欠压实作用下地层异常压力定量评价方法及应用
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ａｎｄ ｈａｓ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎ⁃
ｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍａｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ， ｒｅｍａｉｎ ｕｎｃｈａｎｇｅｄ ｏｒ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｂｕｒ⁃
中图分类号：ＴＥ１２２ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号： １００６－６５３５（２０２３）０６－００２３－０８
Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｎｏｍａｌｏｕｓ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｉａｌ ｄｅｐｔｈ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｂｕｒｉａｌ ｄｅｐｔｈ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｈａｌｌ ｎｏｔ ｂｅ ｎｅｇｌｅｃｔｅｄ； ｔｈｅ
ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｆｏｒｍ ｂｏｔｈ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ
多于异常低压油气藏，学术界对异常压力的研究主
要集中于异常高压。 目前已提出的异常高压形成
机理有 １０ 多种，但普遍认为欠压实作用是异常高
压形成的主要原因
［１－４］
。 欠压实理论认为
［１］
：随着
地层埋深增大，地层孔隙体积不断减小，若地层流
体顺利排出，则孔隙流体压力与静水压力相当；若
闭地层初始深度为 ２ ０００ ０ ｍ， 地层压力为 ２０ ０
σ Ｈ１ －ϕ １ ｐ ｐ１ ＝ σ ｈ１ －ϕ １ ｐ ｐ１ ＝
ｖ
（ σ －ϕ ｐ ） （４）
－
１ ｖ ｚ０ ０ ｐ０
ｖ
（ σ －ϕ ｐ ） （５）
１ －ｖ ｚ１ １ ｐ１
式中：ϕ ０ 、ϕ １ 分别为地层初始状态、埋深增大之后
的孔隙度，％；ｖ 为岩石泊松比。
（３） 体积。 封闭地层埋深增大过程中，地层流
欠压实作用既可形成异常高压也可形成异常低压；地层压力及压力系数的变化与流体和岩石
的物理性质、地层深度增量及初始深度有关；流体的压缩系数、地层深度增量的影响较为显著，
其他因素的影响相对较弱。 研究成果突破了前人对欠压实作用与异常高压关系的认知，丰富
和发展了欠压实理论。
关键词：欠压实；地层压力；异常压力；压力系数；压缩系数；影响因素；评价模型
ｃｉｅｎｔ； ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ； ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
收稿日期：２０２３０４１０；改回日期：２０２３０９１０
基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金“ 欠压实作用形成异常高压机理及定量评价方法研究” （２０２１Ｄ０１Ａ２８）
作者简介：周鹏高（１９８１—） ，男，副教授，２００４ 年毕业于西南石油学院资源勘查工程专业，２００７ 年毕业于西南石油大学油气井工程专业，获硕士学位，现主
用前后地层岩石与流体的温度、应力、体积和孔隙
预测方面开展了大量研究，提出了等效深度法
伊顿法
［６］
、Ｂｏｗｅｒｓ 方法
［７］
［５］
、测井参数综合解释法
、
［８］
度的变化特点。
（１） 温度。 地层的沉积过程要经过漫长地质
等。 但上述方法均属于经验模型，不具备通用性，
年代，沉积地层有足够时间与围岩进行充分的热交
ｔｈｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ａｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ
ｗｅａｋ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｒｅａｋ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｎｄ
要从事石油工程岩石力学方面的教学与科研工作。
２４
第 ３０ 卷
特种油气藏
高压；若地层压力增量小于相应的静水压力增量，
０ 引 言
则压力系数减小，形成异常低压。 例如：假设某封
地层压力与油气生成、运移、聚集成藏密切相
关，研究异常压力的成因机理和预测方法对于油气
勘探具有重要指导作用。 由于异常高压油气藏远
量，Ｋ。
（２） 应力。 含有流体的封闭地层，受内外应力
共同作用。 初始状态，地层所受外应力为最大水平
地应力 σ Ｈ０ （ ＭＰａ） 、最小水平地应力 σ ｈ０ （ ＭＰａ） 和
