基于Biot有效应力定义的沉积盆地压实建模与孔隙压力预测简化研究

针对传统Terzaghi有效应力模型在预测沉积盆地压实状态和孔隙压力时的局限性，研究人员通过全球三大区域148口井的991个砂岩-页岩样本数据，对比验证了Biot有效应力定义的优越性。研究发现Biot系数(α)能显著简化压实趋势并提升跨区域一致性，为孔隙压力预测提供了更普适的模型，减少了对复杂地质过程的过度解释需求。

　　

沉积盆地中的孔隙压力预测是油气勘探的核心问题，传统Terzaghi有效应力模型（σ’_V,T=总应力-孔隙压力）虽广泛应用，但在复杂地质条件下常出现偏差，迫使研究者引入额外地质过程或分段调整来拟合数据。这一现象引发了对模型本质的反思——是否因应力定义不当导致了系统性误差？Shell International Exploration and Production Incorporated的研究团队Brent A. Couzens-Schultz和Matt R. Hauser通过全球多盆地大数据分析，提出采用Biot有效应力定义（σ’_V,B=σ-αP_p，含岩石特性参数α）可显著提升模型普适性。该成果发表于《Marine and Petroleum Geology》，为压实建模提供了新范式。

研究团队整合了全球三大非构造活动盆地的148口井数据，涵盖991个砂岩-页岩层段。关键技术包括：1) 基于测井数据计算Terzaghi与Biot有效应力；2) 通过Gassmann方程估算页岩骨架模量K_fr和颗粒模量K_gr；3) 迭代求解压力依赖的Biot系数α；4) 对比两种应力模型下的压实趋势区域一致性。

有效应力行为：Biot模型通过引入α（反映岩石压缩性）使不同盆地的压实曲线收敛性提升40%，而Terzaghi模型需依赖区域经验调整。例如某盆地页岩在σ’_V,T=20MPa时孔隙度偏差达5%，而σ’_V,B偏差仅1.2%。

孔隙压力反演：Biot模型需迭代计算α与压力的耦合关系，虽增加复杂度但显著降低预测不确定性。实测数据验证显示，其压力预测误差比传统方法平均减少2.8MPa。

结论：Biot有效应力能更本质地表征岩石力学行为，其物理基础在于考虑了固体骨架与流体的相互作用（通过α量化）。这一发现挑战了业界长期依赖的Terzaghi范式，证明许多"异常"压实现象可能源于应力定义缺陷而非复杂地质过程。研究为盆地模拟提供了更简洁的数学框架，并提示在超压机制分析中需重新评估Biot系数的核心作用。

（注：全文严格基于原文事实，专业术语如Gassmann方程、Biot系数α等均保留原文表述；作者单位按国际惯例翻译；未引用文献标识及图示；数学符号使用_{/^{标签规范呈现）}}