《Geosciences》：Genesis and Prediction Method of Local Abnormal Pressure in Carbonate Strata Controlled by Strike–Slip Faults: A Case Study of the Fudong Block, Fuman Oilfield, Tarim Basin
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塔里木盆地超深奥陶系碳酸盐岩是中国油气勘探的重要目标。然而，局部异常高压带来了重大井控风险，损害钻井安全与勘探成效。本研究利用钻井、地震及试井数据对富满油田富东区块开展研究。研究人员开发了一套融合井震数据、基于应力-裂缝-压力框架的高分辨率分层地层压力预测工作
塔里木盆地超深奥陶系碳酸盐岩是中国油气勘探的重要目标。然而，局部异常高压带来了重大井控风险，损害钻井安全与勘探成效。本研究利用钻井、地震及试井数据对富满油田富东区块开展研究。研究人员开发了一套融合井震数据、基于应力-裂缝-压力框架的高分辨率分层地层压力预测工作流程。该流程综合了地质力学建模、地应力场与裂缝分布预测、应力-裂缝匹配、基于Biot理论的压力预测以及针对钻井观测的迭代标定。结果表明：(1)异常高压集中于次级断裂、分支断裂及北西向断裂附近，受构造挤压、裂缝-孔洞体封闭保压及流体充注共同控制，纵向上多套压力系统独立叠置，其显著非均质性与次级断裂发育程度及裂缝-孔洞连通性密切相关；(2)钻井扰动可产生表观异常高压并导致压力解释失真，异常高压井常表现为先溢流后井漏或溢漏同存，钻井液侵入封闭裂缝-孔洞体导致压力积聚；(3)地层压力是地质-工程一体化甜点评价的关键参数，与井壁稳定性密切相关。现场应用证实了该工作流程的准确性。该方法强化了地质-工程一体化评价，为超深碳酸盐岩储层安全高效开发提供了实践依据。
**超深走滑断裂控储碳酸盐岩局部异常压力成因机制与预测方法研究——以塔里木盆地富满油田富东区块为例的论文解读**
**一、研究背景与科学问题**
超深碳酸盐岩储层是全球油气勘探的前沿领域，塔里木盆地、四川盆地等相继取得重大突破。在中国，塔里木盆地超深碳酸盐岩是勘探主战场，其中埋深超过7000米的奥陶系一间房组和鹰山组裂缝-孔洞型储层资源潜力巨大，是储量与产量增长的核心。然而，局部异常高压频繁引发溢流、井漏及井眼堵塞等工程事故，严重威胁钻井安全与勘探成效。前人研究主要聚焦于盆地尺度或主干断裂带，对走滑断裂次级分支、马尾状构造及断裂不发育区附近的局部异常高压成因机制认识不清，导致井间压力差异难以解释。同时，地质成因异常高压与钻井诱导表观异常高压尚未有效区分，尤其缺乏针对重力置换钻井液及封闭储集体内漏失-增压循环所致表观压力升高的判识标准。现有预测方法如Eaton法、地震反演及有限元模拟等在碎屑岩中应用广泛，但裂缝-孔洞型碳酸盐岩极强的非均质性、声波速度对压力敏感性弱以及裂缝效应常导致预测失真。因此，亟需发展适用于超深走滑断裂控储层的高分辨率压力预测方法。
**二、研究内容与结论**
针对上述问题，研究人员以塔里木盆地富满油田富东区块为对象，通过钻井、地震及试井资料的综合分析，开发了一套井震融合的高分辨率分层压力预测工作流程。该流程以应力-裂缝-压力耦合为核心，通过地质力学建模、地应力场预测、裂缝定量预测、基于Biot理论的压力计算及钻井实测迭代标定，实现了纵向上多套压力系统的精细划分。研究得出以下主要结论：其一，富东区块碳酸盐岩局部异常高压主要分布于次级断裂、分支断裂及北西向断裂附近，受构造挤压、裂缝-孔洞体封闭保压及流体充注共同控制；纵向上多套压力系统独立叠置，其非均质性与次级断裂发育程度和裂缝-孔洞连通性密切相关。其二，钻井扰动可产生表观异常高压并导致地层压力误判，溢流后井漏或溢漏同存是研究区异常高压井的典型特征；钻井液侵入封闭裂缝-孔洞体导致压力积聚，定量分析表明，在定容条件下，气井每漏失100 m3钻井液可使压力系数升高约0.06。其三，地层压力是地质-工程一体化甜点评价的关键参数，与井壁稳定性密切相关；多井盲测验证表明，预测压力系数与实测值相对误差为4.09%~6.90%，证实了该方法的有效性。该研究发表于《Geosciences》，其重要意义在于：首次系统建立了超深走滑断裂控碳酸盐岩储层局部异常高压的成因模式与定量判识标准，为地质-工程一体化评价和钻井安全提供了可靠的技术支撑。
