一种碳酸盐岩超压空间分布特征的预测方法与流程

本发明属于地质矿产普查与勘探行业，以及石油与天然气勘探研究技术领域，特别涉及叠前叠后地震反演以及地震压力预测技术领域。

背景技术：

地层压力即孔隙流体压力是由岩石孔隙中地层水、石油、天然气等地质流体作用产生的压力，在任何地质背景下，正常地层压力与从地表到目的层的静水柱压力相等，偏离正常压力趋势线的压力被认为是异常地层压力。

从现在的油气发现成果来看，南方海相从下古生界震旦系、寒武系，特别是志留系页岩气藏到中生代二叠系和三叠系常规天然气藏，乃至陆相上三叠统-侏罗系致密砂岩气藏、页岩气和深盆气藏基本上都与盆地超压有关，且盆地内川东北、川东、川东南、川中等地区均广泛存在碳酸盐岩高压气藏。碳酸盐岩超压的预测研究，已经成为油气勘探领域内的研究重点以及难点。

目前，关于碳酸盐岩超压预测的文献较多、专利较少，具体的技术方法主要分为三类：(一)直接求取法。这一类方法，目前用的最多的还是利用纵波速度，具体的计算公式主要是filippone公式及其改进(陈鑫，基于地震资料的探井钻前孔隙压力预测——以伊拉克a油田为例，石油与天然气地质，2015)。这一类方法首先在井点处建立地层压力与地震速度的关系，再通过地震资料处理中的速度分析、速度校正或反演等技术手段，获取较为准确的地震速度数据体，最后再将速度数据代入到地层压力的计算公式中，预测地层压力的空间分布特征；这类方法存在2个问题：(1)预测精度受限于速度谱数据体的精度本身；(2)这种方法反映的是欠压实超压引起的孔隙度、速度变化，但是，欠压实并不是碳酸盐岩超压的主要成因，碳酸盐岩超压与速度的相关性并不好；(二)根据有效应力计算地层压力。申请号为cn201010257171.4的专利《一种利用测井资料预测碳酸盐岩地层孔隙压力的方法》即是该类技术的代表性专利，这类技术通过岩石物理参数来计算有效应力，再根据terzaghi的有效应力原理来计算地层压力。但是，有效应力原理的适用性较为有限，对于碳酸盐岩地层的适用性较差；(三)碳酸盐岩地层压力测试方法。申请号为cn201510851372.x的专利《碳酸盐岩地层孔隙压力测试方法和装置》即是该类技术的代表性专利。该类方法将岩石力学实验数据、测井曲线数据以及实测压力数据进行对比分析，寻找与实测压力数据相关性最好的数据组合来预测碳酸盐岩超压。该方法的缺陷在于，其适用对象为已钻井的未测压力井段，且该方法仅针对缝洞型碳酸盐岩地层有效。

根据文献及专利检索情况，目前关于碳酸盐岩地层压力的预测方法仍然较少，目前的三类方法均无法准确的预测碳酸盐岩超压空间的分布特征。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种碳酸盐岩超压空间分布特征的预测方法，为解决碳酸盐岩超压油气藏预测问题提供一套有效可行的技术手段。

根据本发明一种碳酸盐岩超压空间分布特征的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：钻井实测地层压力数据的收集和整理；

步骤二：碳酸盐岩超压地质特征分析；

步骤三：碳酸盐岩超压计算模型建立；

步骤四：碳酸盐岩超压空间分布特征预测。

在一个实施例中，所述步骤二的碳酸盐岩超压地质特征分析步骤具体如下：

当碳酸盐岩地层出现超压时，应同时具备以下两个条件：

(1)岩石孔隙体积变小或岩石孔隙内气体含量增加；

(2)地层保存条件良好，处于封闭系统；

因此，在建立岩石孔隙体积模型、岩石孔隙内气体含量模型以及地层保存条件模型的基础上建立碳酸盐岩超压计算模型；

其中，能够引起岩石孔隙体积变小的地质作用包括：构造挤压作用、机械压实作用、碳酸盐岩重结晶作用以及碳酸盐岩胶结作用；

能够引起岩石孔隙内气体含量增加的地质作用包括：干酪根生气、原油裂解生气以及气体的充注；

地层保存条件良好的因素包括：盖层发育且裂缝、断层不发育。

在一个实施例中，所述步骤三还包括以下子步骤：

子步骤一：碳酸盐岩地层岩石孔隙体积计算子模型建立；

子步骤二：碳酸盐岩地层岩石孔隙内气体含量计算子模型建立；

子步骤三：碳酸盐岩地层保存条件评价子模型建立；

子步骤四：碳酸盐岩超压计算模型建立。

在一个实施例中，碳酸盐岩地层岩石孔隙体积的变小，具体表现为：地层基质孔隙度变小和次生孔隙度的变小，因此，所述子步骤一中的岩石孔隙体积计算子模型基于基质孔隙度和次生孔隙度来建立，具体的计算模型如下式：

