刘爱群 范彩伟 吴云鹏 李 芳

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

莺-琼盆地是快速沉降的新生代沉积盆地，异常高温高压是其重要特征之一。前人认为异常高压主要是由于盆地形成晚期快速沉降和快速沉积形成巨厚的欠压实泥岩产生的，晚中新世以后稳定的沉降和微弱的构造活动是保持异常高压的重要条件[1-4]。“十一五”期间都是基于传统的泥岩欠压实模式进行压力预测，精度也相对较高，在莺歌海盆地东方区DF1-A井强超压、高产优质气层的发现是莺-琼盆地高温超压领域天然气勘探的重大突破，不仅表明了高温高压条件下可以形成游离气藏，而且证实了黄流组可以发育厚层的优质储层，由此打开了莺歌海盆地高温超压的勘探新领域。

但是随着勘探领域的扩大、勘探层系的增多，从2014年开始单纯依靠泥岩欠压实模式钻前预测的压力与实测地层压力之间存在较大的误差，很难解释。例如琼东南盆地的LS13-B井在主要目的层段钻前预测地层压力较MDT实测压力小，误差为-10.7%。后期，在加大国际公司合作的背景下，与科威特国际石油公司合作钻探的YC27-C井和壳牌公司合作钻探的LD10-D井，在主要目的层段也都出现了较大的压力预测误差，分别为-10.2%和-8.8%。这种较大的压力预测误差导致处理复杂井况增加了许多勘探成本，给钻井安全和钻井成本都带来了较大的难题。因此，深入分析异常高压产生的原因，并研发合理的压力预测方法是本领域取得新突破的关键。

本文通过典型的高温高压井随钻及钻后精细压力分析，认识到除传统泥岩欠压实异常压力成因外，异常压力形成的主因为基于传递模式的它源压力传导，该认识是高温高压领域压力成因认识的重大突破；在压力成因分析的基础上总结了基于传递模式的压力成因分类；提出了相应的压力预测方法及其适用范围，成功应用于高温高压新钻井的钻前压力预测。本文研究为高温高压领域新型大气田的发现提供了技术保障，并为合理的井身结构设计和提高钻井安全提供了技术支持。

1 基于传递模式的它源异常压力成因

莺-琼盆地为典型的沉积盆地，地层欠压实特征明显，故异常压力主要成因还是泥岩欠压实成因[5-10]。但随着勘探领域和层系的扩大，通过分析总结发现存在新的异常压力成因，归结为基于传递模式的它源压力成因，主要包括基于砂体传递的它源压力、基于断裂系统传递的它源压力和耦合传递的它源压力。

1.1 基于砂体传递的它源异常压力成因

LS13-B井钻前预测、随钻及钻后计算地层孔隙压力明显小于测压点测得的地层压力(图1)。钻后结合沉积和地质因素进行分析，发现目的层为大型的三角洲沉积扇体，横向展布空间很大，连通性很好，同时砂体的低部位主体伸向底辟高压区。砂体传递压力具有一定的适用条件：首先，上部具有很好的盖层泥岩；其次，下部泥岩具有欠压实成因异常高压背景；其三，砂体具有一定的渗透性，具有传递压力的条件。但是并不是所有砂体都能传递压力，还是要判断沉积过程中砂体的渗透性和高部位出露地表情况和砂体接触关系，若是高部位出露地表或是存在砂砂对接，压力就会释放，不会发育高压。对于透镜体而言，发育在泥包砂环境中，一般满足质心效应，就不满足压力传递模式。以LS13-B为例进行说明，从目的层深度构造图(图2a)上看，目的层为大型的三角洲扇体，展布面积很大，砂体的主体低部位在西南。同时结合过井典型地震剖面(图2b)和过井压力剖面(图2c)可以看出，砂体的低部位与梅山组高压包相连，在这种情况下，砂体低部位的压力会侧向传递到砂体高部位的井点位置。所以对于大型砂体而言，存在基于砂体传递的它源异常压力成因。

图1 LS13-B井完井速度及压力图Fig .1 Completion velocity and pressure diagram of Well LS13-B

图2 LS13-B井主要目的层构造和过井地震及压力剖面图Fig .2 Structure,through-well seismic and pressure profile of main target layer of Well LS13-B

