CN112034521B - 一种欠压实与生烃混合成因地层超压的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种欠压实与生烃混合成因地层超压的预测方法，目的是为提供一种在欠压实及生烃两种成因机制同时存在，共同导致地层孔隙超压的发育区开展定量化地层压力预测的方法。新方法采用将欠压实和生烃超压成因贡献量分别量化表征并最终叠加的思路，在以速度降低为依据计算欠压实因素超压贡献量的基础上，创造性的将地层TOC含量叠前地震预测与生烃增压相联系，提供了一种较现有bowers等基于加/卸载理论的方法更为简便和直观的混合成因超压预测新方法。该方法避免了常规通过调整欠压实或生烃预测模型参数近似逼近混合成因结果导致的预测精度降低风险，也避免了bowers加/卸载曲线超压预测方法复杂的区域参数确定步骤，计算结果更为稳定。

Description

一种欠压实与生烃混合成因地层超压的预测方法

技术领域：

本发明属于油气田勘探领域，特别涉及一种欠压实与生烃混合成因地层超压的预测方法。

背景技术：

地层异常高压在地质学上相对晚期的沉积环境中普遍存在，其发育规律在大多数地区十分复杂。在油气勘探钻井前预测地下岩层孔隙压力(以下简称地层压力)分布情况，对合理配置泥浆体系保障钻井安全起到至关重要的作用。

地层异常超压产生的原因主要包含快速沉积黏土矿物导致的欠压作用、有机质成岩作用中伴生的液态或气态烃类物质排出导致的生烃增压作用、构造挤压导致的压力上升等。其中欠压实作用及生烃增压作用最为普遍。

欠压实成因超压地层具有明显的低纵波速度异常，纵波速度比正常岩石降低越多往往超压程度越高，基于速度降低进行超压幅度的刻度和预测是此类超压最行之有效的方法(例如Eaton方法)。

欠压实超压预测通常采用Eaton方法：P_p＝P_ob-(P_ob-P_w)(V_i/V_normal)ⁿ(6.1)。

式中P_p、P_ob、P_w分别为地层压力、上覆岩石压力、静水柱压力。V_i、V_normal为实测地层纵波速度和正常压实下地层纵波速度。生烃型超压多数采用Bowers卸载曲线方法进行预测：

V＝5000+A[σ_max(σ/σ_max)^(1/U)]^B(6.2)式中的σ_max由下式确定：

σ_max＝[(V_max-5000)/A]^1/B(6.3)

最终借由压力平衡方程计算孔隙流体压力：P_p＝P_ob-σ(6.4)

式中，A，B为区域待定系数；σmax，Vmax：卸载开始时最大垂直有效应力及相应的声波速度；U：

泥岩弹塑性系数。σ为有效应力，P_p、P_ob分别为地层压力、上覆岩石压力。有公式可知两种不同成因的超压预测模型差异较大，采用单一模型时无法对另一种模型进行较好近似导致预测误差控制十分困难。

生烃超压发生后，因孔隙流体压力上升导致的岩石孔隙和速度进一步降低并不明显，但在实践过程中仍然普遍采用bowers卸载曲线法隐性的利用速度降低程度预测超压幅度。也有部分学者结合波动方程推导了有效应力与纵波、横波速度之间的关系，开发出弹性参数联合法来计算地层压力。但此类方法局限性较大，应用并不普遍。

事实上由于地层沉积后，不断随时间推移而被掩埋至地下更深部位，地层快速沉积导致的欠压实作用与深层地热导致的岩石内干酪根生烃作用往往同时伴生。在一定深度后欠压实与生烃混合成因地层超压将更为普遍。但对于此类超压往往通过明确超压成因主导因素后，采用调整主导因素对应预测方法中模型的相关系数以满足预测实践需要，当主导因素不明或多种因素均不可忽略时预测不确定性较大。

发明内容：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种欠压实与生烃混合成因地层超压的预测方法，解决现有技术中由于主导因素不明或多种因素均不可忽略时采用常规方法容易出现的参数优化、速度精度要求进一步提升等方面的问题。

本发明的技术方案为：

一种欠压实与生烃混合成因地层超压的预测方法，首先收集整理区域内与生烃直接相关的岩石总有机碳含量和地层测井信息，确立总有机碳含量与弹性参数间的关系；同时确定欠压实导致地层超压贡献量进而计算生烃贡献；然后以总有机碳为桥梁建立生烃超压贡献与弹性参数间关系；采用叠前弹性参数反演方法预测预测井处弹性参数并计算生烃贡献，最后用反演获得的纵波速度计算欠压实超压贡献并与生烃贡献求和获得预测区域或井点地层超压。

