渤南洼陷现今压力模拟及其与油气分布的关系
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发布时间：2022-04-21 03:22
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时间：2022-06-17 17:30
赵利杰
（中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266555）
作者简介：赵利杰，男，在读博士研究生，主要从事油气地质及勘探研究，E-maill：zhaolijiesmart1985＠163.com。
摘 要：超压是含油气盆地中存在的普遍现象，在世界范围内有将近90％的含油气盆地中存在超压体与 油气分布的成因联系。渤南洼陷是一个位于济阳坳陷沾化凹陷中部的*负向构造单元，目前发现古近系、 新近系等多套含油层系，其中Es3、Es4s等含油气层存在明显的超压现象。渤南洼陷及其周边地区作为勘探老 区，具有较多的实测压力数据，鉴于此，本文在实测数据的基础上，综合利用地球物理测井、录井和分层等 资料，采用等效深度法对渤南洼陷及其周边的地层压力进行了预测，并结合现今油气展布，研究了压力与油 气分布的关系。结果表明：研究区发育常压带、过渡带和超压带三种压力环境，纵向上从Es2x开始出现低幅 度的高压异常并随深度增加逐渐增强，在Es3x和Es4s异常幅度达到最大，压力系数可达1.8及以上，平面上 高压异常主要在洼陷中心发育，向周缘逐渐变弱至常压，沙一段和沙二上亚段基本上为常压环境，沙三上和 沙三中亚段压力系数明显增大并在沙三下和沙四上亚段达到最大；异常高压作为油气运移的主要动力，在剩 余压差的作用下，油气围绕洼陷中心呈环状展布，主要分布在常压和过渡带压力环境下。应用等效深度法与 实测压力数据相结合的方法，较准确的建立了渤南洼陷压力预测模型，并研究了超压与油气分布的关系，以 期指导研究区未知地区的油气勘探。
关键词：渤南洼陷；等效深度法；压力环境；油气分布
Current Pressure Simulation and its Relationship with the Oil and Gas Distribution in Bonan Sag
Zhao Lijie
（School of Geosciences，China University of Petroleum，Qing 166555，China）
Abstract：Overpressure is a common phenomenon existing in Oil and gas basins，there are nearly 90％ of Oil and gas basins show that overpressure associated with the hydrocarbon distribution in the worldwide.Bonan sag is located in the middle of Zhanhua depression，multiple sets of oil and gas bearing exist overpressure phenomenon such as Es3 and Es4s.In this paper，equivalent depth method was used to predict the formation pressure of Bonan sag and the surroundings on the basis of measured pressure data.geophysical logging.logging.layered and other informaion，and the relationship between pressure and hydrocarbon distribution was studied by the present distribution of oil and gas.The results showed that：there are three pressure environment-atmospheric pressure，the transition zone and overpressure，in the vertical，low-amplitude abnormal high pressure began to emerge from Es2x and increased with depth graally，the biggest exception appeared in Es3 and Es4s，where the pressure coefficient up to 1.8 or above，in the plane，high abnormal pressure developed mainly in the central sag and became weaker to the margin until atmospheric pressure；abnormal pressure acts as the main driver of hydrocarbon migration，and the resial pressure leads to the hydrocarbon's zonary distribution around sag center，in the transition zone and overpressure environment mainly.By means of the combination of the equivalent depth method and the measured pressure data.we established a more accurate pressure prediction model in Bonan sag，and also studied the relationship between the distribution of hydrocarbon and overpressure，to guide the oil and gas exploration in the unknown region.
Key words：Bonan sag；equivalent depth method；pressure environment；hydrocarbon distribution
