异常高压带的测井识别

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摘 要 异常高压带一般具有致密程度低、高孔高渗、低密度和低电阻率等特点，由这些特点出发可建立多种识别异常高压带的方法。利用测井资料识别异常高压带的方法，主要有声波时差法（包括传统方法和新方法）、电阻率法和密度法等3种。本文主要是从原理上分析各种识别方法的可行性，并对各种方法的应用加以简单介绍。

关键词 异常高压；声波时差；电阻率；岩石密度

1 异常高压带的形成机制及其主要特征

1.1 异常高压的形成机制

地层压力是指作用于岩石孔隙中流体上的压力,又称为流体压力或孔隙流体压力。地层压力主要有两个来源:一为上覆岩层重量造成的岩石压力；一为地层孔隙空间内流体重量造成的压力。此外，上覆岩层水的渗透力、地温变化、地壳运动等因素，也是地层压力的某些次要来源。在特殊的地质环境里，超过静水压力的地层压力，称为异常高地层压力（也简称超压）。

沉积盆地中超压形成的机制众多可以划分为以下三大类:①由不平衡压实作用和构造挤压作用所造成的压应力增加(即孔隙体积减小)；②由温度增加(水热增压作用)、成岩作用、生烃作用及热裂解成气作用所产生的流体体积变化；③由水头(水势)、渗透作用和浮力所引起的流体流动以及与流体和气体之间的密度差有关的作用[1-2]。

1.2 异常高压带的主要特征

异常高压带一般具有如下特点[3-4]：

（1）岩石的致密程度：在碎屑岩地层中，地层压力与岩石的压实程度有关。一般地层压力正常表现为压实程度正常，而地层压力异常高压则表现为地层欠压实；相反地层压力异常低压表现为地层超压实。因此，异常高压地层的岩石致密程度一般都低于正常压力地层。

（2）孔渗性：异常高压地层由于含有异常高的流体含量,保持了其孔隙度,因而具有异常高的孔隙度和渗透率,而孔隙度和渗透率和地层速度相关联。这就是根据地层速度预测地层压力的重要依据。

（3）密度特征：与地层速度相对应，异常高压地层由于其压实程度低，其地层密度也异常降低。即地层压力异常高压表现为密度低。地层压力异常低压表现为密度高。

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（4）电阻率：由于异常高压地层含有异常高的流体，而油田地层水多含有大量的盐份，其导电性好。因此，异常高压地层较正常压力地层为低阻特征，即地层压力异常高压表现为电阻率低。

2 异常高压带的测井识别方法

在正常压实情况下，随着地层埋藏深度的增加，地层孔隙度的减少，中子孔隙度、声波时差将减少，密度、电阻率、自然伽马计数率则增大。在异常高压地层，孔隙流体压力比正常压力高，使得颗粒间有效应力减少，相对于正常压力，地层孔隙度将增大，密度、电阻率、自然伽马计数率减少，而中子孔隙度、声波时差值将增大。相反，在异常低压地层密度、电阻率、自然伽马计数率增大，而中子孔隙度、声波时差减少。异常压力地层的这些响应特征是利用测井资料预测孔隙压力的依据。

利用地球物理测井预测异常高压地层压力的方法比较多，包括电阻率测井、声波测井、密度测井、脉冲中子测井、自然电位测井、核磁共振测井以及伽马射线光谱分析等，但目前广泛采用的是声波时差测井、电阻率测井、以及密度测井。在正常压实情况下，根据泥岩的声波时差、电阻率(或电导率)、视密度与孔隙度的相关关系，可以分别导出它们与深度的关系。这些关系式分别对应相应的“正常压实泥岩声波时差趋势线”、“正常压实泥岩电阻率(或电导率)趋势线”、“正常压实泥岩视密度趋势线”。若这些测井参数的实际值偏离了相应正常压实趋势线，则认为该处地层存在异常高压[5]。

2.1 声波时差法

（1）传统方法

利用测井信息异常高压的方法，主要有声波时差法、电阻率法和岩石密度法等3种[5-6]。声波方法是判断异常地层压力比较好的一种方法，由公式Φ=（△T-△Tma）/（△Tf-△Tma）（式中的Φ为储层孔隙度，△T为储层声波时差值，△Tma为储层岩石骨架时差值，△Tf为流体时差值)可看出，声波时差△T与孔隙度Φ