垂向应力 σ ｚ０（ ＭＰａ） ，内应力为地层压力（ 即孔隙流
体压力） ｐ ｐ０ （ ＭＰａ） 。 地层埋深增大之后，最大、最
ｂｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｓｔｒｅｓｓ， ｆｌｕｉｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ， ａｎｄ ｄｅｐｔｈ ｃｈａｎｇｅ． Ｔｈｅ
ｍｏｄｅｌ ｉｓ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｔｈ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｇｅｎｅｓｉｓ，
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｒｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｃｋ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅ⁃
ｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｄｅｐｔｈ； ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ａｎｄ
ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｆｌｕｉｄ ｖｏｌｕｍｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉａ， ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ
小水平地应力和垂向应力、 地层压力 分 别 为 σ Ｈ１
（ ＭＰａ） 、σ ｈ１（ ＭＰａ） 、σ ｚ１（ ＭＰａ） 、ｐ ｐ１（ ＭＰａ） 。
由于岩石受内、外应力共同作用，在分析岩石
弹性变形时需使用有效应力 ［１０］ ：
σ ｅ ＝ σ －ϕｐ ｐ
（３）
式中：σ ｅ 为岩石有效应力，ＭＰａ；σ 为外应力（ 地应
ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ， ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｎｏｔ ｇｅｎｅｒａｌｉｚａｂｌｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｙ ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｆｏｒ
ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎ， ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｒｏｃｋ ｐｏｒｅ
且预测精度受多方面因素制约。
换，最终达到平衡状态，岩石骨架、流体、围岩之间
一定数量的地层流体，其压力（ 即地层压力）
大小取决于岩石孔隙体积与流体体积两方面。 欠
压实作用下封闭地层埋深增大后，温度、应力发生
变化，岩石 －流体系统受力状态及体积变化极为复
杂，目前尚未见到从岩石孔隙体积与流体体积角度
定量研究异常压力的相关报道。 根据多孔介质弹
条件是地层孔隙空间必须为一个封闭系统，只有封
闭的地层在某些特定条件下才能形成异常压
力
［９］
。 地层压力异常与否，与压力大小无直接关
系，而取决于压力系数。 欠压实作用下地层埋深和
压力均会增大，但压力系数可能增大、也可能不变
或减小。 若初始状态地层压力等于静水压力（ 压
力系数为 １ ００） ，埋深增大后若地层压力增量大于
相应的静水压力增量，则压力系数增大，形成异常
的温度相等。 若地温梯度为 γ（ Ｋ ／ ｍ） ，初始状态、
埋深增大之后，地层深度分别为 Ｄ ０（ ｍ） 、Ｄ １（ ｍ） ，地
层温度对应为 Ｔ０（ Ｋ） 、Ｔ１（ Ｋ） ，则有：
ΔＤ ＝ Ｄ １ －Ｄ ０
ΔＴ ＝ Ｔ１ －Ｔ０ ＝ γΔＤ
（１）
（２）
式中：ΔＤ 为地层深度增量， ｍ； ΔＴ 为地层温度增
性力学理论，全面考虑温度、应力、流体成分、深度
变化等因素，分析了欠压实作用下岩石 － 流体系统
受力状态，建立了地层压力及压力系数的定量评价
模型，讨论了欠压实作用下地层压力的变化规律，
进而丰富和发展了欠压实理论。
１ 异常压力的产生条件
开放的地层系统中，孔隙中的流体可以自由流
动，无法形成异常地层压力。 形成异常压力的前提
２ 岩石孔隙与流体变化特点
由于某种原因导致孔隙流体未能及时排出或排出
地层沉积过程中，岩石和流体所受的温度、应
受阻，孔隙中流体承受的上覆地层负荷增大，孔隙
力发生变化，岩石骨架与孔隙流体相互作用，受力
流体压力将高于相应的静水压力，形成异常高压。
状态复杂。 以下针对某一封闭地层，分析欠压实作
以欠压实理论为基础，国内外学者在异常压力定量
力） ，ＭＰａ；ｐ ｐ 为内应力（ 地层压力） ，ＭＰａ；ϕ 为孔隙
度，％。
地层初始状态和埋深增大之后，若水平地应力
均匀分布，则水平方向和垂直方向的有效地应力之
