一种基于压实校正等时地层界面追踪对比方法技术领域
本发明属于油田基础地质技术领域，涉及一种基于压实校正等时地层
界面追踪对比方法。
背景技术
砂岩、泥岩在埋藏成岩过程中，普遍存在压实作用，物理实验模拟及
现代沉积也证实了这一点。以泥岩为例，在与水接触的沉积表面，孔隙饱
含水可达90％左右，当埋深达到0.9-3m时，泥岩中的孔隙水大量且快速排
出，孔隙度迅速降低到60％作用，直至埋藏30m左右，孔隙度都一直保持
稳定，如果随着埋深的进一步增加，则孔隙度又进一步遵循指数函数递减，
直至递减到1-2％左右时，又再次保持稳定，而砂岩初始孔隙度要比泥岩低
得多，主要原因是砂岩中饱含水的类型较单一，以孔隙水为主，因此，砂
岩主要靠排出粒间孔隙水的方式减小岩性体积，而泥岩则不同，不仅有孔
隙水，还有吸附水、层间水和结构水，这些水类型的存在，大大增加了泥
岩中饱含的水量，加之泥岩中粘土矿物对水强吸附性，如高岭石和蒙脱石
就是这类型矿物，它们在层间吸附了较多水分子，产生了大量层间水，随
着压实强度的增强，这些水分子层会逐渐脱去，使泥岩中大量水得以排出，
从而，大大减小了泥岩的体积。上述分析，都说明不论砂岩还是泥岩都存
在不同程度压实作用，且差异性明显。
冲积平原的形成与河流在开阔地冲刷沉积作用密切相关，河流作用的
结果形成了大面积的平原地貌，平坦的古地貌地形高差又较小，从而促使
河流发生侧向蛇曲，流速骤降的结果导致水动力不足，使泥砂在下游大量
沉积，这样便发生了大面积的填平补齐作用，因此，针对等时的某一段地
层单元而言，沉积初始厚度平面变化不大，可近似认为等厚，也就是说，
不论砂岩还是泥岩，在沉积物未成岩近地表时，沉积的厚度整体是近似相
等的，然而，地表沉积物在逐渐埋藏过程中，由于上覆地层厚度的增加，
地层压力是逐渐变大的，因此，砂岩、泥岩要经受强烈的压实作用，并通
过排出饱含水的方式，减少岩性体积。然而，这个过程，砂岩、泥岩表现
是不同的，原因主要是砂岩成份和结构不同，砂岩体积的压缩量主要依靠
粒间孔隙的减小，而泥岩则由于其成份主要为粘土矿物，粘土矿物具有较
强的吸附力，会形成多水分层的层间水，如蒙脱石最多可有8个水分子层，
在逐渐压实过程中，这些水分子层会逐层脱去，分子间排列越来越紧密，
从而导致泥岩越来越致密，水分子大量排出，加上原始粒间孔隙水的大量
排出，因此泥岩的体积的损失量要远远大于砂岩，由此便造成了深埋地下
的砂岩、泥岩存在差异压实作用，鉴于上述认识，在进行深层地层对比过
程中如果忽略了这种差异作用，必然导致等时地层单元界面的误判，因此，
基于考虑砂岩、泥岩差异压实作用的冲积平原地层的对比，将具有非常重
要意义。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于压实
校正等时地层界面追踪对比方法。
本发明的目的是通过如下措施来达到的：一种基于压实校正等时地层
界面追踪对比方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选择一口标志层清晰、且研究层段明确的井作为标准井，以
此井为参照井建立连井剖面，然后将标准井和待研究井的标志层顶部拉
平，以建立等时基准参考面；
步骤2：估算待研究井目的层的砂岩、泥岩古恢复厚度；
步骤3：根据步骤1中确定的等时基准参考面与步骤2估算的砂岩、
泥岩古恢复厚度确定待研究井目的层的等时地层界面。
在上述技术方案中，所述标志层须同时具备以下条件：
①该界面具有明显特征可作为地层对比标志的岩层；②具有所含化石
和岩性特征明显；③层位稳定且分布范围广；④特征明显且易于鉴别。
在上述技术方案中，所述估算待研究井目的层砂岩、泥岩古恢复厚度
包括以下步骤：
步骤a、首先求取目的层压实率η，
η＝(H古-H今)/H古(1)
由于根据遵循骨架体积不变原理，有:
![]()
根据公式(1)、(2)求的公式(3)
![]()
其中，H今为现今埋深某一单一岩性段厚度，单位，m；
H古为古沉积期近地表某一单一岩性段厚度，单位，m；
η为目的层段某一岩性压实率，无量纲；
![]()
为某一段岩性现今埋深平均孔隙度值，单位，％
![]()