具体包括以下步骤：

(1)优选区域范围内可用于地层生烃分析的多口参考井；选择依据包括不限于井上拥有较多的总有机碳含量及镜质体反射率的实验信息，同时还需要有反映地层纵横波速度及密度的测井以及地层测压信息；

(2)基于阵列声波及密度测井信息计算岩石物理弹性参数，包含但不限于体模量K、拉梅常数λμ，采用交汇图方法优选与总有机质含量相关的参数，通常包含体模量K、纵波速度Vp以及拉美常数λ；

(3)采用逐步回归或神经网络非线性映射方法建立相关常数与总有机碳含量TOC的函数关系；一般形式

为：TOC＝Fun₁(Vp,λ,K,...) (1)

(4)计算参考井总有机碳含量预测曲线TOC_predect；

(5)参考速度-有效应力模板结合镜质体反射率信息明确地层欠压实超压发育层段，通过多井欠压实超压发育层段实测压力信息采用Eaton公式法标定确定Eaton系数n，公式如下：

式中P_por,P_ob,P_water,V,V_normal分别为地层压力、上覆岩层压力、静水柱压力、实测纵波速度以及理论正常压实情况下岩层纵波速度；进而计算区域欠压实因素导致地层超压预测曲线并向深部拓展至混合成因超压发育区，记为P_undercompact；

(6)在生烃增压发育的混合成因超压发育区基于实测压力数据P_test及欠压实超压贡献P_undercompact计算生烃增压导致贡献量P_hydro-gen；公式如下：

P_hydro-gen＝P_test-P_undercompact (3)

(7)将总有机碳含量TOC_predect与P_hydro-gen进行交汇获得回归关系式，记为

P_hydro-gen＝Fun₂(TOC) (4)

(8)优选目标区已钻井开展时深标定；选择依据包括但不限于钻至或钻穿可能发生超压的层段，井径质量较好，同时具备速度、密度且平面分布相对均匀的已钻井；

(9)开展基于共反射点道集的叠前弹性参数反演，求取设计井或待预测区域的岩石纵横波速度、密度信息并同时计算公式(1)所需弹性参数；

(10)利用第(9)步反演获得弹性参数以及公式(2)求取设计井或待预测区域内欠压实因素超压贡献记为P_UC-predect；

(11)利用第(9)步反演获得弹性参数以及公式(1)求取设计井或待预测区域内总有机碳含量记为TOC_predect；

(12)利用第(11)步获得的P_TOC-predect结合公式(4)求取生烃因素超压贡献，并与第(10)步计算所得的P_UC-predect相加获得设计井或待预测区域内混合成因超压预测成果P_predect，公式如下：

P_predect＝Fun₂(TOC_predict)+P_UC-predect (5)。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本方法避免了常规方法采用主导因素对应方法产生的忽略次要因素或调整预测方法中模型的相关系数的不确定性带来的多种风险。。同时由于两种不同成因的超压预测模型差异较大，采用单一模型时无法对另一种模型进行较好近似导致预测误差控制十分困难。

2、本方法通过更换预测模型的方式减少公式中需同时确定的系数，改善了预测模型中参数确定的稳定性，同时减少速度降低幅度对预测结果的决定作用，从根本上避免了因生烃增压发生时，地层速度降低异常不显著而导致的计算不稳定性，降低了对深部地层速度分析精度的要求，同时通过进而提升预测可靠性。

3、本方法中将用于地震资料处理提高同向叠加改善成像质量的Swan密点速度分析技术引入超压预测，避免了常规处理流程中手工速度分析拾取效率低下导致垂横向分析采样过于稀疏引起的精度误差，并一定程度上减少了人为干预分析速度精度的不确定性。

本发明旨在探寻一种在欠压实及生烃两种成因机制同时存在，共同导致地层孔隙超压的发育区开展定量化地层压力预测的新方法。新方法采用将欠压实和生烃超压成因贡献量分别量化表征并最终叠加的方式提供一种较现有bowers等基于加/卸载理论的方法更为简便和直观的新方法，提升混合成因型地层超压的预测精度，为海洋或陆地深层勘探提供可靠地层压力信息和钻井泥浆配比依据，进而保障油气田钻井施工安全。