间满足如下关系式 ［１１］ ：
第６期
２５
周鹏高：欠压实作用下地层异常压力定量评价方法及应用
σ Ｈ０ －ϕ ０ ｐ ｐ０ ＝ σ ｈ０ －ϕ ０ ｐ ｐ０ ＝
的定量研究。 根据多孔介质弹性力学理论，考虑温度、应力、流体成分、深度变化等因素，建立
了欠压实作用下地层异常压力及压力系数的定量评价模型。 该模型适用于欠压实作用为主要
成因的异常地层压力评价，具有较高的精度。 模拟计算结果表明：欠压实作用下地层压力增
大，但由于埋深增大，压力系数可能增大、不变或减小，埋深增大对压力系数的影响不容忽视；
ＤＯＩ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １００６－６５３５ ２０２３ ０６ ００４
欠压实作用下地层异常压力
定量评价方法及应用
周鹏高
（ 克拉玛依职业技术学院，新疆 克拉玛依 ８３４０００）
摘要：目前以欠压实理论为基础的地层压力预测方法本质上均属于经验模型，不具备通用性，
且预测精度受多方面因素制约。 为此，从岩石孔隙体积与流体体积角度开展了异常地层压力
深增大之后，孔隙度满足如下关系式：
ＭＰａ，埋深增大到Leabharlann ３ ０００ ０ ｍ，相应的静水压力增量
为 １０ １ ＭＰａ；若地层压力增量大于 １０ １ ＭＰａ，则压
力系数大于 １ ００；反之，若地层压力增量小于 １０ １
ＭＰａ，则压力系数小于 １ ００。 由上述分析可以看
出，欠压实作用下地层埋深增大后，形成异常高压、
正常压力、异常低压均有可能。
ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ， ａｎｄ ｅｎｒｉｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ； ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ； ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉ⁃
Ｚｈｏｕ Ｐｅｎｇｇａｏ
（ Ｋａｒａｍａｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ＆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｋａｒａｍａｙ， Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８３４０００， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｒｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ
ｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍａｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ， ｒｅｍａｉｎ ｕｎｃｈａｎｇｅｄ ｏｒ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｂｕｒ⁃
中图分类号：ＴＥ１２２ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号： １００６－６５３５（２０２３）０６－００２３－０８
Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｎｏｍａｌｏｕｓ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｉａｌ ｄｅｐｔｈ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｂｕｒｉａｌ ｄｅｐｔｈ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｈａｌｌ ｎｏｔ ｂｅ ｎｅｇｌｅｃｔｅｄ； ｔｈｅ
ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｆｏｒｍ ｂｏｔｈ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ
多于异常低压油气藏，学术界对异常压力的研究主
要集中于异常高压。 目前已提出的异常高压形成
机理有 １０ 多种，但普遍认为欠压实作用是异常高
压形成的主要原因
［１－４］
。 欠压实理论认为
［１］
：随着
地层埋深增大，地层孔隙体积不断减小，若地层流
体顺利排出，则孔隙流体压力与静水压力相当；若
闭地层初始深度为 ２ ０００ ０ ｍ， 地层压力为 ２０ ０
σ Ｈ１ －ϕ １ ｐ ｐ１ ＝ σ ｈ１ －ϕ １ ｐ ｐ１ ＝
ｖ
（ σ －ϕ ｐ ） （４）
－
１ ｖ ｚ０ ０ ｐ０
ｖ
（ σ －ϕ ｐ ） （５）
１ －ｖ ｚ１ １ ｐ１
式中：ϕ ０ 、ϕ １ 分别为地层初始状态、埋深增大之后
的孔隙度，％；ｖ 为岩石泊松比。
（３） 体积。 封闭地层埋深增大过程中，地层流
欠压实作用既可形成异常高压也可形成异常低压；地层压力及压力系数的变化与流体和岩石
