徐 源，庞雄奇，胡 涛，徐田武，郑晓薇

(1.油气资源与勘探国家重点实验室，北京 102249； 2.中国石油大学(北京)，北京 102249； 3.中国石化中原油田分公司，河南 濮阳 457000)

1 区域地质概况

东濮凹陷柳屯洼陷为渤海湾盆地一个典型超压盆地[1-10]，处于东濮凹陷西部斜坡带，面积约为200 km2，其形成和发育受东部文西断层和西部邢庄断层影响，平面上呈以洼陷为中心负向构造形态(图1)。柳屯洼陷地层由第四系平原组、新近系明化镇组和馆陶组、古近系东营组、沙河街组和孔店组组成，厚度约为6 000 m。主要勘探层系为沙河街组沙三段，属深湖—半深湖相，砂泥岩互层频繁。

图1 研究区构造位置

2 预测地层压力

濮深18-8井为2009年在柳屯洼陷的斜坡带部署的深层探井[11]。根据泥岩声波时差测井资料显示(图2)，濮深18-8井存在3段超压地层，正常压实地层为2 500～3 100 m，第1段超压地层为3 100～3 800 m，第2段为3 950～4 100 m，第3段为4 150～4 250 m。

2.1 平衡深度法计算

平衡深度法由真柄钦次于1981年提出[12-14]，因其原理较为可靠、操作简便快捷而被广泛应用于众多含油气盆地的地层压力预测。结合正常压实段2 500～3 000 m声波时差数据，模拟得出地表声波时差Δt为481 μs/m、压实常数c为0.000 205 996(图3)。计算全井地层声波时差，与实际测得数据比对，在3 250 m以下计算的声波时差小于正常压实地层的声波时差(图4)。

图2 濮深18-8井声波时差与深度关系

平衡深度法地层压力计算如式(1)所示，计算结果见图5。

(1)

式中：p为地层压力，MPa；ρs为上覆岩石密度，g/cm3；ρw为地层水密度，取值为1.1 g/cm3；Z为实际埋深，m；g为重力加速度，取值为9.798 m/s2；Δt为地层声波时差，μs/m；Δt0为地表声波时差，取值为481 μs/m；c为压实常数，为2.05×10-4。

图3 深度与声波时差关系

图4 平衡深度法预测声波时差

2.2 Eaton法预测地层压力

Eaton法是Eaton于1975年提出的一种预测地层压力的经验方法[15-17]，通过建立地层压力与声波时差的关系式来对地层压力进行预测，计算结果准确度较高，应用程度较广。取岩石骨架声波时差为213 μs/m，地表声波时差为656 μs/m，结合正常压实段2 500～3 000 m声波时差数据，可生成线性函数，模拟出c为0.000 7。计算全井地层声波时差，与实际测得数据对比(图6)，可见无论是在浅层还是深层，对正常压实段的声波时差拟合非常准确。

图5 平衡深度法预测地层压力

图6 Eaton法预测声波时差

Eaton法地层压力计算如式(2)所示，计算结果见图7。

(2)

式中：Δt0取值为656 μs/m；Δtm为岩石骨架声波时差，取值为213 μs/m；c取值为7×10-4。

图7 Eaton法预测地层压力

2.3 Zhang法预测地层压力

Zhang法是学者张金才在总结前人预测方法的基础上，通过对Chapman模型进行改进，于2013年提出的一种新的地层压力预测方法[18]，目前该方法在地层压力预测中的应用还非常少。该方法中压实常数计算方法、取值与Eaton法一致。

Zhang法地层压力计算如式(3)所示，计算结果见图8。

(3)

3 结果与差异性分析

3.1 计算结果与实测值差异性分析

3种方法计算的地层压力值的变化趋势与实测地层压力变化趋势大体相似，但计算结果与实测压力值之间均存在一定误差，主要因为3种计算方法均采用10 m声波时差的平均值来计算地层压力；而实测压力为某一点地层压力，受测井资料影响，只要二者趋势一致，有一定误差属正常现象。不同方法之间的误差大小不同，其中平衡深度法的误差最大，Eaton法的误差最小，这是由不同方法的适用性所致。目前还没有一种方法能精确计算出各类地质情况的地层压力的方法，而地层在经过抬升-剥蚀-再埋藏等构造变化，对计算地层压力有一定影响，文中未考虑这种情况。

图8 Zhang法预测地层压力

3.2 不同方法之间计算结果差异性分析

平衡深度法、Eaton法和Zhang法的计算结果之间既存在相似点，又存在差异性。3种方法的计算结果均显示，濮深18-8井的地层在3 000～3 100 m处开始发育超压，但是平衡深度法的计算结果(图5)显示濮深18-8井在3 000～4 500 m范围内所有层系为一套超压，而Eaton法(图7)和Zhang法(图8)的计算结果则显示，濮深18-8井在3 000～4 500 m发育有3个不同的超压层系(3 100～3 800、3 950～4 100、4 150～4 250 m)。结合濮深18-8井的测井数据和录井资料认为，Eaton法和Zhang法的计算结果更符合实际地质情况。

3.2.1 预测方法的原理不同

平衡深度法采用的是等效深度的概念，认为孔隙度相同处的等效应力相同，故将超压处的某点等效为正常压实处等孔隙度某点进行计算，其中，地表声波时差等参数经模拟计算得出，未取经验值；Eaton法是综合大量数据后得出的经验公式，有一定可靠性，其中地表声波时差与岩石骨架声波时差因研究区不同而取不同的经验值；Zhang法是在超压层段假设有一点正常压实，无超压，且在此深度的上覆压力与研究点一致，地表声波时差与岩石骨架声波时差取经验值，进行综合计算。3种方法的计算原理不同，导致计算公式不同，拟合的参数有差异。3种方法均是利用2 500～3 000 m正常压力段声波时差数据拟合正常压实情况下泥岩孔隙度变化趋势，平衡深度法声波时差拟合曲线(图4)在4 000 m段以后偏离正常压实规律，误差逐渐变大；而Eaton法和Zhang法声波时差拟合曲线(图6)能一直较好地拟合压实规律，并与实测声波时差基本相符。这些差异导致了最终地层压力计算结果的不同。

3.2.2 数据处理方式不同

平衡深度法在计算深层地层压力时，模拟等效深度逐渐偏小，导致计算压力偏大；Eaton法和Zhang法都是取用经验值，故准确经验值对这2种方法的计算结果起着决定性作用。

4 结 论

(1) 东濮柳屯洼陷濮深18-8井2500～3 100 m地层为正常压实，3 100 m以下地层存在3段超压，分别为3 100～3 800、3 950～4 100、4 150～4 250 m。

(2) 对3种预测地层压力方法分析，平衡深度法预测地层压力在深层不适用，东濮凹陷柳屯洼陷深层地层压力预测采用Eaton法和Zhang法更为准确。

(3) 选取模型和数据处理方法的不同是导致3种方法计算结果差异根本原因。选取模型上，平衡深度法采用的是等效深度的概念，Eaton法采取的是经验公式，Zhang法是综合经验公式与假设点的一种方法，使用时均有一定局限性；数据处理上，平衡深度法随着埋深的增加，等效深度偏小，导致计算结果偏大，Eaton法和Zhang法受研究区经验值取值影响较大，在计算深层地层压力时，采用Eaton法和Zhang法更为准确。