基于测井资料的地层压力预测方法研究进展_孙建孟.pdf

测 井 技 术WELL LOGGING TECHNOLOGYVol.47 No.2 Apr 2023第47卷 第2期 2023年4月文章编号：1004-1338（2023）02-0119-10基于测井资料的地层压力预测方法研究进展孙建孟1，张颖1，王跃祥2，吴燕辉3，陈洪涛3（1.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610041；3.中国石油集团测井有限公司大庆分公司，黑龙江 大庆 163412）摘要：随着油气勘探开发的进步，越来越多异常压力盆地被发现，地层压力的准确预测可以保障钻井安全并且提高钻井成功率，防止钻井事故发生。首先对异常低压和异常高压成因进行系统分析，然后对基于测井资料的常用地层压力预测方法进行了原理阐述和适用性分析，包括常用的依赖于正常压实趋势线方法、基于有效应力定理方法、基于泥岩预测方法、随钻地层压力预测方法及其他地层压力预测方法，以期为地层压力预测方法的选择提供基础。研究分析认为在进行地层压力预测时，需要对该地区的地层压力情况进行分析，考虑地层压力预测方法的局限性和不足，根据实测地层压力的特征及分布，利用已有的测井资料与实测资料选取多种方法进行比较分析，得到合适的地层压力预测方法。当地层岩石性质单一且地层为常压时，基于正常压实趋势线方法更适用且精度高；当地层压力异常或岩石性质复杂、多压力系统共存且压力不连续时，应选取多种预测方法，利用地层压力影响因素对地层压力进行分类预测，得到精度高且具有推广性的地层压力预测方法。关键词：综述；异常压力；成因机理；地层压力；预测方法；声波时差中图分类号：P631.84 文献标识码：ADoi：10.16489/j.issn.1004-1338.2023.02.001Research Progress in Formation Pressure Prediction Methods Based on Logging DataSUN Jianmeng1,ZHANG Ying1,WANG Yuexiang2,WU Yanhui3,CHEN Hongtao3(1.School of Geoscience,China University of Petroleum(East China),Qingdao,Shandong 266580;2.Exploration and Development Research Institute,PetroChina Southwest Oil&Gas Field Company,Chengdu,Sichuan 610041;3.Daqing Branch,China National Logging Corporation,Daqing,Heilongjiang 163412)Abstract:With the progress of oil and gas exploration and development,more and more abnormal pressure basins have been discovered.Accurate prediction of formation pressure can ensure drilling safety,improve drilling success rate,and prevent drilling accidents.Firstly,the causes of abnormal low pressure and abnormal high pressure are systematically analyzed.Then,the principles of commonly used formation pressure prediction methods based on logging data are elaborated and their applicability is analyzed,including commonly used methods that rely on normal compaction trend lines,methods based on effective stress theorem,methods based on mudstone prediction,while drilling formation pressure prediction methods,and other formation pressure prediction methods.It Provides a basis for selecting prediction methods of formation pressure.According to the research and analysis,it is necessary to analyze the formation pressure in the study area when the formation pressure prediction is carried out.Considering the limitations and shortcomings of the formation pressure prediction method,a variety of methods are selected for comparison and analysis based on the characteristics and distribution of the measured formation pressure using the logging data and the measured data,and the appropriate