附图说明：

图1是本发明欠压实与生烃混合成因地层超压预测流程图；

图2是弹性参数与总有机碳含量(TOC)交汇图；其中：

A拉梅系数与TOC交汇图；

B体积模量与TOC交汇图；

C纵波速度与TOC交汇图；

D密度与TOC交汇图；

E泊松比与TOC交汇图；

F纵横波速比与TOC交汇图；

图3是递归模型示意图；

图4是井上总有机碳含量(TOC)预测效果图；其中：

Aa井TOC实测与预测叠合图；

Bb井TOC实测与预测叠合图；

Cc井TOC实测与预测叠合图；

Dd井TOC实测与预测叠合图；

图5是已钻井垂直有效应力-速度交汇图；。

图6是已钻井古近系Eaton指数分布图；

图7是已钻井合成地震记录标定及岩性柱状图；

图8是叠前反演初始模型参数图；其中：

A 纵波速度模型；

B 横波速度模型；

C 密度模型；

图9是叠前反演计算得到的弹性参数图；其中：

A 拉梅系数预测图；

B 体积模量预测图；

C 纵波阻抗预测图；

D纵波速度预测图；

图10是预测区域内欠压实因素超压贡献；

图11是预测区域内总有机碳含量(TOC)分布图；

图12是预测区域内生烃因素超压贡献量；

图13是预测区域内混合成因超压预测成果。

具体实施方式：

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对目前深层超压预测尤其是欠压实及生烃混合超压预测中缺乏针对性预测方法，现行预测方式精度及稳定性不足的问题，本发明提供一种简洁高效的基于烃源岩生烃增压量化表征的成因贡献加权超压预测方法。本发明是在研究了以下问题的基础之上提出的：(1)常规方法采用主导因素对应方法产生了忽略次要因素或调整预测方法中模型的相关系数等的不确定性等多种风险；(2)越深层的超压其生烃产生的贡献量越无法忽略，但其现行主流预测方法需要同时确定的参数较多，受限于地层压力测试资料的稀缺，求取稳定性差，加之生烃超压速度异常幅度本身较小，以之为依据的模型标定和预测均存在较大的数值不稳定性(3)常规处理流程中速度场精度往往受限于手工速度分析拾取效率低下导致的垂横向分析采样稀疏，同时受制于人员技能素质及状态等多种因素导致手工解释精度及不确定性难以保障。本发明首先收集整理区域内与生烃直接相关的岩石总有机碳(TOC)含量和地层测井信息，确立总有机碳含量与弹性参数间的关系；同时采用Eaton或其他方法确定欠压实导致地层超压贡献量进而计算生烃贡献；然后以总有机碳为桥梁建立生烃超压贡献与弹性参数间关系；采用叠前弹性参数反演方法预测预测井处弹性参数并计算生烃贡献，最后用反演获得的纵波速度计算欠压实超压贡献并与生烃贡献求和获得预测区域或井点地层超压。

本发明通过实例说明针对欠压实与生烃混合成因地层超压的一种预测新方法(图1)。本发明所涉及的技术能避免由于主导因素不明或多种因素均不可忽略时采用常规方法容易出现的参数优化、速度精度要求进一步提升等方面的困难，进而提升地层超压预测精度，保障钻井安全。所述方法包括：

1、优选区域范围内(二级构造单元内)可用于地层生烃分析的多口参考井。选择依据包括不限于井上拥有较多的总有机碳(TOC)含量及镜质体反射率(Ro)的实验信息，同时还需要有反映地层纵横波速度及密度的测井以及地层测压信息。

2、基于阵列声波及密度测井信息计算岩石物理弹性参数，包含但不限于体模量K、拉梅常数λμ等，采用交汇图方法优选与总有机质含量(TOC)相关的参数(图2)，通常包含体模量K、纵波速度Vp以及拉美常数λ等。

3、采用逐步回归(图3)方法建立相关常数与总有机碳含量的函数关系。一般形式为：

TOC＝Fun₁(Vp,λ,K,...) (1)

4、计算参考井总有机碳含量预测曲线TOC_predect(图4)。

5、参考速度-有效应力模板(图5)结合镜质体反射率(Ro)信息明确地层欠压实超压发育层段，通过多井欠压实超压发育层段实测压力信息采用Eaton公式法标定确定Eaton系数n(图6)，公式如下：

式中P_por,P_ob,P_water,V,V_normal分别为地层压力、上覆岩层压力、静水柱压力、实测纵波速度以及理论正常压实情况下岩层纵波速度。进而计算区域欠压实因素导致地层超压预测曲线并向深部拓展至混合成因超压发育区，记为P_undercompact。

6、在生烃增压发育的混合成因超压发育区基于实测压力数据P_test及欠压实超压贡献P_undercompact计算生烃增压导致贡献量P_hydro-gen。公式如下：

P_hydro-gen＝P_test-P_undercompact (3)

7、将总有机碳含量TOC_predect与P_hydro-gen进行交汇获得回归关系式。记为

P_hydro-gen＝Fun₂(TOC) (4)