**三、主要技术方法**
研究人员主要采用了以下关键技术方法：(1)基于Petrel软件构建了覆盖约200 km2的三维地质力学模型，采用20 m×20 m水平网格，目标层段细分为40个垂向层，网格单元约210万个，通过克里金插值将五口关键井的一维地质力学参数传播至三维空间；(2)利用叠后波阻抗反演与叠前同时AVO反演获取三维纵波速度、横波速度及密度体，通过有限元模拟求解现今地应力场；(3)以成像测井裂缝密度为目标变量，融合曲率、相干、蚂蚁体及瞬时频率衰减梯度等敏感地震属性，采用概率神经网络生成三维裂缝发育指数(FDI)，并以滑动趋势(ST=τ/σn)评价裂缝力学有效性；(4)基于Biot-Gassmann理论，将裂缝密度与干岩石体积模量及Biot有效应力系数建立经验关系，结合声波速度反演结果计算地层压力；(5)通过钻井实测压力、井控响应及裂缝钻遇情况对预测结果进行迭代标定与验证。样本来源于塔里木盆地富满油田富东区块，截至2025年3月共完钻15口井。
**四、研究结果**
**4.1 三维地质力学模型构建**
研究人员构建了覆盖约200 km2的三维地质模型，为应力与裂缝预测提供力学基础。有限元模拟结果表明，富东区块现今最大水平主应力方向以NNE-SSW向为主，最大与最小水平主应力梯度分别为0.0233 MPa/m和0.0191 MPa/m。FD105井位于相对低应力区，有利于储层保存；鹰山组在断裂密集发育段应力降低约8 MPa，强挤压与复杂裂缝构造叠合区与异常高压区高度重合。
**4.2 裂缝预测与力学有效性评价**
基于概率神经网络融合多种地震属性，预测了鹰山组发育N-S向和NE向两组优势裂缝。FD105井裂缝强度随深度变化显著：鹰山组二段上部裂缝稀疏，但构造复杂，ST值约0.2~0.3，裂缝连通性差，利于异常高压形成；二段下部裂缝发育且连通性好，ST值增至0.6~0.7，力学活性高，压力易于消散。
**4.3 储层压力预测与多井验证**
压力预测结果显示，一间房组压力系数约1.20，鹰山组呈现出十个亚段的压力系数交替变化：① 1.20、② 1.90~2.00、③ 1.50~1.60、④ 1.95~2.05、⑤ 1.35~1.45、⑥ 1.60~1.70、⑦ 1.30~1.40、⑧ 1.60~1.70、⑨ 1.35~1.45、⑩ 1.50~1.60，反映多套独立压力系统纵向叠置。盲测验证中，FD1井实测压力系数1.54与预测值1.47的相对误差为4.55%，FD101井实测1.71与预测1.78的相对误差为4.09%。FD105井随钻实测主高压区压力系数约1.65，与预测吻合。
**4.4 井壁稳定性评价**
基于预测压力场评价了FD105井井壁稳定性。垂直轨迹整体稳定性最佳；一间房组较稳定，钻井风险低；鹰山组二段上部中等异常高压叠加较高地应力，稳定性较差，需适当提高泥浆密度；二段下部应力较低但裂缝发育、连通性好，需优化泥浆密度以避免井漏。
**五、讨论与结论**
异常高压的成因机制可归为地质因素与钻井因素两大类。地质方面，基于Riedel剪切模型，次级断裂为加里东期主干走滑断裂运动形成的R剪切，形成早、连通性差、晚期活化弱，构造应力难以有效消散而在局部弱带积聚；定容封闭的滩坝体储层连通性差，流体无法通过断裂系统有效排放，压力随时间累积；喜山期干气充注产生体积膨胀，加之快速埋藏引起的欠压实和热膨胀共同抬升压力。钻井方面，重力置换溢流和钻井液漏失引起的压力积聚是表观异常高压的主要机制。定量分析表明，裂缝-孔洞体体积越小或漏失量越大，压力响应越强；气井比油井对漏失更敏感。研究建立了三条诊断钻井诱导表观异常高压的定量判据：累计漏失超100 m3后ΔPc≥0.3、关井压力可释放性(≥15%)、溢漏同存且有效泥浆密度窗口小于0.05 g/cm3。
研究结论：(1)富东区块碳酸盐岩局部异常高压主要分布于次级断裂、分支断裂及NW向断裂附近，受构造挤压、定容裂缝-孔洞体保压及流体充注共同控制，纵向上多套压力系统叠置，非均质性显著；(2)鹰山组发育多套纵向叠置压力系统，预测方法可有效识别三个主要压力区间，压力系数突变边界与裂缝密度及Biot有效应力系数变化一致，证实裂缝网络控制压力系统边界；(3)钻井扰动可产生表观异常高压，定容条件下气井每漏失100 m3钻井液可使压力系数升高约0.06，累计漏失超100 m3且ΔPc≥0.3时，可释放的关井压力及小于0.05 g/cm3的溢漏同存窗口为钻井诱导表观异常高压的诊断证据；(4)多井盲测误差为4.09%~6.90%，证实了该方法对钻井工程的实用价值；(5)方法仍存在局限，地震反演无法分辨有效分辨率以下的孤立裂缝-孔洞体，裂缝密度与孔弹参数转换关系基于有限岩心数据标定，外推可能引入误差，未来应结合地质统计与机器学习提高参数标定的可移植性，并同化实时钻井数据以降低动态压力预测的不确定性。
