李瓊瑤，潘曉青

(1.西北大學(xué)地質(zhì)系，陜西 西安 710069;2.西安市勘查測(cè)繪院，陜西 西安 710054)

地層壓力的預(yù)測(cè)對(duì)于研究盆地內(nèi)油氣運(yùn)、聚、成藏規(guī)律，預(yù)測(cè)有利區(qū)具有重要意義。隨著深層、超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層逐漸成為油氣勘探的新領(lǐng)域，如何進(jìn)行碳酸鹽巖地層中的壓力預(yù)測(cè)及分布已成為一個(gè)不可忽視的問(wèn)題[1]。碳酸鹽巖沉積速率慢，骨架剛度強(qiáng)，縱波速度(Vp)、孔隙度(φ)等巖石物理參數(shù)在正常壓力段和異常壓力段沒(méi)有像砂泥巖那樣明顯的變化，難以直接建立巖石物理性質(zhì)與壓力的關(guān)系。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)碳酸鹽巖壓力預(yù)測(cè)方法的探索多集中在地區(qū)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)公式的建立。

1 基于有效應(yīng)力原理的預(yù)測(cè)方法

根據(jù)有效應(yīng)力理論，上覆巖層壓力由骨架和流體共同承擔(dān)，即Po=σ+Pp(Po:上覆巖層壓力;σ:有效應(yīng)力; Pp:地層壓力)，找出對(duì)有效應(yīng)力產(chǎn)生影響的巖石力學(xué)或流體力學(xué)參數(shù)，建立這些數(shù)據(jù)與有效應(yīng)力間的關(guān)系，再間接求取地層壓力是這種方法的主要思路?；谟行?yīng)力原理的壓力預(yù)測(cè)方法是目前碳酸鹽巖壓力預(yù)測(cè)模型建立中最為常見(jiàn)的方法，其常用的模型如下：

1.1 Vp -σ模型

地層的縱波速度在異常壓力段會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸建立地區(qū)內(nèi)Vp與σ的關(guān)系，間接求取Pp。根據(jù)程遠(yuǎn)方等所做的三軸-聲速實(shí)驗(yàn)，碳酸鹽巖在實(shí)驗(yàn)條件下，Vp與σ、φ二者之間兩兩呈近似的線性關(guān)系[2]，即:

Vp=a-b·φ+c·σ (a、b、c:經(jīng)驗(yàn)系數(shù))

在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，不同學(xué)者考慮各種影響Vp的因素，針對(duì)不同地區(qū)提出了相對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式，如徐路在川東北飛仙關(guān)組壓力預(yù)測(cè)模型中引入了泥質(zhì)含量Vsh和含氣飽和度Sg[3]：

Vp=a-b·φ·Sg-c·φ·(1-Sg)+d·Vsh+m·σ(a、b、c、d、m:經(jīng)驗(yàn)系數(shù))

建立Vp-σ模型計(jì)算地層壓力的方法所含參數(shù)多，減少了因單一測(cè)井資料所受外界因素的影響，能更好地反應(yīng)因異常壓力導(dǎo)致的地層物理性質(zhì)方面的差異，但在實(shí)際應(yīng)用中需要大量數(shù)據(jù)的支撐。

1.2 Vp/Vs-σ或μ-σ模型

據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)，橫波速度Vs、縱橫波速度比Vp/Vs、泊松比μ對(duì)碳酸鹽巖異常壓力最為敏感，通過(guò)建立這三類參數(shù)與σ的關(guān)系是基于有效應(yīng)力原理預(yù)測(cè)碳酸鹽巖地層壓力的重要方法。據(jù)夏宏泉等人研究發(fā)現(xiàn)，Vp/Vs或μ與有效應(yīng)力σ都滿足以下關(guān)系[4]:

σ=m·en-x

(m、n:經(jīng)驗(yàn)系數(shù);x:Vp/Vs或μ)

通過(guò)Vp/Vs或μ-σ模型計(jì)算Pp在孔隙-裂縫型灰?guī)r儲(chǔ)層中普遍適用，針對(duì)白云巖儲(chǔ)層，Vp/Vs或μ對(duì)壓力的變化不是很敏感。

2 基于Biot理論的壓力預(yù)測(cè)方法

除了建立彈性模量與有效應(yīng)力的關(guān)系外，以Biot多孔介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，從力學(xué)角度分別考慮巖石骨架和孔隙流體體積彈性模量，建立由骨架縱波速度和孔隙流體速度兩項(xiàng)構(gòu)建的巖石縱波速度方程也是一種直接預(yù)測(cè)地層壓力的方法。

碳酸鹽巖的縱波速度主要由骨架速度組成，流體速度只占很小一部分，由于骨架顆粒剛度強(qiáng)，孔隙壓力的變化不會(huì)引起骨架速度的變化，因此可認(rèn)為Vp的小幅度變化是由流體速度引起的，對(duì)于同一地層而言，流體速度可認(rèn)為只與Pp有關(guān)，因此可直接建立流體速度與地層壓力的關(guān)系。

Yu Fu在進(jìn)行塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖壓力預(yù)測(cè)時(shí)，從力學(xué)角度分析，認(rèn)為地層壓力的大小取決于巖石受力變形的程度及傳遞給流體的應(yīng)力大小，即Pp與巖石體積彈性模量和施加在巖石上的應(yīng)力有關(guān)[6]：

(Kf:孔隙流體體積彈性模量;Ksat:巖石體積彈性模量;σ:地應(yīng)力;A:固結(jié)系數(shù),碳酸鹽巖取20)

Vahid Atashbarei在研究伊朗油田碳酸鹽巖孔隙壓力時(shí)，引入了壓縮性(體積模量倒數(shù))來(lái)預(yù)測(cè)孔隙壓力[7]:

(Cb:體積壓縮系數(shù);Cp:孔隙壓縮系數(shù);σeff:上覆有效應(yīng)力;a:經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，介于0.9～1.0)

基于Biot理論的地層壓力預(yù)測(cè)方法理論基礎(chǔ)完善，限制條件少，適用范圍廣，不受巖性和壓力成因的限制，可直接建立地層壓力與流體速度的關(guān)系。

3 小結(jié)

無(wú)論是基于有效應(yīng)力原理或基于Biot理論的碳酸鹽巖壓力預(yù)測(cè)模型都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但都涉及較多參數(shù)，需要大量地區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，只有根據(jù)各地區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況擇優(yōu)選取，才能做出最為準(zhǔn)確的壓力預(yù)測(cè)，指導(dǎo)有利區(qū)的勘探。