其中，porvol为表征碳酸盐岩超压地层孔隙体积大小的参数，pormatrix为基质孔隙度，porsec为次生孔隙度；

在碳酸盐岩地层中，通过密度、声波、中子、泥质含量测井曲线计算井上的pormatrix和porsec曲线，然后，结合插值算法和地球物理反演，得到对应的porvol参数数据体。

在一个实施例中，碳酸盐岩地层气体含量的增加，具体表现为：流体性质为气体和含气饱和度的增加；因此，所述子步骤二中岩石孔隙内气体含量计算子模型基于流体性质和含气饱和度来建立，具体的计算模型如下式：

gasqua＝fluid×satgas

其中，gasqua为表征碳酸盐岩超压地层气体含量大小的参数，fluid为流体的总量，satgas为含气饱和度；

fluid通过叠前地震反演得到的弹性参数组合来计算，而satgas通过计算地震频率衰减予以求取。

在一个实施例中，碳酸盐岩地层保存条件的评价，具体表现为：盖层的厚度大以及断层、裂缝发育程度低；因此，所述子步骤三中地层保存条件评价子模型基于盖层以及断层、裂缝发育程度来建立，具体的计算模型如下式：

其中，pereva为保存条件评价参数，用于表征保存条件的优劣，thickcov为盖层厚度参数，frac代表裂缝发育程度，fault代表断层发育程度；

盖层通常为膏岩层或泥岩层，其速度、密度与碳酸盐岩围岩的差异较为明显，通过地震反演即求出其空间分布特征，并进一步求取thickcov；采用相干分析法用于描述fault；裂缝比断层的尺度要小很多，采用各向异性强度用于表征frac。

在一个实施例中，将碳酸盐岩超压地层孔隙体积大小参数porvol、碳酸盐岩超压地层孔隙内气体含量大小参数gasqua以及保存条件评价参数pereva分别与已知的实测地层压力数据做相关性分析，分别得到对应的相关性系数apor_vol、agas_qua和aper_eva；然后，分别对porvol、gasqua和pereva这三个参数做归一化处理，

atot＝apor_vol+agas_qua+aper_eva

构建表征碳酸盐岩超压计算模型的参数prepor，具体的计算模型如下式：

其中，porvol′、gasqua′和pereva′分别为归一化处理后的碳酸盐岩孔隙体积参数、碳酸盐岩孔隙内气体含量参数以及碳酸盐岩保存条件评价参数；atot为三个参数相关性系数的算数和。

在一个实施例中，在实测地层压力井段，将prepor与实测地层压力数据分别进行线性、多项式和指数关系拟合，从中优选出相关性最高的公式即为所述子步骤四中的碳酸盐岩超压计算模型，如下式：

pressure＝fun(prepor)

其中，pressure为地层压力，prepor为碳酸盐岩超压模型参数，fun(prepor)为实测地层压力数据与碳酸盐岩超压计算模型参数相关性最好的关系式。

在一个实施例中，依据最终确定的碳酸盐岩超压计算模型，分别求取模型中各个参数的数据体，其中，

(1)利用测井、地震反演求取碳酸盐岩地层岩石孔隙体积参数数据体；

(2)利用叠前地震反演得到的弹性参数组合以及地震频率衰减得到碳酸盐岩地层岩石孔隙内气体含量参数数据体；

(3)利用地震反演、相干计算及各向异性求取得到碳酸盐岩地层保存条件评价参数数据体。

在一个实施例中，所述步骤四中碳酸盐岩超压空间分布特征预测的具体步骤为：

将碳酸盐岩地层岩石孔隙体积参数数据体、碳酸盐岩地层岩石孔隙内气体含量参数数据体以及碳酸盐岩地层保存条件评价参数数据体代入到碳酸盐岩超压计算模型中，即求出碳酸盐岩地层压力数据体，从而得到碳酸盐岩超压空间分布特征。