之间有近似的线性关系。声波在地层中传播速度与岩石的密度、结构、孔隙度及埋藏深度密切有关。当岩性一定时，声波的速度随岩石孔隙度的增大而减少。在以孔隙度为横坐标、深度为纵坐标的半对数坐标系中，二者关系呈随深度逐渐减小的直线关系，该直线即“正常压实趋势线”，因此声波时差与深度之间也应有这种关系。在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石孔隙度减少，声波速度增大，声波时差减少。利用这些井段的测井数据建立正常压实趋势线。当进入压力

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过渡带和异常高压带地层后，岩石孔隙度增大，声波速度减少，声波时差增大，偏离正常压力趋势线[6-9]。

在建立正常压实趋势线时，泥岩层段声波时差数据的选取十分重要。正常压实泥岩层段数据的读取应注意以下几点[6]：

1）尽量选取较纯的泥岩段，其测井曲线特征应该是自然电位基线无异常，自然伽马为高值，电阻率为低值

2）泥岩段应该有一定的厚度，薄泥岩层测井值受围岩影响较大而不可靠。

3）不能选择有井壁坍塌或缩径的地层段，井径过大或过小都会使时差曲线不能真实反映地层的真实情况。

4）在每一层段都应多读取几个声波时差值，取其平均值。

5）选泥岩层时注意不要把煤层误作泥岩层处理。

曾志平等（2008）和杨智等[10][11]

（2006）分别对套尔河洼陷车66块

地区车66井以及独山子背斜的异常

高压做了一定研究。图1为套尔河洼

陷车66块地区车66井的泥岩声波时

差与泥岩密度曲线在半对数坐标上,

该井的泥岩声波时差随深度的增大

而逐渐减小,属于上部正常压实层

段；在3250m附近出现异常,泥岩声

波时差曲线偏离上部正常压实曲线,

声波时差逐渐增大,在沙三中、下亚 图1 泥岩声波时差和岩性密度与深度的关系 （据曾志平等，2008）

段达到最大值；随后泥岩声波时差值又逐渐减小,在沙四上亚段附近转为正常压实,属于下部常压系统,对应的泥岩密度曲线也表现出类似的特征。

用声波时差测井预测异常压力时,首先建立该地区的正常压实趋势线,以此作为研究区预测地层压力的图版,用实测声波时差-深度(△t-H)数据与图版中正常趋势线的声波时差对比来确定异常压力的深度位置,与电阻率测井相比,声波测井不受井眼大小、地层温度和地层水含盐量变化的影响,故精度高、效果较好。

（2）新方法

在利用声波时差预测地层孔隙压力方面，国内外已经有了新突破[7,12]。此突破是基于有效应力原理（Terzaghi，1923），即：

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Si=σvi+Pp

式中：Si代表i方向的主应力（当i为垂直方向时，Si为上覆岩层压力）；

σvi代表i方向的有效应力（骨架应力）；Pp代表孔隙压力。

利用声波测井资料求得有效应力，然后利用有效应力原理可以确定地层孔隙压力，并进而预测异常高压带。该方法具有坚强的理沦基础，不需要建立趋势线，减少了人为因素对检测结果的影响，并且可以满足连续和非连续沉积地层的压力预测需要，精度高，可靠性好。

2.2 电阻率法

由地层的电学性质可知，影响地层电阻率的因素有岩石性质、孔隙度、孔隙中所含流体的矿化度、地层温度等。如果岩石为纯页岩，且地层水矿化度为定值，则地层的电阻率主要受孔隙度的影响。在

正常压实的情况下，页岩或泥岩的孔隙度

随埋藏深度的增加而减小，而电阻率则随

埋藏深度的增加而加大。倘若钻遇高压异

常地层压力井段，由于孔隙度的增加,其中

所含地层水的数量增加，因而页岩电阻率

必然朝着降低的方向偏离正常趋势线[9]。

正常趋势线的绘制是在半对数坐标上，以

钻井纯页岩段的电阻率的对数值作为横坐

标，以相应井深为纵坐标，将页岩电阻率

数据按相应深度点在坐标纸上，便获得了

一离散点图，然后用回归分析法求出电阻

率对数值与井深的关系曲线，曲线上开始

偏离正常趋势线的位置即为异常带的顶部

位置。图2中，高异常地层压力过渡带顶

部大约在4038.6m处。

2.3 页岩密度法

页岩密度测井预测方法与声波测井或电阻率测井相同。

密度测井法检测地层孔隙压力方法就是利用岩层密度与地层孔隙度的关系：Φ=（ρ-ρma/（ρf-ρma），式中ρ、ρf和ρma 图2 墨西哥湾岸某井的页岩电阻率曲线（据瓦特尔，1976） 分别代表地层密度、流体密度和地

层骨架密度。在正常压实地层，随着埋藏深度的增加，孔隙度变小，地层密度逐