渤中凹陷东营组超压层的有机碳含量校正及超压成因分析.pdf

录 井 工 程第34卷第2期渤中凹陷东营组超压层的有机碳含量校正及超压成因分析杨 毅郭东明程乐利袁胜斌陈恭洋印森林（中法渤海地质服务有限公司；长江大学录井技术与工程研究院）基金项目：中法渤海地质服务有限公司项目“地层压力预监测系统的研制与开发”（编号：CFGTGTI2019009）杨毅工程师，1979年生，2002年毕业于中国石油大学（北京）地质工程专业，现在中法渤海地质服务有限公司技术发展研究院从事解释与研究工作。通信地址：300457 天津市经济技术开发区信环西路19号天河科技园1号楼3层。电话：（022）66915106。Email：0引言地层压力研究贯穿于油气勘探开发的全过程，目前地层压力预监测一般基于 Terzaghi和 Biot的基本理论，在压力计算方面发展了Eaton法和Bowers法等定量模型，但是这些模型都以正确认识超压成因为前摘要渤中凹陷东营组地层普遍发育超压，对其超压地质成因仍有争议。前人通过声波速度与有效应力图板法分析，认为东营组超压以欠压实成因为主，而东营组发育大段泥岩地层，其中的高有机碳含量对于声波时差的影响不容忽视。基于地化录井资料对重点井的声波时差曲线进行了有机碳含量校正，重新分析了东营组超压层特征，并探讨了烃源岩超压成因分类。结果表明：渤中凹陷东营组超压层普遍具有高有机碳含量特征，声波时差经过校正后明显减小，平均降低幅度16.8%，将校正后的资料进行重新投点，表现为流体膨胀特征，这一结论与地层响应特征相符，有助于提高区域地层压力预监测精度，对其他地区烃源岩层系超压成因研究具有借鉴意义。关键词渤中凹陷东营组有机碳含量校正超压特征超压成因中图分类号：TE 132.1文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.16729803.2023.02.017Organic carbon content correction and overpressure genesis analysis for overpressurestrata of Dongying Formation in Bozhong SagYANG Yi，GUO Dongming，CHENG Leli，YUAN Shengbin，CHEN Gongyang，YIN SenlinChina France Bohai Geoservices Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China；Institute of Mud Logging Technology and Engineering，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，ChinaAbstract：The strata of Dongying Formation in Bozhong Sag generally develop overpressure，and the geologic origin of theoverpressure remains controversial.Previous studies have analyzed the overpressure of the Dongying Formation using acousticvelocity and effective stress chart method，and concluded that the genesis of overpressure was mainly undercompaction.Largesections of mudstone strata were developed in Dongying Formation，in which the influence of high organic carbon content oninterval transit time cannot be ignored.Based on geochemical logging data，the organic carbon content was corrected on theinterval transit time curves of key wells，the characteristics of overpressure strata in Dongying Formation were reanalyzed，and the genetic classification of source rock overpressure was discussed.The results showed that the overpressure strata ofDongying Formation in Bozhong Sag generally had the characteristics of high organic carbon content，and the interval transittime decreased obviously after correction，with an average reduction of 16.8%.The drop points of the corrected data showedthe characteristics of fluid expansion.This conclusion is consistent with bed response characteristics，which is helpful toimprove the precision of regional premonitoring of formation pressure，and has reference significance for the research on thegenesis of overpressure of source rock system in other areas.Keywords：BozhongSag，DongyingFormation，organiccarboncontentcorrection，overpressurecharacteristics，genesis of overpressure引用：杨毅，郭东明，程乐利，等.