本发明提出的一种碳酸盐岩超压预测方法，将钻井、测井、地震相结合，基于碳酸盐岩超压的地层特征，利用多种地球物理技术方法，提出一个新的地层压力计算模型，预测碳酸盐岩超压空间的分布特征，将有效解决异常压力油气藏的勘探问题，适用于石油、天然气勘探领域碳酸盐岩地层压力预测方面的研究，能够有效实现对碳酸盐岩超压空间分布特征的预测，对于提高碳酸盐岩超压油气藏的经济效益具有重要意义，将有力推动南方海相油气藏的勘探开发进展。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明碳酸盐岩超压空间分布特征的预测方法流程图；

图2显示了本发明碳酸盐岩超压计算模型建立的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。借此对本发明如何应用技术手段解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不存在冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

如图1所示，显示了本发明碳酸盐岩超压空间分布特征的预测方法流程图，总共包括以下步骤：

步骤一s101：钻井实测地层压力数据收集和整理；

步骤二s102：碳酸盐岩超压地质特征分析；

步骤三s103：碳酸盐岩超压计算模型建立；

步骤四s104：碳酸盐岩超压空间分布特征预测。

在本实施例中，选取四川盆地东北部元坝地区飞仙关组进行实验并得到应用，在未使用本发明前，研究区飞仙关组的地层压力分布特征不明确。

在步骤一s101中，根据研究区现有实际钻井资料情况，整理出包含常压、超压等不同地层压力情况的实测地层压力数据表。对于已进行压裂、酸化等储层改造过的钻井，因其原始地层压力已发生变化，不计入统计内。

在步骤二s102中，碳酸盐岩超压地质特征分析步骤具体如下：

当碳酸盐岩地层出现超压时，应同时具备以下两个条件：

(1)岩石孔隙体积变小或岩石孔隙内气体含量增加；

(2)地层保存条件良好，处于封闭系统。

那么，对上述两个条件的地质因素进行进一步分析，其中，能够引起岩石孔隙体积变小的地质作用包括：构造挤压作用、机械压实作用、碳酸盐岩重结晶作用以及碳酸盐岩胶结作用；能够引起岩石孔隙内气体含量增加的地质作用包括：干酪根生气、原油裂解生气以及气体的充注；地层保存条件良好的因素包括：盖层发育且裂缝、断层不发育。因此，在建立岩石孔隙体积模型、岩石孔隙内气体含量模型以及地层保存条件模型的基础上建立碳酸盐岩超压计算模型。

根据步骤二s102中碳酸盐岩超压特征的分析结果，进行碳酸盐岩超压计算模型的建立，即步骤三s103，碳酸盐岩超压计算模型的建立又包括以下子步骤：

子步骤一s1031：碳酸盐岩地层岩石孔隙体积计算子模型建立；

子步骤二s1032：碳酸盐岩地层岩石孔隙内气体含量计算子模型建立；

子步骤三s1033：碳酸盐岩地层保存条件评价子模型建立；

子步骤四s1034：碳酸盐岩超压计算模型建立。

(1)在子步骤一s1031中，碳酸盐岩的构造挤压作用、机械压实作用、重结晶作用以及胶结作用均会造成碳酸盐岩地层孔隙体积的变小，具体表现为：地层基质孔隙度变小和次生孔隙度的变小，因此，碳酸盐岩地层岩石孔隙体积计算子模型就可以基于基质孔隙度和次生孔隙度来建立，具体的计算模型如下式：

其中，porvol为表征碳酸盐岩超压地层孔隙体积大小的参数，pormatrix为基质孔隙度，porsec为次生孔隙度。

在碳酸盐岩地层中，可以通过密度、声波、中子、泥质含量测井曲线计算井上的pormatrix和porsec曲线，然后，结合插值算法和地球物理反演，可以得到对应的porvol参数数据体。

当碳酸盐岩地层受构造挤压、机械压实、重结晶或胶结作用发育超压时，基质孔隙度及次生孔隙度均变小，对应的porvol为异常高值。

(2)在子步骤二s1032中，首先，超压地层的流体性质应为气体，超压地层如果流体性质为水，则说明地层压力不够大，未能将水排出孔隙；其次，干酪根生气、原油裂解生气以及气体的充注，都会导致碳酸盐岩地层气体含量的增加，具体表现为：含气饱和度的增加；因此，碳酸盐岩地层岩石孔隙内气体含量计算子模型就可以基于流体性质和含气饱和度来建立，具体的计算模型如下式：

gasqua＝fluid×satgas

其中，gasqua为表征碳酸盐岩超压地层气体含量大小的参数，fluid为流体的总量，satgas为含气饱和度。

fluid可以通过叠前地震反演得到的弹性参数组合来计算，而satgas可以通过计算地震频率衰减予以求取。

当碳酸盐岩地层受干酪根生气、原油裂解生气以及气体的充注等作用的影响，气体含量急剧增加时，对应的gasqua值明显增大。

(3)在子步骤三s1033中，碳酸盐岩地层保存条件的评价，主要包括两部分内容：盖层发育且裂缝、断层不发育，具体表现为：泥岩盖层或膏盐盖层的厚度大，断层、裂缝发育程度低；因此，碳酸盐地层保存条件评价子模型就可以基于盖层以及断层、裂缝发育程度来建立，具体的计算模型如下式：