1.2 基于断裂系统传递的它源异常压力成因

高压释放通道主要有断裂和裂缝，已是大家的共识[11-14]。琼东南盆地东部地区崖城组到三亚组期间松东凹陷、松西凹陷和松涛凸起发育有广泛的断裂，这些地区基本为正常压力；陵水北坡、乐东凹陷、陵水凹陷和松南凹陷断裂不发育，地层压力都为超压，表现出超压分布与断裂的分布有明显的对应关系。当断裂系统不发育，连片分布的沉积体对应正常压力或过渡压力区，孤立分布的砂体或不发育沉积体的地区对应较高的压力系数，这种对应关系间接表明琼东南盆地广泛分布的沉积砂体是超压释放的通道，也是超压分布的一个控制因素。

钻探的YC27-C井在黄流组底部水道储层钻遇高压，压力系数最高达2.07(图3)。从区域压力结构分析，莺歌海组二段及黄流组上部为高压层，黄流组下部应为压力过渡带，但实际钻遇与钻前预测认识不符；从实测声波速度上分析，到了黄流组水道目的层速度比上覆泥岩速度明显增高，表现为压力回头特征，也与实际钻遇地层压力情况不一致，所以目的层段高压非原状地层自源高压，而是受它源传递压力的影响。经分析认为是深部高压地层压力通过断层传递到目的层(图4)，被上覆泥岩盖层封堵形成异常高压，与LS13-B侧向砂体压力传递有区别。

图3 YC27-C井完井速度及压力图Fig .3 Completion velocity and pressure diagram of Well YC27-C

图4 YC27-C井典型过井地震剖面及模式图Fig .4 Diagram of typical through-well seismic profile and model of Well YC27-C

1.3 基于耦合传递的它源异常压力成因

莺歌海盆地钻井证实近斜坡带黄流组水道发育强超压，地层压力系数2.28，高于中央底辟构造带地层压力2.0～2.1，该区是高温高压盆地突破的关键领域。LD10-D井是中海油与壳牌中国公司合作钻探的一口高温高压井，钻前研究预测目地层5套砂体为同一压力系统，那么砂体埋深越深压力系数应该越小，但实际钻探下来发现5套砂体不是同一压力系统，埋深越大压力系数越高。前人研究认为[15-17]孤立的砂体对压力系数的分布没有明显的影响，这意味着开放体系的砂体才是泄压通道。从图5中可以看出砂体A和B的低部位主体伸向高压区，且高部位受致密泥岩盖层遮挡无法发生泄压时，会导致砂体高部位异常高压；那么对于C、D和E等3套砂体而言，不仅低部位伸向高压区，其低部位还与一条连接深部更强高压的断层相连，所以其异常压力应该是由断层垂向传递深部压力，再由砂体侧向传递压力导致砂体高部位异常压力的耦合作用。从有效应力理论出发，结合沉积演化规律，认为近斜坡带水道强超压形成经历三个阶段。第一阶段为早期正常压实阶段，地层保持正常压力。地层受沉积压实作用，孔渗条件逐渐变差，速度增大。该阶段一直持续到莺歌海组地层沉积晚期。第二阶段为晚期欠压实阶段，地层开始出现高压。受水道砂分布局限和上覆围岩致密的影响，形成新的封闭环境，地层流体无法正常排出，承受新沉积地层产生的垂向压力，形成高压。第三阶段为晚期流体充注阶段，地层强超压形成。从莺歌海组时期至今，三亚组烃源岩进入生排烃高峰期，通过断裂系统向相对低压的水道砂圈闭持续充注油气，进一步提高目的层砂岩的地层压力。

图5 LD10-D井压力成因模式及B砂体深度构造图Fig .5 Pressure genesis mode of Well LD10-D and depth structure map of sand body B

