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摘 要：根据莺歌海盆地底辟区压力沿井深分布特点，将超压类型分为突变型，渐变型和深部超压三种类型。基于多孔介质的渗流温度耦合理论，建立热流耦合计算模型，对底辟超压机理进行模拟分析。结果显示，对于目前该地区不同超压类型可能是流体充注不同时间段的产物；对突变式超压系统区块，可以通过泥浆温度梯度的变化来预判高压层的可能性，提前做好技术措施。
关键词：底辟，超压，热流耦合，模拟
位于南海的莺歌海盆地具有广阔的天然气勘探前景，在右旋走滑剪切的构造应力作用及异常温压影响下，盆地中央形成了规模巨大的底辟构造带[1-3]，是南海莺琼含气区重要组成部分。底辟区油气资源丰富，但底辟地层孔隙流体压力超压严重，高温高压井段长，给钻井施工及后续开发带来了很大的困难。
一、莺歌海盆地底辟区超压类型及特点
莺歌海盆地底辟形态上多样，超压系统在各构造单元变化较大、在底辟体及底辟体外部差异明显，但总体上有一定的规律性。结合已钻井资料，可以将超压系统分为深部超压型、渐变型、突变型三种类型。
在东方1-1等区块，从常压系统向强超压系统的过渡过程中，过渡带厚度较薄，压力系数很快达能到2.0 g/cm3以上，同时伴随着地层温度的突然增加，为突变式超压系统。在乐东8-1等区块，在常压系统到强超压系统的过渡中，过渡带的厚度通常较大，地层最高压力也不如突变式超压类型的高，称为渐变式压力系统。在昌南构造区等区块，超压顶界面（1.2g/cm3）一般都较深，在3000m以下，为深部超压型。
二、多孔介质热流耦合计算模型
在莺歌海盆地泥底辟区，高压一般都伴随着高温，较高的温度与强超压有一定联系。建立温度场与渗流场的耦合模型，可以分析流体从下部地层向上充注过程中对地温梯度的影响，对现场施工提供帮助。
根据岩石渗流力学及傅里叶传热定律，推导出的多孔介质渗流场-温度场耦合的控制方程如下：
式中：为多孔介质的孔隙度；为流体压缩系数；为流体热膨胀系数为；、分别为流体密度，g/cm3；为地层渗透率，um2；为流体的粘度，Pa?s；为等效热传导系数，W/（m·K）；为等效热源，W/m3。
对模型采用COMSOL软件中的General Form偏微分方程形式进行求解。
三、底辟区流体充注模拟
1.物理模型描述
建立的物理模型如图1所示，其中2、4、6求解域为渗透层，1、3、5、7求解域为盖层，8求解域为底辟区。
图1 流体充注物理模型
2.流体充注模拟不同时期压力分布特点分析
流体充注模拟前期，浅部地层的压力系数迅速升高，甚至超过2.0g/cm3，压力过渡带较薄。深部地层，孔隙流体压力释放，流体的压力系数降低，底辟体以外地层压力基本未受影响。流体充注中期，底辟体内部的压力下降（最高压力降至1.7 g/cm3左右），上部地层的压力系数相对增加，过渡层变厚，孔隙压力可达到1.4-1.5 g/cm3。充注后期，底辟体中的压力逐渐向周边地层扩散掉，超压逐渐释放，底辟区显示为常压。
流体充注对底辟体附近地层横向上影响范围较小，一般不超过底辟体横向尺寸的30%，本文曾选择不同模型的宽度进行模拟，模拟得出的结果相似。
莺歌海盆地上部地层的封闭条件并不理想，对于底辟区目前仍具备的强超压现象，说明这种流体充注现象仍然正在发生。目前遇到的三种超压类型，可能是流体幕式充注某个时间段上的表现。
3.流体充注对地层温度影响
流体向上部地层的充注，把下部地层的高温流体带到上部，使上部地层的温度增加。这与人们认为底辟体内为一个“高温超压包”的认识是相符的。浅部地层，地温梯度大，但实际上地层的温度并不是太高，在钻井过程中，对地层较浅的层位，并不用考虑采用抗高温的泥浆。底辟体顶部附近的地层，实际地层温度比较高，对于底辟体内部，本身的高温强高压是钻井施工需要强烈关注的危险地区，最好能够避免直接在底辟体内部及其邻近地层的进行施工。另外，一般情况下，地层中的热传导系数的差异性没有渗透率的差异性那么大，如果在底辟体上部存在盖层的话，温度的扩散要比压力的扩散更为明显。尤其对于突变式超压系统，可以通过泥浆温度梯度的变化来预判高压层的可能性，提前做好技术措施，减少施工风险。
四、结论
1.根据底辟区已钻井资料分析，将超压系统分为深部超压型、渐变型、突变型三种类型。
2.底辟体三种超压类型的压力分布特点与流体充注模拟不同时间段压力分布特点相似；三种超压类型可能是流体幕式充注不同时间段上的表现。流体充注过程中，对底辟体附近地层的影响范围较小，一般不超过底辟体宽度的30%。
3.通过对温度分布的分析，认为超压与高温的分布存在着一致性，对于突变式超压系统区块，可以通过泥浆温度梯度的变化来预判高压层的可能性，提前做好技术措施，减少施工风险。
参考文献
[1] 单家曾，张启明.莺歌海盆地泥底辟的成因机制[J]. 石油勘探与开发，1994，21（2）：106-107.
[2] Secor D.T. Role of fluid pressure in jointing [J]. American Journal of Science，1965，263： 633-646.
[3] 张树林，黄耀琴，黄雄伟.流体底辟构造及其成因探讨[J]. 地质科技情报，1999，18（2）：19-22.