其中，pereva为保存条件评价参数，用于表征保存条件的优劣，thickcov为盖层厚度参数，frac代表裂缝发育程度，fault代表断层发育程度。

盖层通常为膏岩层或泥岩层，其速度、密度与碳酸盐岩围岩的差异较为明显，通过地震反演即可求出其空间分布特征，并进一步求取thickcov；采用相干分析法用于描述fault；裂缝比断层的尺度要小很多，采用各向异性强度用于表征frac。

当碳酸盐岩地层发育超压时，一般具有良好的封盖条件，且地层中裂缝、断层不发育，那么对应的pereva值表现为高值。

(4)在子步骤四s1034中，将子步骤一中的碳酸盐岩地层岩石孔隙体积计算子模型、子步骤二中的碳酸盐岩地层岩石孔隙气体含量计算子模型以及子步骤三中的碳酸盐岩地层保存条件评价子模型综合起来，先将碳酸盐岩超压地层孔隙体积大小参数porvol、碳酸盐岩超压地层孔隙内气体含量大小参数gasqua以及保存条件评价参数pereva分别与已知的超压地层实测压力数据做相关性分析，分别得到对应的相关性系数apor_vol、agas_qua和aper_eva；然后，分别对porvol、gasqua和pereva这三个参数做归一化处理，

atot＝apor_vol+agas_qua+aper_eva

构建表征碳酸盐岩超压计算模型的参数prepor，具体的计算模型如下式：

其中，porvol′、gasqua′和pereva′分别为归一化处理后的碳酸盐岩孔隙体积参数、碳酸盐岩孔隙内气体含量参数以及碳酸盐岩保存条件评价参数；atot为三个参数相关性系数的算数和。这样构建出的新参数prepor，即为表征碳酸盐岩超压的计算模型参数。

然后，在超压地层实测压力井段，将prepor与超压地层实测压力数据分别进行线性、多项式和指数关系拟合，从中优选出相关性最高的公式即为所述子步骤四中的碳酸盐岩超压计算模型，如下式：

pressure＝fun(prepor)

其中，pressure为地层压力，prepor为碳酸盐岩超压模型参数，fun(prepor)为超压地层实测压力数据与碳酸盐岩超压计算模型参数相关性最好的关系式。

在步骤四s104中，依据最终确定的碳酸盐岩超压计算模型，分别求取模型中各个参数的数据体，其中，

(1)利用测井、地震反演求取碳酸盐岩地层岩石孔隙体积参数数据体；

(2)利用叠前地震反演得到的弹性参数组合以及地震频率衰减得到碳酸盐岩地层岩石孔隙内气体含量参数数据体；

(3)利用地震反演、相干计算及各向异性求取可以得到碳酸盐岩地层保存条件评价参数数据体。

因此，步骤四s104中碳酸盐岩超压空间分布特征预测的具体步骤为：将碳酸盐岩地层岩石孔隙体积参数数据体、碳酸盐岩地层岩石孔隙内气体含量参数数据体以及碳酸盐岩地层保存条件评价参数数据体代入到碳酸盐岩超压计算模型中，即可求出碳酸盐岩地层压力数据体，从而预测研究区目的层段碳酸盐岩超压的空间分布特征。与钻井实测地层压力数据的对比验证表明，通过本申请的应用，能够得到较为准确的碳酸盐岩地层压力空间分布特征。

综上所述，与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提出的一种碳酸盐岩超压预测方法，将钻井、测井、地震相结合，基于碳酸盐岩超压的地层特征，利用多种地球物理技术方法，提出一个新的地层压力计算模型，预测碳酸盐岩超压空间的分布特征，将有效解决异常压力油气藏的勘探问题，适用于石油、天然气勘探领域碳酸盐岩地层压力预测方面的研究，能够有效实现对碳酸盐岩超压空间分布特征的预测，对于提高碳酸盐岩超压油气藏的经济效益具有重要意义，将有力推动南方海相油气藏的勘探开发进展。

虽然已经参考如上优选实施例对本发明进行了描述，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。