为目的层初始孔隙度，单位，％；
步骤b、利用公式(1)分别估算砂岩、泥岩的古恢复厚度，其求取公
式为：
H古砂＝H今砂/(1-η砂)(4)
H古泥＝H今泥/(1-η泥)(5)
H今砂为现今埋深砂岩层段厚度，单位，m；
H今泥为现今埋深泥岩层段厚度，单位，m；
H古砂为古沉积期近地表砂岩层段厚度，单位，m；
H古泥为古沉积期近地表泥岩层段厚度，单位，m。
在上述技术方案中，当为砂岩时，初始孔隙度值![]()
为40％-50％；当
为泥岩时，初始孔隙度![]()
为50％-70％。
在上述技术方案中，所述![]()
可表示为：
![]()
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过砂岩、泥岩差异
压实作用来判断分析砂岩和泥岩实际的恢复厚度，从而消除了砂岩、泥岩
差异压实作用的影响，最终实现了精准的等时界面的识别与对比，从而有
助于揭示砂体空间叠置与局部砂体富集规律，提高砂体的钻遇率，此外，
还有助于指导连井剖面两口邻井砂体是否同期问题，便于后期注水开发、
井网调整等生产作业的实施，为油田生产实践提供理论依据。
附图说明
图1(a)为恢复前目的层今埋深连井剖面模型图；
图1(b)为图1(a)经压实校正后的连井剖面模型图；
图2(a)为标志层顶拉平连井剖面图；
图2(b)为去压实校正后沉积厚度恢复剖面图；
图2(c)为经去压实效应地层对比之后再恢复至目前埋深的连井剖面
图；
图3砂岩孔隙度-深度拟合关系图；
图4泥岩孔隙度-深度拟合关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术
方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施
例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保
护的范围。
本发明提供的一种基于压实校正等时地层界面追踪对比方法，探索出
了一套基于“小层顶部标志层拉平法”、“砂岩、泥岩古厚度恢复法”和“标准
井等厚平切法”，总结了一系列相应的换算公式，消除了砂岩、泥岩差异
压实作用的影响，最终实现了精准的等时界面的识别与对比。本发明按照
以下步骤进行：
步骤1：选择一口标志层清晰、且研究层段明确的井作为标准井，以
此井为参照井建立连井剖面，然后将标准井和待研究井的标志层顶部拉
平，以建立等时基准参考面；
具体地，选择一口标准井，这口井要满足标志层清晰，目的层段明确，
井数据完备等条件，即选择一口本身天然具有标志层，而且研究层段明确
的一口井，作为参考基准井，其它井参考该井，将标志层依次连接，这样
就建好了待研究剖面，如图2a所示)，然后以此井为参照井建立连井剖
面，然后将标准井和目的层的标志层顶部拉平，以建立等时基准参考面；
标准井的选择是进行与目标井的等时地层单元对比的前提和基础，为
本发明的正确实施建立了基准参考界限，并从该标准井出发，建立要实施
的连井剖面。标志层顶拉平是进行小层等时对比的基础，只有将该等时界
线拉齐，才可以为后续厚度恢复以及进行小层等时对比建立基础。本发明
具体操作方法是将小层顶界标志层与目的层的顶界标志层(所谓标志层是
岩性特征明显，横向分布稳定，易于识别的一个等时界面)拉平，该拉平
界线是水平的，古沉积填平补齐末期地表也是近水平的，这就为后续将上
覆地层全部地层去掉之后，将目的层松弛厚度恢复，然后为采用等厚原则
进行刻度其它目标井的层位追踪创造了条件和研究基础，如图1所示，其
中图1(a)为恢复前目的层今埋深连井剖面模型，图1(b)为经压实校
正后，恢复各井目的层近地表时古厚度，各井厚度大致相等模型，其中，
1为单层砂体，2为单层泥岩，3为恢复古厚度的单层泥岩，4为恢复古厚
度的单层砂体，5为去压实之前易出现的错误地层对比界线，6为去压实
后等时界线。在所有工作进行之前，要建立层位识别标准，也就是说其它
井的分层必须按这个标准执行，然后以此为基础，将邻井依次连接起来，
建立连井剖面，作为研究对象。标志层应是绝对等时的界面，且一般距离
目的层较近，该标志层的选取必须具备如下特征：①该界面必须具有明显
