一種適用于欠壓實成因的地層孔隙流體壓力預測技術

熊曉軍， 黃 勁， 陳 容, LIAO Yiduo， 袁 野

(1.成都理工大學 油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，成都 610059; 2.Winchester Thurston School, Virginia 22601, U.S.A.)

0 引言

隨著油氣勘探與開發的逐漸深入，油氣藏的地層孔隙流體壓力預測日益引起人們的重視，并逐漸成為當今的一個熱點問題。地層孔隙壓力預測技術自上世紀70年代被成功應用于地震資料的預測研究[1](如等效深度公式法、Eaton方法、比值法、經驗公式法、Fillippone方法等)[2-4]。截至目前為止，現在工業界廣泛使用的孔隙流體壓力預測技術仍是上述方法或其改進方法[2]，僅有幾種探索性新方法[3-4]。遺憾的是，針對現今復雜油氣藏或頁巖氣地層，上述地層孔隙流體預測技術往往難以取得較好地實際應用效果。究其原因：①地層孔隙流體壓力的成因機制多樣化(如欠壓實成因、流體膨脹成因、構造作用成因等)；②地震層速度場的影響因素多(如干擾波、疊加速度場的低分辨率等)；③復雜的地質因素影響(如斷層對油氣藏的地層孔隙流體壓力的破壞作用等)。

筆者僅針對欠壓實成因機制的情況，采用地震層速度數據體進行地層孔隙流體壓力預測。目前，該領域的研究重點在于提高地震層速度場的計算精度，張傳進[5]基于常規傾角校正處理后的疊加速度采用DIX公式計算了地震層速度;王英民[6]基于速度場分層的思路對每一個薄層的速度場使用DIX公式求取地震層速度;周東紅等[7]對目的層段采用疊后波阻抗反演方法計算地震層速度等。筆者擬在前人研究的基礎上，進一步提高地震層速度場的計算，并引入“Fillippone方法+Eaton方法”的組合方法[8]進行三維地層孔隙流體壓力預測，從而有效地提高地層孔隙流體壓力預測的正確性與可靠性。

圖1 組合速度場建場流程與常規建場方法對比Fig.1 Comparison of combined velocity field construction process and conventional construction method(a)組合速度場建場流程；(b)常規方法建場流程

1 方法原理

1.1 高精度地震層速度場方法

為了提高常規的地震層速度場構建方法的計算精度，我們提出了一種改進的適用于地層孔隙流體壓力預測的組合層速度分析方法，該方法的計算流程圖如圖1所示，其主要包含以下3項步驟：

1)針對淺部地層(無測井曲線的地層段)，采用三維約束DIX反演方法[9]使用疊加速度體、層位數據計算淺部地層的地震層速度體,并利用Vsp曲線約束井半徑內速度變化趨勢,對速度進行趨勢擬合校正。

2)針對中深層地層(有測井曲線的地層段)，采用疊后波阻抗反演方法[10]和疊后三維地震數據體、測井數據、層位數據計算中深層地層的地震層速度。

3)沿著研究區的某一淺部地層分界面，將淺部地層與中深層地層的地震層速度體進行拼接處理，得到一個完整的地震層速度體。

本文方法避免常規方法僅使用疊加速度譜簡單插值得出的速度體，充分利用綜合使用了三維地震數據、層位數據和測井數據，其獲得的地震層速度體目的層分辨率更高，且橫向數據相較于疊加速度譜插值計算更可靠。

實踐證明基于疊后波阻抗反演得到的地震層速度場獲得的地震層速度體比常規基于疊加速度的方法具有更高的縱、橫向分辨率。上述計算步驟突出了對測井數據的利用，突出了對基于疊后波阻抗反演得到的地震層速度場的使用。此外，在步驟3中采用沿著某一淺層地層分界面進行2種地震層速度的拼接，其通過判斷速度場的縱向變化規律進行整體地震層速度場構建的質量控制(QC)，能獲得與研究區地質特征一致的地震層速度場。

1.2 組合模型分析方法

王玉柱等[8]提出了一種新的地層孔隙流體壓力預測方法——“Fillippone方法+Eaton方法”的組合模型分析方法，該方法先采用Fillippone方法計算正常壓實情況的地層層速度，再采用Eaton方法計算地層孔隙流體壓力，其克服了常規方法中正常壓實情況下的地層層速度計算的難點問題。

該方法的核心計算公式如下：

1)Fillippone公式。

在水利工程建設中，對工程進行準確有效的造價評估也是極為重要，是工程建設過程中不可或缺的一項。主要是因為工程造價評估觸及的方面較多，容易出現問題，從而造成比較嚴重的后果。因此，一定要建立嚴謹的造價評估管理制度，對造價評估過程進行全方位的監督與管理，確保在工程建設質量與安全的前提下，減小與實際費用的誤差，減少成本的投入，保障水利工程建設能夠正常的進行。

Pf=Pov[ (Vmax-Vi)/(Vmax-Vmin)]

(1)

其中:Pf為地層孔隙流體壓力；Pvo為上覆巖層壓力；Vmax為巖石基質速度；Vmin為巖石孔隙流體速度；Vi為當前地層(計算點)的縱波速度。

2)Eaton方法的計算公式。

Pf=Pov-(Pov-Pw)(Vi/Vn)C

(2)