渤中凹陷东营组超压层的有机碳含量校正及超压成因分析J.录井工程，2023，34（2）：103108.YANG Yi，GUO Dongming，CHENG Leli，et al.Organic carbon content correction and overpressure genesis analysis foroverpressure strata of Dongying Formation in Bozhong SagJ.Mud Logging Engineering，2023，34（2）：103108.103录 井 工 程地 质 研 究2023年6月提13。对于超压成因的研究，早期人们认为不均衡压实是超压形成的主要原因，随后生烃膨胀逐渐走入人们的视野，其他成因的超压特别是蒙脱石-伊利石转化作用、构造挤压、压力传递等对超压形成的贡献不断被发现和证实3，进而提出在拉张应力为主的盆地中，超压成因主要有不均衡压实和生烃作用两种，二者发育于不同的成岩阶段和埋深时期。声波速度/时差资料是超压成因分析和量化模型的重要依据，而泥岩声波时差测量值经常受到矿物组成、流体性质和井眼不规则等因素影响，尤其在富有机质层段往往失真，对超压等方面研究造成干扰3。前人针对这一问题开展了相关研究：基于干酪根的岩石等效体积模型，对鄂尔多斯盆地镇泾地区长7段泥岩压实曲线进行了校正，计算孔隙度与实测值较为一致4；对古龙凹陷青一段压实曲线进行研究后发现，有机碳引起的声波时差增量可被有效消除5；利用logR法提取总有机碳含量曲线，对松辽盆地长垣地区青一段声波时差进行校正，在成因分析图板的重新投点结果纠正了欠压实为超压主要成因的认识6。上述研究均证实了高有机碳含量对声波时差曲线具有强烈影响，并可能误导超压成因认识。渤中凹陷古近系东营组至孔店组地层普遍发育超压，围绕这套富烃的超压层已开展了大量研究，东二下亚段-沙河街组的巨厚泥岩可分为上下两个超压段，上部东营组超压段压力系数最高达1.8，下部超压段最高达2.0，是区域优质盖层7。由于厚层泥岩的声波时差曲线在超压层具有明显的负偏8，而密度曲线基本保持不变，部分学者认为东营组下段地层超压以欠压实成因为主911。东营组下段的巨厚泥岩层有机质丰度高，以1-2型为主78，对声波时差数值影响明显，而前人研究未考虑二者关系。本文以渤中凹陷古近系东营组下部厚层泥岩为研究对象，在进行声波时差的有机碳含量校正后，重新探讨了东营组超压成因，对提高研究区内的地层压力监测精度具有现实指导作用，对其他类似的年轻盆地烃源岩层系内幕超压研究也有一定的借鉴意义。1地质概况渤中凹陷位于渤海湾盆地中东部的渤海海域，周缘为渤南、渤东等一系列凸起，凹陷面积达8634 km2，是盆地中东部最大的富烃凹陷。在新生代时期，渤海湾盆地经历了裂陷期、裂后期等完整的裂陷构造演化旋回，至今仍处于裂后热沉降阶段。盆地地层从老至新依次为太古界及中生界基底、古近系和新近系，古近系地层从下至上为孔店组、沙河街组和东营组，东营组可划分为3段，其中东二段进一步细分为上下两亚段。东营组沉积时期，渤中凹陷区域为亚热带湿润气候，整体构造表现为断拗作用背景，发育一套深湖-半深湖、浅湖-滨浅湖沉积物，在东三段和东二段沉积时期沉降速率较大，沉积的优质湖相烃源岩厚度可达500 m以上，东一段沉积时期区域内水深逐渐变浅。2有机碳含量校正2.1有机质对声波时差的影响岩石中分散的固体有机质具有特殊的物理性质，如导电性差、自然放射性强、密度接近于水的密度，声波时差接近550 s/m12，而沉积岩的岩石骨架声波时差仅150200 s/m，因此高有机碳含量将显著增大岩石整体的声波时差测量值4。由于有机质物质组成和岩石本身性质的随机性，二者之间不是简单的线性关系，主要受两方面因素影响：首先是有机质在不同赋存空间的赋存状态不同，如表面与团聚孔隙吸附态、结构边缘孔隙吸附态以及内部层间域吸附态等，其声波时差的异常响应不同；其次是岩石骨架的受力状态不同，在加载型欠压实地层中，泥岩排水不畅，而在卸载型超压地层中岩石骨架应力显著减小。两种情况都将增大地层声波时差测量值。为明确渤中凹陷东营组地层的有机质对声波时差的影响，以BZ 1961井为例分析泥岩点的声波时差和地化录井实测总有机碳含量（TOC）的关系。结果表明，东营组超压层泥岩点的总有机碳含量与声波时差数值有明显的正相关关系，东营组超压层泥岩点的投点结果呈显著的正向线性关系（图1）。图1渤中凹陷BZ 1961井东营组泥岩点总有机碳含量与声波时差关系104第34卷第2期杨毅等：渤中凹陷东营组超压层的有机碳含量校正及超压成因分析2.2校正模型首先将总有机碳含量（TOC）转换为总有机碳体积分数：VKmaTOCom（1）式中：V为总有机碳体积分数，m3/m3；K为总有机碳转换系数，可取1.25；ma、om分别为泥岩骨架和有机碳的密度，前者取值 2.68 g/cm3，后者取值型干酪根密度1.2 g/cm313；TOC为总有机碳含量，%。则含有机碳泥岩的岩石骨架的声波时差可表示为：tfm（1-V）tma+Vtom（2）式中：tfm、tma、tom分别为含有机碳泥岩的岩石骨架的声波时差、无有机碳泥岩的岩石骨架的声波时差和有机碳的声波时差，s/m。地层岩石由孔隙流体和岩石骨架两部分组成，此时地层声波时差可表示为：t（1-）（1-V）tma+Vtom+tf（3）式中：t为地层声波时差，s/m；tf为孔隙流体声波时差，s/m；为孔隙度，%。假设有泥岩层完全不含有机碳，且孔隙度和孔隙流体与烃源岩相同，无有机碳泥岩地层的声波时差可表示为：t0（1-）tma+tf（4）式中：t0为无