的物理性质、地层深度增量及初始深度有关；流体的压缩系数、地层深度增量的影响较为显著，
其他因素的影响相对较弱。 研究成果突破了前人对欠压实作用与异常高压关系的认知，丰富
和发展了欠压实理论。
关键词：欠压实；地层压力；异常压力；压力系数；压缩系数；影响因素；评价模型
ｃｉｅｎｔ； ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ； ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
收稿日期：２０２３０４１０；改回日期：２０２３０９１０
基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金“ 欠压实作用形成异常高压机理及定量评价方法研究” （２０２１Ｄ０１Ａ２８）
作者简介：周鹏高（１９８１—） ，男，副教授，２００４ 年毕业于西南石油学院资源勘查工程专业，２００７ 年毕业于西南石油大学油气井工程专业，获硕士学位，现主
用前后地层岩石与流体的温度、应力、体积和孔隙
预测方面开展了大量研究，提出了等效深度法
伊顿法
［６］
、Ｂｏｗｅｒｓ 方法
［７］
［５］
、测井参数综合解释法
、
［８］
度的变化特点。
（１） 温度。 地层的沉积过程要经过漫长地质
等。 但上述方法均属于经验模型，不具备通用性，
年代，沉积地层有足够时间与围岩进行充分的热交
ｔｈｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ａｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ
ｗｅａｋ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｒｅａｋ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｎｄ
要从事石油工程岩石力学方面的教学与科研工作。
２４
第 ３０ 卷
特种油气藏
高压；若地层压力增量小于相应的静水压力增量，
０ 引 言
则压力系数减小，形成异常低压。 例如：假设某封
地层压力与油气生成、运移、聚集成藏密切相
关，研究异常压力的成因机理和预测方法对于油气
勘探具有重要指导作用。 由于异常高压油气藏远
量，Ｋ。
（２） 应力。 含有流体的封闭地层，受内外应力
共同作用。 初始状态，地层所受外应力为最大水平
地应力 σ Ｈ０ （ ＭＰａ） 、最小水平地应力 σ ｈ０ （ ＭＰａ） 和
垂向应力 σ ｚ０（ ＭＰａ） ，内应力为地层压力（ 即孔隙流
体压力） ｐ ｐ０ （ ＭＰａ） 。 地层埋深增大之后，最大、最
ｂｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｓｔｒｅｓｓ， ｆｌｕｉｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ， ａｎｄ ｄｅｐｔｈ ｃｈａｎｇｅ． Ｔｈｅ
ｍｏｄｅｌ ｉｓ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｔｈ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｇｅｎｅｓｉｓ，
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｒｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｃｋ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅ⁃
ｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｄｅｐｔｈ； ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ａｎｄ
ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｆｌｕｉｄ ｖｏｌｕｍｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉａ， ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ
小水平地应力和垂向应力、 地层压力 分 别 为 σ Ｈ１
（ ＭＰａ） 、σ ｈ１（ ＭＰａ） 、σ ｚ１（ ＭＰａ） 、ｐ ｐ１（ ＭＰａ） 。
由于岩石受内、外应力共同作用，在分析岩石
弹性变形时需使用有效应力 ［１０］ ：
σ ｅ ＝ σ －ϕｐ ｐ
（３）
式中：σ ｅ 为岩石有效应力，ＭＰａ；σ 为外应力（ 地应
ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ， ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｎｏｔ ｇｅｎｅｒａｌｉｚａｂｌｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｙ ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｆｏｒ
ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎ， ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｒｏｃｋ ｐｏｒｅ
且预测精度受多方面因素制约。
换，最终达到平衡状态，岩石骨架、流体、围岩之间
一定数量的地层流体，其压力（ 即地层压力）
大小取决于岩石孔隙体积与流体体积两方面。 欠
压实作用下封闭地层埋深增大后，温度、应力发生
变化，岩石 －流体系统受力状态及体积变化极为复
杂，目前尚未见到从岩石孔隙体积与流体体积角度
定量研究异常压力的相关报道。 根据多孔介质弹
条件是地层孔隙空间必须为一个封闭系统，只有封
闭的地层在某些特定条件下才能形成异常压
力
［９］
。 地层压力异常与否，与压力大小无直接关
系，而取决于压力系数。 欠压实作用下地层埋深和
压力均会增大，但压力系数可能增大、也可能不变
或减小。 若初始状态地层压力等于静水压力（ 压
力系数为 １ ００） ，埋深增大后若地层压力增量大于
相应的静水压力增量，则压力系数增大，形成异常
的温度相等。 若地温梯度为 γ（ Ｋ ／ ｍ） ，初始状态、
埋深增大之后，地层深度分别为 Ｄ ０（ ｍ） 、Ｄ １（ ｍ） ，地
层温度对应为 Ｔ０（ Ｋ） 、Ｔ１（ Ｋ） ，则有：
ΔＤ ＝ Ｄ １ －Ｄ ０
ΔＴ ＝ Ｔ１ －Ｔ０ ＝ γΔＤ
（１）
（２）
式中：ΔＤ 为地层深度增量， ｍ； ΔＴ 为地层温度增
性力学理论，全面考虑温度、应力、流体成分、深度
变化等因素，分析了欠压实作用下岩石 － 流体系统
受力状态，建立了地层压力及压力系数的定量评价
模型，讨论了欠压实作用下地层压力的变化规律，
进而丰富和发展了欠压实理论。
１ 异常压力的产生条件
开放的地层系统中，孔隙中的流体可以自由流
动，无法形成异常地层压力。 形成异常压力的前提
２ 岩石孔隙与流体变化特点
由于某种原因导致孔隙流体未能及时排出或排出
地层沉积过程中，岩石和流体所受的温度、应
受阻，孔隙中流体承受的上覆地层负荷增大，孔隙
力发生变化，岩石骨架与孔隙流体相互作用，受力
流体压力将高于相应的静水压力，形成异常高压。
状态复杂。 以下针对某一封闭地层，分析欠压实作
以欠压实理论为基础，国内外学者在异常压力定量
力） ，ＭＰａ；ｐ ｐ 为内应力（ 地层压力） ，ＭＰａ；ϕ 为孔隙
度，％。
地层初始状态和埋深增大之后，若水平地应力
均匀分布，则水平方向和垂直方向的有效地应力之
间满足如下关系式 ［１１］ ：
第６期
２５
周鹏高：欠压实作用下地层异常压力定量评价方法及应用
σ Ｈ０ －ϕ ０ ｐ ｐ０ ＝ σ ｈ０ －ϕ ０ ｐ ｐ０ ＝
的定量研究。 根据多孔介质弹性力学理论，考虑温度、应力、流体成分、深度变化等因素，建立
了欠压实作用下地层异常压力及压力系数的定量评价模型。 该模型适用于欠压实作用为主要
成因的异常地层压力评价，具有较高的精度。 模拟计算结果表明：欠压实作用下地层压力增
大，但由于埋深增大，压力系数可能增大、不变或减小，埋深增大对压力系数的影响不容忽视；
ＤＯＩ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １００６－６５３５ ２０２３ ０６ ００４
欠压实作用下地层异常压力
定量评价方法及应用
周鹏高
（ 克拉玛依职业技术学院，新疆 克拉玛依 ８３４０００）
摘要：目前以欠压实理论为基础的地层压力预测方法本质上均属于经验模型，不具备通用性，
且预测精度受多方面因素制约。 为此，从岩石孔隙体积与流体体积角度开展了异常地层压力
深增大之后，孔隙度满足如下关系式：
ＭＰａ，埋深增大到Leabharlann ３ ０００ ０ ｍ，相应的静水压力增量
为 １０ １ ＭＰａ；若地层压力增量大于 １０ １ ＭＰａ，则压
力系数大于 １ ００；反之，若地层压力增量小于 １０ １
ＭＰａ，则压力系数小于 １ ００。 由上述分析可以看
出，欠压实作用下地层埋深增大后，形成异常高压、
正常压力、异常低压均有可能。
ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ， ａｎｄ ｅｎｒｉｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ； ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ； ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉ⁃
Ｚｈｏｕ Ｐｅｎｇｇａｏ
（ Ｋａｒａｍａｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ＆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｋａｒａｍａｙ， Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８３４０００， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｒｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