作者简介
陈忠帅 （1985-），男（汉族），工程师，硕士研究生，毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，现在胜利油田钻井工艺研究院从事钻井工艺与井下工具研究工作。
关键词：底辟，超压，热流耦合，模拟
位于南海的莺歌海盆地具有广阔的天然气勘探前景，在右旋走滑剪切的构造应力作用及异常温压影响下，盆地中央形成了规模巨大的底辟构造带[1-3]，是南海莺琼含气区重要组成部分。底辟区油气资源丰富，但底辟地层孔隙流体压力超压严重，高温高压井段长，给钻井施工及后续开发带来了很大的困难。
一、莺歌海盆地底辟区超压类型及特点
莺歌海盆地底辟形态上多样，超压系统在各构造单元变化较大、在底辟体及底辟体外部差异明显，但总体上有一定的规律性。结合已钻井资料，可以将超压系统分为深部超压型、渐变型、突变型三种类型。
在东方1-1等区块，从常压系统向强超压系统的过渡过程中，过渡带厚度较薄，压力系数很快达能到2.0 g/cm3以上，同时伴随着地层温度的突然增加，为突变式超压系统。在乐东8-1等区块，在常压系统到强超压系统的过渡中，过渡带的厚度通常较大，地层最高压力也不如突变式超压类型的高，称为渐变式压力系统。在昌南构造区等区块，超压顶界面（1.2g/cm3）一般都较深，在3000m以下，为深部超压型。
二、多孔介质热流耦合计算模型
在莺歌海盆地泥底辟区，高压一般都伴随着高温，较高的温度与强超压有一定联系。建立温度场与渗流场的耦合模型，可以分析流体从下部地层向上充注过程中对地温梯度的影响，对现场施工提供帮助。
根据岩石渗流力学及傅里叶传热定律，推导出的多孔介质渗流场-温度场耦合的控制方程如下：
式中：为多孔介质的孔隙度；为流体压缩系数；为流体热膨胀系数为；、分别为流体密度，g/cm3；为地层渗透率，um2；为流体的粘度，Pa?s；为等效热传导系数，W/（m·K）；为等效热源，W/m3。
对模型采用COMSOL软件中的General Form偏微分方程形式进行求解。
三、底辟区流体充注模拟
1.物理模型描述
建立的物理模型如图1所示，其中2、4、6求解域为渗透层，1、3、5、7求解域为盖层，8求解域为底辟区。
图1 流体充注物理模型
2.流体充注模拟不同时期压力分布特点分析
流体充注模拟前期，浅部地层的压力系数迅速升高，甚至超过2.0g/cm3，压力过渡带较薄。深部地层，孔隙流体压力释放，流体的压力系数降低，底辟体以外地层压力基本未受影响。流体充注中期，底辟体内部的压力下降（最高压力降至1.7 g/cm3左右），上部地层的压力系数相对增加，过渡层变厚，孔隙压力可达到1.4-1.5 g/cm3。充注后期，底辟体中的压力逐渐向周边地层扩散掉，超压逐渐释放，底辟区显示为常压。
流体充注对底辟体附近地层横向上影响范围较小，一般不超过底辟体横向尺寸的30%，本文曾选择不同模型的宽度进行模拟，模拟得出的结果相似。
莺歌海盆地上部地层的封闭条件并不理想，对于底辟区目前仍具备的强超压现象，说明这种流体充注现象仍然正在发生。目前遇到的三种超压类型，可能是流体幕式充注某个时间段上的表现。
3.流体充注对地层温度影响
流体向上部地层的充注，把下部地层的高温流体带到上部，使上部地层的温度增加。这与人们认为底辟体内为一个“高温超压包”的认识是相符的。浅部地层，地温梯度大，但实际上地层的温度并不是太高，在钻井过程中，对地层较浅的层位，并不用考虑采用抗高温的泥浆。底辟体顶部附近的地层，实际地层温度比较高，对于底辟体内部，本身的高温强高压是钻井施工需要强烈关注的危险地区，最好能够避免直接在底辟体内部及其邻近地层的进行施工。另外，一般情况下，地层中的热传导系数的差异性没有渗透率的差异性那么大，如果在底辟体上部存在盖层的话，温度的扩散要比压力的扩散更为明显。尤其对于突变式超压系统，可以通过泥浆温度梯度的变化来预判高压层的可能性，提前做好技术措施，减少施工风险。
四、结论
1.根据底辟区已钻井资料分析，将超压系统分为深部超压型、渐变型、突变型三种类型。
2.底辟体三种超压类型的压力分布特点与流体充注模拟不同时间段压力分布特点相似；三种超压类型可能是流体幕式充注不同时间段上的表现。流体充注过程中，对底辟体附近地层的影响范围较小，一般不超过底辟体宽度的30%。
3.通过对温度分布的分析，认为超压与高温的分布存在着一致性，对于突变式超压系统区块，可以通过泥浆温度梯度的变化来预判高压层的可能性，提前做好技术措施，减少施工风险。
参考文献
[1] 单家曾，张启明.莺歌海盆地泥底辟的成因机制[J]. 石油勘探与开发，1994，21（2）：106-107.
[2] Secor D.T. Role of fluid pressure in jointing [J]. American Journal of Science，1965，263： 633-646.
[3] 张树林，黄耀琴，黄雄伟.流体底辟构造及其成因探讨[J]. 地质科技情报，1999，18（2）：19-22.
作者简介
陈忠帅 （1985-），男（汉族），工程师，硕士研究生，毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，现在胜利油田钻井工艺研究院从事钻井工艺与井下工具研究工作。