平衡深度法恢復鄂爾多斯盆地延長組過剩壓力探討

齊亞林，惠 瀟，梁 艷，周軍太，劉 鑫，孫 勃

（1．中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院，陜西西安710018；2．低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室；3．中國石油長慶油田分公司勘探部）

1 研究背景

地層孔隙流體壓力對油氣勘探與開發具有重要意義，確定地層孔隙流體壓力有鉆前預測、隨鉆監測、測井檢測和實測壓力等4種方法［1］。測井資料因易收集且分辨率高，以其為基礎的平衡深度法已經成為研究泥巖壓實規律并定量確定地質歷史時期地層孔隙流體壓力的主要方法和手段［1－4］。基于此方法，利用密度、中子孔隙度特別是聲波時差計算地層古孔隙流體壓力甚至現今孔隙流體壓力已成為廣泛采用的地層孔隙流體壓力確定方法，并用于成藏動力學研究或指導鉆井施工［5－9］。

利用聲波時差數據進行地層古孔隙流體壓力恢復的假設是泥巖地層沉積中的欠壓實引起異常高壓并導致殘余粒間孔或孔隙度增大。殘余粒間孔代表泥巖抗壓實能力，尚未見到應用該方法前明確其聲波時差偏離正常壓實趨勢線是因異常高殘余粒間孔引起的報道。泥巖屬非常規儲層，國內尚未建立泥巖孔隙度測試標準，實試孔隙度數據極少且精度較低；目前鮮有實測值證實欠壓實段泥巖殘余粒間孔或孔隙度較正常壓實段泥巖殘余粒間孔或孔隙度大，恢復地層古孔隙流體壓力的聲波時差與殘余粒間孔或孔隙度的關系尚無法得到實驗數據的驗證［1］。

近年來，針對鄂爾多斯盆地延長組非常規儲層陸續開展了核磁共振測井和孔喉微觀特征的試驗和研究，從而對包括延長組長7段泥巖在內的非常規儲層孔隙結構特征認識進一步深入。本文在借鑒前人有關延長組長7段泥巖孔隙微觀結構研究成果的基礎上，應用核磁共振測井孔隙結構評價技術，結合巖相學觀察，對欠壓實段泥巖孔隙微觀結構和孔隙度特征進行分析，探討平衡深度法恢復鄂爾多斯盆地延長組地層異常壓力的適用性。

2 平衡深度法原理

平衡深度法原理是如果目標層某一點（B）與正常壓實地層深度上一點（A）的聲波時差接近，那么地層被壓實的程度就接近，地層骨架承擔的力接近，即該兩點深度等效，兩個深度點間的地層重荷由地層流體承擔，因而引起地層高壓［3，10－14］。據此利用聲波時差代替孔隙度來間接地研究泥巖地層異常孔隙流體壓力，其大小取決于聲波時差偏離正常壓實趨勢線的程度，偏離程度越大，異常地層孔隙流體壓力越大，反之則越小［11－14］。在泥巖欠壓實段中，計算異常壓力采用Magara提出的計算地層異常孔隙流體壓力計算公式［14］。

平衡深度法計算地層孔隙流體壓力要服從以下假設：①異常高壓是泥巖欠壓實引起；泥巖欠壓實形成異常高原生粒間孔或孔隙度；②有效應力是影響泥巖原生粒間孔或孔隙度演化的唯一因素；③泥巖埋藏深度與孔隙度（實際上是用聲波時差數據估算的）存在確定的關系，壓實趨勢線為線性、半對數或函數關系；④不同深度、層位的泥巖具相同的巖石物理性質；⑤成巖后泥巖原生粒間孔或孔隙度不再減小，由壓實趨勢線求取的異常壓力形成于地層最大埋深期［1－4，9］。

3 泥巖孔隙結構特征及變化規律

鄂爾多斯盆地延長組地層孔隙流體壓力計算是基于測井曲線特別是聲波時差曲線在長7泥巖段存在偏離正常壓實趨勢線的現象，泥巖處于欠壓實狀態，具有異常過剩壓力和高于正常泥巖壓實段孔隙度［5－7］。長7段泥巖一般為深灰色、黑色和深黑色的粉砂質泥巖、泥巖和油頁巖，局部夾雜色凝灰巖。薄片觀察顯示，粉砂質泥巖和泥巖碎屑成分以石英、長石、云母及白云巖屑為主，有機質紋層發育，有機質含量0．36%～13．89%。油頁巖的碎屑成分主要由石英、長石、碳酸鹽、黏土和黃鐵礦等組成，有機質含量2．14%～29．43%（表1）。長7段不同類型泥巖普遍含數量不等的有機質，其含量與巖性密切相關，粒度越細，有機質含量越高。

表1 延長組長7不同泥巖類型有機質含量 %

本次研究按照異常壓力計算的泥巖聲波時差標準（無明顯擴徑，厚度大于2 m），選擇延長組長7段泥巖作為研究對象。結果表明，長7底部泥巖普遍具有偏離正常壓實趨勢線的特點。此前研究均認為上述聲波時差的偏離是由異常壓力引起異常高的孔隙度造成的［5－7］。然而，聲波時差反映的泥巖從正常壓實段至欠壓實段孔隙變化趨勢與核磁共振測量反映的孔隙度變化趨勢不一致（圖1），聲波時差偏離正常壓實趨勢線可能并不是異常高的原生粒間孔或孔隙度引起的。

近年來，隨著致密油研究工作的開展，越來越多的學者開始關注包括泥巖在內的非常規儲層并對其微觀孔隙結構特征進行研究［15－16］，朱如凱研究了包括鄂爾多斯盆地延長組長7段在內的陸相泥巖儲層的微觀結構，確認其孔隙類型主要為有機質孔和基質孔，孔隙大小介于30～200 nm［16］；耳闖統計了長7段泥巖物性，孔隙度分布在3．21%～5．63%，平均4．24%［17］；其它盆地也有類似特征。顯微薄片觀察表明，欠壓實段泥巖中除偶爾能夠觀察到機質孔和微裂隙外，由于泥質或有機質等抗壓實能力弱的成分含量高，粒間孔極不發育，無法觀察到有效孔隙，不存在正常壓實段泥巖（圖2a－c）原生粒間孔低于欠壓實段泥巖（圖2d－h）原生粒間孔現象，聲波時差反映的泥巖欠壓實段不表現異常高原生粒間孔或孔隙度。

4 討論

延長組長7段泥巖聲波時差偏離正常壓實趨勢線并不反映原生粒間孔或孔隙度異常偏大，也不反映地質歷史時期泥巖地層孔隙流體壓力異常偏大。延長組長7段泥巖僅具極其細微的次生溶孔，難以觀察到明顯的粒間孔，聲波時差與孔隙度關系并不密切。泥巖的初始孔隙度受控于泥巖中黏土顆粒大小、黏土礦物和沉積速度，壓實、膠結等后續成巖作用對孔隙度產生進一步影響［15］。相關分析表明，泥巖的密度、聲波時差均與有機質含量正相關，有機質含量的增加不同程度引起聲波時差的增大，聲波時差異常主要是由有機質含量的變化引起的，與原生粒間孔或孔隙度關系并不密切（圖3、圖4）。泥巖聲波時差不僅受沉積、成巖作用的影響［15］，也受有機質含量的影響。聲波時差不能反映現今的泥巖原生粒間孔或孔隙度，不能利用平衡深度法采用聲波時差數據進行異常壓力計算。

圖3 密度－有機質含量關系

圖4 聲波時差－有機質含量關系

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