种基于多孔介质弹性理论的超压预测量化模型是一种解决碳酸盐岩地层超压预测的新途径。     

莺歌海盆地乐东区深层异常高压成因机制及预测研究

乐东区深层地层压力结构复杂,实测的地层压力数据表明：不同深度、不同层位地层孔隙压力差异较大,尤其是黄流组地层孔隙压力横向跨度大,黄流组顶部地层孔隙压力有降低回头特征,到底部地层压力系数又开始快速抬升至2.3,存在明显压力突变现象。单纯利用欠压实模式开展压力预测误差大,极易引发工程事故。为了解决地层压力预测面临的问题,须明确超压成因机制。利用垂直有效应力—测井响应交会图版可有效辨别超压形成机制,乐东区深层超压成因机制主要为机械不均衡压实、化学压实作用、断裂垂向传递、生烃增压,在明确超压成因机制前提下建立合理的压力预测方法,提高预测精度,以保证钻井工程的顺利实施。     

东营凹陷不同超压成因的有效应力特征

利用实测流体压力(DST)测试结果,结合声波和密度测井资料,对超压段所识别的不均衡压实作用和生烃作用两种超压成因机制下的实测压力和有效应力随深度的变化特征进行了分析,结果表明:①两种不同成因机制下的实测压力和有效应力特征具有明显的差异性,不均衡压实作用在压实过程中导致流体排出受阻,地层流体承担上覆岩层压力形成超压,表现为阻止了地层有效应力增大,因此其实测压力增大段和静岩压力增大趋势大体一致,而有效应力随深度基本保持不变;生油作用在地层正常压实之后形成超压,发育程度不受上覆岩层压力的影响,因此超压的增大在深度上与上覆岩层压力增大不具有一致性,且超压对有效应力的影响要小于不均衡压实作用;②这两种不同的超压成因使得有效应力的变化随着声波速度而出现加载和卸载两种趋势,从而可以用来判断超压成因,利用实测资料计算的有效应力结果说明东营凹陷超压成因机制包括不均衡压实作用和生油作用,但不均衡压实作用形成超压的范围和规模较小,生油作用对深部大规模超压和强超压的形成至关重要.     

准噶尔盆地南缘下组合现今温压场特征及其控制因素

准噶尔盆地南缘下组合储层是近年来油气勘探的热点,目前南缘下组合储层多处于高温高压条件,但是温压发育特征及成因机理尚不明确。本文基于大量油田钻井实测温度和压力数据,对该区现今地温梯度及温度、压力分布特征进行了系统研究,探讨了温压场分布的控制因素。研究表明,准噶尔盆地南缘地区现今地温梯度普遍在13.2℃/km~23.7℃/km之间,平均为18.2℃/km,地温梯度高值分布于齐古断褶带中部和阜康断裂带西部。大地热流介于26.4 mW/m²~46.0 mW/m2,平均值为36.1 mW/m²,属于准噶尔盆地内地温梯度及热流较低的地区,这主要受到盆地基底格局的控制。南缘西段卡因迪克地区压力系数以常压为主,位于四棵树凹陷的高探1井、独山1井和西湖1井下组合地层在6000 m左右开始发育强超压。南缘东段下组合层系均发育弱超压或强超压,自西向东压力系数逐渐增高。根据声波时差—有效应力关系反映南缘地区下组合地层除不均衡压实作用外,还存在横向构造挤压及有机质生烃的超压机制,喜马拉雅期较强的横向构造挤压是盆地南缘下组合发育异常高压的重要因素之一,有机质生烃是西山窑组—三工河组超压层形成的主要原因。     

塔里木盆地顺托果勒地区奥陶系碳酸盐岩超压差异分布研究

随着塔里木盆地深层勘探领域的不断突破，顺托果勒地区超深层碳酸盐岩层系发现了一系列与走滑断裂有关的异常高压油气藏，但其超压成因和分布规律却少有讨论。相较于伸展盆地与挤压型前陆盆地体系，克拉通内走滑断裂与地层压力关系的研究相对较少，同时碳酸盐岩储层强烈的非均质性也进一步加剧了超压分布的复杂性。本次研究根据钻井测试与生产动态资料，分析了顺托果勒地区压力分布特征与超压储层特征；结合流体包裹体恢复的古压力、天然气地球化学特征与断裂活动期次讨论了顺托果勒地区不同二级构造单元间异常压力的成因机制差异。结果表明，顺北缓坡和顺托低凸起地层超压为天然气充注与构造增压作用产生，而顺南缓坡地层超压主要受原油裂解生气影响。天然气的生成与断裂活动特征决定了顺南地区整体超压、顺北与顺托地区局部超压的分布格局，走滑断控储层的发育模式使得顺托果勒地区中下奥陶统储层压力系统呈现分割状发育特征。     

准噶尔盆地玛湖-盆1井西复合含油气系统侏罗系地下水动力场的形成与演化

油气运移、聚集与地下水动力场的形成和演化密切相关,随着盆地的形成与演化,地下水动力场也有形成、发展和消亡的过程。准噶尔盆地玛湖—盆1井西复合含油气系统侏罗系现今地下水动力场具有不对称性:西北缘和陆梁隆起以北地区发育向心流,凹陷内地下水动力表现为滞流,仅在莫索湾凸起及其以南地区发育弱离心流。研究区侏罗系地下水化学分布表明在盆1井西地区曾发育离心流,结合盆地沉积演化分析,研究区侏罗系地下水出现滞流的时间应该在古近纪。     