其中：Pw為靜水壓力；Vn為地層正常壓實情況下的縱波速度；C為調節因子。

式(1)中，當Pf=Pw，有Vi=Vn(正常壓實情況下的地層層速度)，即

(3)

圖2 研究區過A井的地震層速度剖面Fig.2 Seismic interval velocity profile of well A in the study area(a)基于疊加速度的地震層速度；(b)基于疊后波阻抗反演的地震層速度；(c)組合地震層速度

圖3 基于測井資料的地層孔隙流體壓力計算Fig.3 Calculation of pore pressure based on well logging data (a)A井；(b)B井；(c)C井

根據公式(3)可以計算Vn(正常壓實情況下的地層層速度)。

(4)

Pf=Pov-(Pov-Pw)×

(5)

公式(5)是“方法方法”的組合模型分析方法的計算公式，其輸入數據前面計算得到的地震層速度數據體，調節因子C由各單井實測點擬合計算得到(本文由實測點擬合得到C值為1.7)，Vmax、Vmin由經驗值結和工區測井實測值給出，輸出是三維地層孔隙流體壓力數據體。

2 實例分析

為了驗證本文提出的新方法的應用效果，采用某區的頁巖氣地層進行地層孔隙流體壓力預測的實例分析。研究區的目的層是一套頁巖地層，平均埋藏深度4 100 m，共有3口井鉆遇該套頁巖地層，其中的A井和B井均在目的層鉆遇超壓地層，實測壓力系數高于1.92。為了后續鉆探井的順利開展，非常有必要進行研究區的地層孔隙流體壓力預測。

圖2(a)是采用三維約束DIX反演方法和疊加速度體、層位數據計算得到的過A井的地震層速度剖面。從圖2(a)中可見，其縱向分辨率較低。圖2(b)是疊后波阻抗反演方法和疊后三維地震數據體、測井數據、層位數據計算得到的過A井的地震層速度。從圖2(b)中可見，其縱、橫向分辨率高于圖2(a)。圖2(c)是沿著圖1中的拼接界面得到的組合地震層速度剖面，并且對拼接的地震層速度體進行了三維保邊去噪處理[11]消除拼接效應。從圖2(c)中可見，地震層速度在拼接層位的縱向方向變化自然，無突變情況，與實際地質情況一致。

基于研究區的3口實鉆井的6個實測壓力點的數據(圖3)，采用“Fillippone方法+Eaton方法”的組合模型分析方法優選公式(5)中的參數C值。先設定C值的搜索范圍，再根據計算得到的地層孔隙流體壓力值與6個實測點值的均方根誤差最小的原則，獲得適合研究區的C值(1.7)。表1是采用計算得到的預測地層孔隙流體壓力值與實測值的對比分析表，從表1中可知，C井的誤差較大，但是6個點的平均相對誤差3.74%，能滿足實際生產需求。

圖4 研究區目的層頂界面的地層孔隙流體壓力平面圖Fig.4 Pore pressure plane diagram at the target layer of the study area(a)改進法壓力預測平面圖；(b)常規法壓力預測平面圖

井位實測壓力系數預測壓力系數相對誤差/%A井1.921.941.17A井2.102.023.81A井2.122.172.36B井1.951.981.54B井2.212.124.07C井1.481.629.46

圖4(a)、圖4(b)分別是采用“Fillippone方法+Eaton方法”的組合模型分析方法計算和采用常規方法計算，得到的研究區目的層頂界面的地層孔隙流體壓力平面圖，從圖4中可見在研究區的西北區域(圖4(a)中的黑色實線矩形區域)有異常高壓發育，該區域的平面展布形態與研究區的地質分析的頁巖“甜點”區域一致，即超壓更有利于頁巖氣的聚集。此外，圖4(a)中西南區域(黑色虛線矩形區域)的紅色高地層孔隙流體壓力值區域受地震資料覆蓋次數低和低信噪比的影響，預測結果不可靠。而圖4(b)中常規方法雖然能勾畫出工區壓力大致走勢，但是其分辨率較低無法準確刻畫出頁巖”甜點”區域。

3 結論

1)筆者提出改進的適用于地層孔隙流體壓力預測的組合層速度分析方法,突出了對測井數據的利用，并突出了對基于疊后波阻抗反演得到的地震層速度場的使用，能獲得高精度的地震層速度數據體。

2)我們提出的一種適用于欠壓實成因的地層孔隙流體壓力預測技術，先采用組合層速度分析方法計算地震層速度數據體，再采用“Fillippone方法+Eaton方法”的組合方法計算地層孔隙流體壓力，綜合利用了三維地震數據、疊加速度體、測井數據、層位數據和實測壓力數據等多源信息，方法理論較常規方法更完善。

3)實際資料的計算結果表明，采用本文提出的適用于欠壓實成因的地層孔隙流體壓力預測技術獲得的地層孔隙流體壓力預測值與實測值誤差較小，且有效地預測了研究區的地層孔隙流體壓力的超壓區域，對研究區后續的勘探與勘探具有重要的指導意義。