8、优选目标区已钻井开展时深标定(图7)。选择依据包括但不限于钻至或钻穿可能发生超压的层段，井径质量较好，同时具备速度、密度且平面分布相对均匀的已钻井。

9、基于CRP道集开展基于Swan方法的密点剩余速度分析，改善叠加速度精度，并转换为层速度。

10、基于目标区地震解释成果构建地层格架模型，以井点速度标定步骤9所获得的纵波速度场并以基于Gardner公式和区域纵横波速度比计算密度场和横波速度场(图8)。

11、以步骤10获得的纵横波速度场及密度场为初始模型，开展基于共反射点(CRP)道集和的的叠前弹性参数反演，求取设计井或待预测区域的岩石纵横波速度、密度信息并同时计算公式(1)所需弹性参数(图9)。

12、利用第11步反演获得弹性参数以及公式(2)求取设计井或待预测区域内欠压实因素超压贡献记为P_UC-predect(图10)。

13、利用第11步反演获得弹性参数以及公式(1)求取设计井或待预测区域内总有机碳含量(TOC)记为TOC_predect(图11)

14、利用第13步获得的P_TOC-predect结合公式(4)求取生烃因素超压贡献(图12)，并与第10步计算所得的P_UC-predect相加获得设计井或待预测区域内混合成因超压预测成果P_predect(图13)，公式如下：

P_predect＝Fun₂(TOC_predict)+P_UC-predect (5)。

Claims (1)

1.一种欠压实与生烃混合成因地层超压的预测方法，其特征在于，首先收集整理区域内与生烃直接相关的岩石总有机碳含量和地层测井信息，确立总有机碳含量与弹性参数间的关系；同时确定欠压实导致地层超压贡献量进而计算生烃超压贡献；然后以总有机碳含量为桥梁建立生烃超压贡献与弹性参数间关系；采用叠前弹性参数反演方法预测设计井和待预测区域处弹性参数并计算生烃超压贡献，最后用反演获得的纵波速度计算欠压实超压贡献并与生烃超压贡献求和获得设计井和待预测区域地层超压；具体包括以下步骤：

(1)选择区域范围内可用于地层生烃分析的多口参考井；选择依据包括井上拥有较多的总有机碳含量及镜质体反射率的实验信息，同时还需要有反映地层纵横波速度及密度的测井以及地层测压信息；

(2)基于阵列声波及密度测井信息计算岩石物理弹性参数，采用交汇图方法筛选与总有机碳含量相关的参数，包括体模量K、纵波速度Vp以及拉梅常数λ；

(3)采用逐步回归或神经网络非线性映射方法建立相关参数与实测总有机碳含量TOC的函数关系；形式为：TOC＝Fun₁(Vp,λ,K,...) (1)，其中Fun₁表逐步回归或神经网络非线性映射函数；

(4)计算参考井预测总有机碳含量；

(5)参考速度-有效应力模板结合镜质体反射率信息明确地层欠压实超压发育层段，通过多井欠压实超压发育层段实测压力信息采用Eaton公式法标定确定Eaton系数n，公式如下：

式中P_por,P_ob,P_water,V,V_normal分别为地层压力、上覆岩层压力、静水柱压力、实测纵波速度以及理论正常压实情况下岩层纵波速度；进而计算区域欠压实因素导致地层超压预测曲线并向深部拓展至混合成因超压发育区的欠压实超压贡献，记为P_undercompact；

(6)在生烃增压发育的混合成因超压发育区基于实测压力数据P_test及欠压实超压贡献P_undercompact计算参考井生烃超压贡献P_hydro-gen；公式如下：

P_hydro-gen＝P_test-P_undercompact (3)

(7)将实测总有机碳含量TOC与P_hydro-gen进行交汇获得回归关系式，记为

P_hydro-gen＝Fun₂(TOC) (4)，其中，Fun₂表回归关系函数；

(8)选择目标区已钻井开展时深标定；选择依据包括钻至或钻穿可能发生超压的层段，井径质量较好，同时具备速度、密度且平面分布相对均匀的已钻井；

(9)开展基于共反射点道集的叠前弹性参数反演，求取设计井和待预测区域的岩石纵横波速度、密度信息并同时计算公式(1)所需弹性参数；

(10)利用第(9)步反演获得弹性参数以及公式(2)求取设计井和待预测区域内欠压实超压贡献记为P_UC-predict；

(11)利用第(9)步反演获得弹性参数以及公式(1)求取设计井和待预测区域内的预测总有机碳含量记为TOC_predict；

(12)结合公式(4)求取设计井和待预测区域内生烃超压贡献，并与第(10)步计算所得的P_UC-predict相加获得设计井和待预测区域内混合成因超压预测成果P_predict，公式如下：

P_predict＝Fun₂(TOC_predict)+P_UC-predict (5)。

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