柴达木盆地东坪地区侏罗系分布及基岩岩性预测

柴达木盆地东坪地区东坪1井天然气的发现揭开了柴达木盆地基岩天然气藏勘探的序幕。勘探和研究认为,东坪地区基岩气藏以侏罗系烃源岩为气源,纵向上通过断裂、裂缝系统迁移,横向上通过不整合面、优质砂体运移,在花岗岩和片麻岩基岩中聚集成藏。因此,侏罗系分布和基底岩性预测是该区基岩气藏勘探的关键问题。通过CEMP勘探结合重磁资料研究,明确了侏罗系的分布,预测了东坪—冷湖地区基岩分布及特征,与钻井吻合良好,对东坪—冷湖地区的基岩气藏勘探具有指导意义。     

准噶尔盆地腹部超压地层烃源岩热演化史研究

以往的研究认为准噶尔盆地腹部二叠系烃源岩成熟生烃时期较早,与油气晚期成藏的认识不一致。因此,本文通过盆地热历史恢复和超压对烃源岩抑制作用的详细分析,重新厘定了准噶尔盆地腹部主要烃源岩的成熟度演化史。结果表明,因二叠纪盆地构造热体制的转变,准噶尔盆地中二叠世-早侏罗世经历了快速降温的过程,超压全面抑制了准噶尔盆地腹部主要烃源岩的热演化过程,且抑制程度随压力系数增大而增大,当压力系数达到最大值后抑制程度也达到极限（Ro偏低0.6%左右）,利用与压力系数相关联的超压因子调节 Easy% Ro模型中的化学反应频率因子能够有效地反映Ro值受抑制的特征,采用改进模型模拟的烃源岩成熟度演化史表明,盆1井西凹陷和沙湾凹陷中-上二叠统烃源岩主要生油期为白垩纪,侏罗系八道湾组烃源岩目前仍处于生油高峰期,明显滞后于传统生烃模式的预测结果,为深源油气晚期快速成藏提供了有利的烃源条件。     

库车坳陷东部地层压力特征与油气成藏

库车坳陷东部气藏既有常压气藏,也有超压气藏,对气藏实测压力特征进行了系统分析,探讨了地层压力与油气成藏之间的关系。结果表明,库车坳陷东部地层压力在结构上划分为膏盐岩封闭层压力结构和泥岩封闭层压力结构,压力分布在22.8~107.5 MPa之间,压力系数分布在1.16~2.29之间,常压和超压并存,且以超压占优势。纵向上,浅部一般为常压,深部一般为超压;平面上,压力和压力系数均由南向北表现出逐渐降低的趋势。在源-储压差作用下,深部超压流体对浅部的储层发生强充注。气藏压力反映出各气藏保存条件存在差异,迪那地区地层保存条件最好,依南2井次之,依深4井最差。根据地层压力和油气藏剖面特征,库车坳陷东部存在远源封闭型强超压成藏、近源半封闭型超压成藏和远源封闭型常压成藏3种油气成藏模式。     

四川盆地新场气田侏罗系气藏形成机理

通过对新场侏罗系天然气藏天然气组分特征,超压形成机制,储盖层物性综合分析,结合成藏地质环境,提出了以烃源岩生成增压动力,形成天然气自下而上幕式运移,指出燕山期隆起带国天然气侧向运移富集区,认为具有较高突破压力的泥质岩层可阻滞天然气向上渗流,使天然气聚集成藏。在长期深埋过程中,侏罗系储集层普遍致密化,喜马拉雅构造运动虽改变了前期的造样式,而天然气并未因此发生再运移,故形成了远离烃源岩的侏罗系多产层构     

渤海湾盆地车镇凹陷地层超压特征与油气赋存关系

渤海湾盆地车镇凹陷超压发育广泛,基于钻井实测(DST)资料和测井资料,对车镇凹陷地层超压特征及超压与油气的赋存关系进行了分析。研究结果表明,始新统沙河街组三段和四段地层发育异常高压,异常压力主要出现在埋深2 100m以下地层中,最大压力系数达到1.78。车镇凹陷泥岩声波时差对地层超压有较好的响应关系,在超压层段,声波时差明显偏离正常压实趋势,具有较高的声波时差值,通过典型单井泥岩声波时差确定了正常声波时差趋势线,并建立了地层压力预测模型,综合主要超压区域单井预测压力,分析了超压顶界面主要在2 100~3 200m之间,发育单超压系统。剖面上压力体分布特征表明,压力体形成以洼陷深部位为中心向周围逐渐递减的压力结构。超压对油气运移和赋存起着控制作用,套尔河洼陷油藏主要分布在压力系数为1.6的压力体外围;车西洼陷油藏主要分布在压力系数为1.4的压力体外围。     

库车前陆冲断带盐下深层压力特征及其油气勘探意义

库车前陆冲断带盐下深层气藏埋深大, 普遍发育超压。通过收集大量盐下深层压力实测数据, 开展压力分布规律研究, 揭示其与气藏的形成及分布之间的联系。结果表明, 库车前陆冲断带盐下深层压力分布为85~127 MPa, 压力系数分布为1.5~1.9, 为超压特征。平面上, 地层压力和压力系数分布表现为南北分带、东西分段的特征。侏罗系烃源岩距白垩系巴什基奇克组砂岩顶部为1 500~4 000 m之间, 平均为3 000 m, 源储压差在70 MPa以上, 超压流体为天然气强充注成藏提供动力条件, 是形成高效气藏的必要条件。平面上, 盐下深层大气藏(田)的分布与超压分布区叠置;纵向上, 气藏群位于超压集中发育的封闭楔形冲断体内, 成排成带分布。