超压是含油气盆地中存在的普遍现象［1～5］。据统计，在世界范围内已知有180个沉积盆地发育超 压地层，其中超压体与油气分布有成因联系的沉积盆地约160个［6～9］，因此压力的研究在油气藏勘探 与开发中占据着举足轻重的地位。本文使用等效深度法，并通过实测压力数据校正，建立了渤南洼陷压 力预测模型，以期深入认识研究区压力发育特征。
图1 研究区构造位置图
1 研究区概况
渤南洼陷是济阳坳陷沾化凹陷中部的一个北陡南缓向 北掀斜的箕状断陷盆地，北以埕南断裂带与埕东凸起相 接，南邻陈家庄凸起斜坡带，东以孤西断层与孤北洼陷、 孤岛凸起相邻，东南以垦西地垒与三合村洼陷、孤南洼陷 相接（图1）。洼陷内压力特征复杂，发育常压带、过渡 带及超压带三种压力环境。
2 等效深度法压力预测模型
2.1 等效深度法原理
在晚期快速沉降的中、新生代断陷盆地中，欠压实作用常常成为主要的增压机制，厚层泥岩是形成 异常高压的主要场所。Athy 1930年提出地层孔隙度随压实程度和埋深的增加而降低，在半对数坐标中，地层孔隙度与深度呈线性关系。由Wyllie公式可知，地层孔隙度和声波时差具有较好的相关关系，因 此，在半对数坐标中，声波时差和深度具有线性关系，即声波时差的对数随着深度的增加而逐渐减 小［10～13］，此即等效深度法的基本原理，而且它还假设超压带上任意点声波时差相同于正常趋势线上的 点，反映两点孔隙结构特征相同，压实程度相同，具相同有效应力［14～18］。对于本研究区，可以将声波 时差参数与深度近似地看作直线关系，正常泥岩压实段的声波时差随深度减小；当出现异常压力时，声 波时差会偏离正常趋势线，偏离越远，异常值越高。
2.2 参数确定及模型建立
通过研究区渤深4、垦761、垦斜627、义65、义127、义107、义285、义601、义123等9口 井的泥岩声波时差值，综合考虑正常压实段的声波时差资料，通过线性回归建立了渤南洼陷及其周 边地区泥岩正常压实趋势线方程：ln（△t）＝-0.0003H＋6.4706，式中：H为地层埋深，m；△t为 泥岩声波时差，μs/m。选取渤702、渤深5、义120、罗14井的密度测井数据，以20m为步长计算 加权平均值，回归得到地层密度与埋深的线性关系方程ρ＝0.0002H＋1.8472，从而平均密度为： ρ平均＝（ρ0 ＋ρH）/2。
在正常压实带，孔隙流体压力即静水压力：P＝ρw×g×H，式中：P为地层流体压力，10-3；ρw 为地层水密度，g/cm3（1.1g/cm3）；g为重力加速度，g/cm2；H为地层埋深，m。在欠压实带，根 据等效深度法原理，可用Magara（1968）介绍的公式计算地层流体压力：P＝ρw×g×He＋ρbw×g×（H-He），式中：ρbw为上覆岩层的平均密度，g/cm3；He为孔隙度与H处相当的正常压实线上对应 点的深度，m。
根据 g/cm3；C为不同深度点泥岩正常趋势线斜率；△t0为地 表声波时差μs/m（646μs/m）；△t为实测声波时差，μs/m。
通过模型计算出的压力往往与实测压力存在一定的 误差，因此需要进行校正。经对比发现，实测压力与计 算压力之间存在指数关系（图2），校正公式如下： P校正＝9.6409e0.0346×P计算，经校正后相对误差基本 控制在5％以内，说明通过该方法计算所得压力数值，可以较准确的预测地层压力。
图2 计算压力校正图
3 压力分布特征
3.1 纵向压力分布特征
根据渤南洼陷实测压力数据，绘制了压力系数与深度交汇图（图3）。从图中可看出，研究区压 力在纵向上基本可分为四个带三种环境：压力系数0.9～1.06为常压带，1.06～1.27为过渡带，1.27以上为超压带。当地层埋深小于2300m时，地层压力基本保持与静水压力相当，压力系数多集 中在1.0左右，属常压环境；随着深度的增加，在2300～3000m范围内，部分地层压力逐渐偏离静 水压力开始出现超压，压力系数增大到1.35左右，属过渡带环境；在3000～4100m的深度段内异常 高压十分明显，地层压力普遍在50MPa以上最大可达70MPa，压力系数最高达1.8，属超压环境；在 4100m深度以下又趋于正常压实回归至常压环境。其中异常高压点多出现在渤南深洼区、义和庄及罗家 的部分地区。
图3 渤南洼陷区不同构造带、不同层系地层压力系数-深度交汇图
3.2 平面压力分布特征
由于渤南洼陷及其周边地区的实测压力数据不足已在各层系展布成图，因此压力的平面分布特征主 要借助实测压力和等效深度法计算压力相结合的方法，对沙一段、沙二上亚段、沙二下亚段、沙三上亚 段、沙三中亚段、沙三下亚段和沙四上亚段进行了研究。
沙一段和沙二上亚段基本上为常压环境，压力系数绝大部分分布在0.8～1.15之间，仅有洼陷区的 个别井压力系数突破了1.2；洼陷区自沙二下亚段开始进入过渡带压力环境，压力系数超过1.2的范围 逐渐扩大；沙三上和沙三下亚段压力系数明显增大，超过1.2有的甚至高达1.5，主要分布在深洼区，研究区呈现出常压带环绕过渡带的压力特征；沙三下亚段作为研究区重要的烃源岩层系，泥岩厚度大，且埋藏深，洼陷区已进入超压环境，压力系数有的高达1.8，全区自洼陷向周边呈现超压带-过渡带- 常压带的环状特征（图4）；沙四上亚段也是该区重要的烃源岩层，与沙三下亚段的压力特征类似，洼 陷中心压力系数高达1.9。
图4 渤南洼陷Es3下段压力系数等值线图
4 压力与油气分布的关系
异常高压作为油气运移的主要动力，油气分布受压力特征影响明显［19，20］。渤南洼陷及其周边地区 具有Nm-Ek及前第三系多套含油层系并呈现出不同的分布规律。通过各层系油藏分布与相应层系压力 系数叠合对比发现，Es3作为研究区的主力含油层，与异常高压发育有着密切联系。
压力环境决定油藏分布，Es3油藏围绕洼陷中心呈环状发育，主要分布在压力系数为0.9～1.4的 常压带和过渡带压力环境中，并不是压力系数越高越有利于油气聚集（图5）。Es3x亚段是研究区超压 环境最发育的层系，油气在压力差作用下，由超压带向过渡带和常压带运聚成藏，对现今油藏分布起着 重要作用。
图5 渤南洼陷 压力系数与Es3油藏分布叠合图
5 结论
渤南洼陷及其周边地区发育常压带、过渡带和超压带三种压力环境，纵向上从Es1开始出现低幅度 的高压异常并随深度增加逐渐增强，在Es3和Es4s异常幅度达到最大，压力系数可达1.8及以上，平面 上高压异常主要在洼陷中心发育，向周缘逐渐变弱至常压。
压力环境决定油藏分布，异常高压作为油气运移的主要动力，在剩余压差的作用下，油气围绕洼陷 中心呈环状展布，主要分布在常压带和过渡带压力环境下。
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