2 基于传递模式的它源压力预测方法与应用

1) 基于砂体传递模式的它源压力预测方法。对于基于砂体传递模式的它源异常压力成因，提出了压力预测的新思路，就是要充分考虑地质和沉积因素，按照多种机理分别进行压力计算，得到合理的压力预测范围[18]。具体压力预测按照“四步法”来实现：第一步判断目的层是否存在断层、破裂带和水道等泄压通道(图6a)，若存在则计算压力时应考虑泄压问题；第二步结合目标体的沉积特征与分布范围，分析目的层主体与高压区相对位置关系(图6c)，判断是否存在压力传递；第三步结合断层分析，若砂体被断层分割，则要判断断层的封堵性(图6b)，以落实压力传递点的位置；第四步结合地震属性异常范围估计砂体内填充流体的性质和比例，结合不同的流体性质计算孔隙压力范围。LS13-B井基于砂体传递模式的压力计算可以很好地实现定量计算，第一步进行砂体精细解释，落实砂体的低部位和井点位置；第二步依靠地震速度计算砂体低部位背景压力；第三步计算井点目的层与低点位置的高差；最后一步结合地震属性或是已统计的气柱高度，在井点和低点高度差中填充不同的流体，预测井点地层压力。LS13-B井井点位置目的层深度3 540 m，目的层低点深度4 060 m，高差520 m，低点压力系数为1.78，反算井点的地层压力系数为1.978，实际地层压力系数为1.98，吻合很好。

图6 基于砂体传递模式的压力预测示意图Fig .6 Schematic diagram of pressure prediction based on sand body transfer mode

2) 基于断裂系统传递的它源压力预测方法。基于断层传递的它源异常压力成因，提出了压力预测新思路，首先是断层的精细解释，判断断层的性质，其次是判断断层是否与深部高压源连通，利用单点欠压实模式预测断层深部地层的孔隙压力，接下来落实砂体与断层连接位置距离井点或是高点的高差，同时要判断盖层泥岩的封堵能力，最后利用高压源、高差和填充流体性质预测目标砂体的孔隙压力。地质分析的角度分析认为断层对地层压力传递必定会有影响。但是对于断层传递的异常压力成因，由于断层连通多套地层，很难判断压力传递点和背景压力预测，而且断层断面可能会有泥岩涂抹问题，所以目前主要还是定性分析和预测，很难实现准确的定量计算。

3) 基于耦合传递的它源压力预测方法。对于耦合传递的它源压力成因，要将基于砂体传递的它源压力预测方法和基于断裂系统传递的它源压力预测方法结合，预测目的层的地层孔隙压力。

4) 方法流程与应用。结合以上3种基于传递模式的异常压力成因预测方法，针对高温高压领域压力预测问题，总结出了除传统欠压实模式预测地层压力方法流程外，基于传递模式的它源压力预测流程(图7)，结合单井、地震和沉积地质模式信息，构建三维压力模型体，实现高精度的钻前压力预测、分析地层压力与成藏关系和成藏风险分析。该技术方法成功应用于近2年高温高压领域的探井钻井作业，预测精度很高(表1)，提高了钻井安全性，节省了钻井成本。

图7 基于传递模式的它源压力预测方法流程Fig .7 Process of other source pressure prediction method based on transfer mode

表1 莺-琼盆地新进钻井孔隙压力预测相对误差Table 1 Error of pore pressure prediction for new drilling in Ying-Qiong basin

3 结论

1) 基于砂体传递的它源异常压力，当砂体存在展布范围较广且砂体主体伸向高压区时，存在同一砂体侧向压力传递，在判断压力传递时断层的封隔性和封堵性需要证实，若能在钻前确定压力传递点及落实砂体构造幅度和内部填充流体性质，可以实现钻前定量压力预测。

2) 基于断裂系统传递的它源异常压力，断裂体系沟通深部高压地层与目标砂体，会导致浅部目的层砂体压力异常。由于很难准确落实它源压力来自哪套深部地层及现今断层的活动性，只能定性分析，很难定量预测。

3) 基于耦合传递的它源异常压力，同时存在断裂体系沟通深部高压地层与目标砂体侧向压力传导，既要判断断层活动性和断遇哪套深部地层，又要判断储层连通性和含流体性质，同时要计算深部高压源背景泥岩压力，又要计算砂体传递，按照多种机理分别进行压力预测，最终给出一个合理的压力预测范围。