formation pressure prediction method is selected.When the rock properties of the local layer are single and the formation is under normal pressure,the method based on normal compaction trend line is more suitable and has high accuracy.When the local formation pressure is abnormal or the rock properties are complex,multiple pressure systems coexist,and the pressure is discontinuous,multiple prediction methods should be selected to predict the formation pressure for comparison.The factors affecting the formation pressure should be used to classify and predict the formation pressure,in order to obtain high-precision and generalizable methods for predicting formation pressure.Keywords:overview;abnormal pressure;genetic mechanism;formation pressure;prediction method;interval transit time基金项目：国家自然科学基金“深部低阻砂岩气藏渗流与导电机理模拟分析研究”（42174143）第一作者：孙建孟，男，1964 年生，博士生导师，从事测井资料数字处理与解释的教学与研究工作。E-mail：sunjmupc.edu.cu通信作者：张颖，女，1997 年生，硕士研究生，从事测井解释研究。E-mail：2023年测 井 技 术120 0 引 言地层压力是地层孔隙流体承受的来自上覆载荷的压力1，近年来勘探开发中异常压力带多为异常高压带2，地层压力的准确预测可以有效保障钻井过程安全，防止发生井漏、井喷等钻井事故3。地层压力异常是油气勘探中的一种普遍现象，分为异常高压和异常低压4，异常高压在测井曲线上的响应为高孔隙度、低密度、低声速、低电阻率等5，而异常低压在测井曲线上表现为密度、电阻率增大，声波时差减小 6。利用测井信息准确预测地层压力越来越重要7，考虑到井眼和地层影响，通常利用声波时差曲线进行地层压力预测8。地层压力预测方法有基于沉积压实理论建立正常压实趋势线的Eaton法9、等效深度法10；基于有效应力定理的有效应力法，包括Bowers法11、Miller法12、Tau法13、Zhang法14；基于影响因素的多元拟合法等15-16。目前地层压力预测已经涉及到了多种岩性，包括泥岩、页岩、砂泥岩、碳酸盐岩、火成岩及变质岩等，传统正常压实趋势线方法更适用于岩性简单且压力系统稳定的地层，岩性复杂且压力系统复杂的地层需要结合实测资料比较得出适用的地层压力预测方法 17。本文针对异常压力成因进行分析并对常用地层压力预测方法原理进行说明，分析各个方法的适用性，以期为地层压力预测方法的选择提供基础。1 异常压力成因与测井响应分析1.1 异常高压1.1.1 成因目前全球勘探开发中发现盆地多为异常高压盆地，关于异常高压成因机理、成岩及成藏分析都取得了进展17-19，异常高压成因往往与多种因素有关。（1）欠压实。地层压力平衡时，上覆岩石压力全由岩石骨架承担。随着上覆岩石压力增加，当流体排出速度和上覆荷载的增加速度相同时，地层处于正常地层压力；当渗透性较低的储层在上覆岩石负荷下孔隙水无法顺利排出时，会导致地层处于欠压实状态，欠压实往往发育异常高压20。前人在异常高压与欠压实关系上研究成果较多21，利用声波时差曲线在欠压实带的敏感性特征可以有效识别欠压实带，反映高孔隙度特征。欠压实一般发生在厚层泥岩中，也发生在砂泥岩地层中。（2）温度。在地层沉积过程中温度对地层压力的影响表现为水热增压22。Shi等23、Luo等24通过孔隙水流方程发现水热增压作用对异常高压的贡献小于不均衡压实作用的贡献。由于流体具有热胀冷缩的性质，当地层处于封闭状态下，随埋深温度升高，岩石中水和油气就会发生膨胀，导致地层压力增加形成异常高压25。（3）蒙脱石脱水。在地层温度不断升高的过程中，黏土矿物中蒙脱石达到脱水门限后会脱水，并形成大量层间水和吸附水，层间水会有部分甚至全部成为孔隙水。当地层处于封闭条件，脱出的水无法排出使地层压力增大，形成异常高压26。（4）有机质生烃和渗析作用。在成藏过程中，干酪根成熟后会释放大量油气产生多余孔隙流体，当地层处于欠压实带中，流体排出会受到阻碍，导致地层压力增大，形成异常高压27。当地层流体浓度有一定差异时，储层中流体会在渗析作用下发生迁移，在地层封闭条件下产生异常高压26。（5）硫酸盐的成岩作用。当地层处于封闭条件下，碳酸盐地层中石膏转换为无水石膏时析出大量水，孔隙流体体积发生膨胀会促进异常高压形成28。1.1.2 测井响应特征由于异常高压地层的压力大于正常地层压力，颗粒间有效应力减小。与正常地层相比，异常高压地层会出现如下测井响应特征：孔隙度增大，密度、自然伽马、电阻率减小，声波时差、中子孔隙度增大6。当异常高压地层岩石颗粒没被黏土矿物胶结时，地层压力对测井声波时差影响明显，随着泥质含量增大，地层压力梯度与测井声波时差相关性增强；当岩石颗粒被黏土矿物胶结时，地层压力与测井声波时差没有明确关系29。在碎屑岩层系中，异常高压往往在泥页岩中发育，深部富含有机质的泥页岩是产生异常高压的源岩30。1.2