特征可作为地层对比标志的岩层；②应当具有所含化石和岩性特征明显；
③层位稳定且分布范围广；④特征明显且易于鉴别。将具有上述特征的标
志层在连井剖面中逐一识别出来，然后将其依次连接起来，拉齐至同一水
平线上，最终建立具有绝对等时意义的基准参考面，如图1(a)中8所示。
步骤2：估算目的层砂泥压实率与砂岩、泥岩古恢复厚度；
要进行目的层砂岩、泥岩压实率的估算，首先必须要拟合求出待分层
目标工区的孔隙度-埋深关系函数，以便求解出现今埋深条件下的残余孔隙
度，然后遵循骨架体积不变原理为基础，构建古今厚度函数，有如下公式
(2)，
![]()
从而，便可以推导出压实率求取公式，
![]()
H今为现今埋深某一单一岩性段厚度，单位，m；
H古为古沉积期近地表某一单一岩性段厚度，单位，m；
η为目的层段某一岩性压实率，无量纲；
![]()
为某一段岩性现今埋深平均孔隙度值，单位，％
![]()
为初始孔隙度值，即：目的层恢复到地表时的孔隙度值，单位，％；
通过量取目的层砂岩、泥岩层段的厚度值，利用公式(3)求取的压
实率换算公式，即可分别求出砂岩、泥岩的古厚度，求取公式如下
H古砂＝H今砂/(1-η砂)(4)
H古泥＝H今泥/(1-η泥)(5)
H今砂为现今埋深砂岩层段厚度，单位，m；
H今泥为现今埋深泥岩层段厚度，单位，m；
H古砂为古沉积期近地表砂岩层段厚度，单位，m；
H古泥为古沉积期近地表泥岩层段厚度，单位，m；
η为目的层段某一岩性压实率，无量纲；
公知的，碎屑岩层在埋深逐渐增加过程中，孔隙度随深度增加而呈现
指数减小,即在一定深度范围内，任意深度的孔隙度可表示为：
![]()
其中，![]()
为初始孔隙度，单位，％；
C为压实系数，无量纲；
Z为埋藏深度，单位，m
如果有实测从近地表到目的层埋深孔隙度值，按公式(6)模型进行
相关拟合，即可求出初始孔隙度![]()
和压实系数C，而初始孔隙度![]()
一般
拟合的结果偏大，尤其是泥岩的拟合结果，![]()
可达到80-90％，近地表的
数据点要去掉，因为在近地表0-3m内，泥岩中的饱含水可以迅速降低到
60％，然后再遵循指数函数规律式递减，而砂岩根据现代沉积测量和实验
室模拟结果，砂岩一般40％-50％，所以借用公认的泥岩在地表的孔隙度经
验值，作为本发明的初始孔隙度。由于本发明对象为河流相地层，河道砂
岩中多有泥质夹层存在，因此砂岩初始孔隙度取45％，泥岩初始孔隙度取
60％作为研究区拟合孔隙度-深度函数时的校正值。这样，在上述两个系数
求取的基础上，还要满足如下假设条件：①骨架体积不变原理，也就是随
着埋深的增加，骨架压缩的体积量要忽略不计；②目的层由于顶底高程较
小，其顶底压缩率可认为近似相等，整改层段用统一的孔隙度值进行估算，
也就是说目的层遵循统一的深度-孔隙度函数关系，在满足上述两个条件
下，便可获得压实率η求取公式，其求取过程如下：
首先拟合好的孔隙度-深度函数关系，结果见图3和图4，然后将目的
层埋深代入公式(6)，估算出不同岩性目的层![]()
，进而分别估算求取
出砂岩、泥岩的古恢复厚度；即：
η＝(H古-H今)/H古＝(φ0-φ目的层)/(1-φ目的层)
在压实率求取基础上，古厚度求取按如下公式获得，
H古砂＝H今砂/(1-η砂)(7)
H古泥＝H今泥/(1-η泥)(8)
H今砂为现今埋深砂岩层段厚度，单位，m；
H今泥为现今埋深泥岩层段厚度，单位，m；
H古砂为古沉积期近地表砂岩层段厚度，单位，m；
H古泥为古沉积期近地表泥岩层段厚度，单位，m；
η为目的层段某一岩性压实率，无量纲；
量取连井剖面中所有井目标层位内各砂岩、泥岩层厚度，然后将砂岩、
泥岩各层段厚度分别代入公式(7)和公式(8)中，即可分别求出H古砂
和H古泥。
步骤3：根据步骤1中确定的等时基准参考面与步骤2估算的砂岩、
泥岩古恢复厚度确定待分层井位的等时地层界面；
以步骤2为基础，分别将其它井标志层下部所有的砂岩、泥岩段恢复
古厚度，如图1(b)所示，遵循目的层在近地表等厚为原则，利用标准井
底界面“标准井等厚平切法”(所谓标准井等厚平切法，就是在恢复古厚度
的剖面中，参照标准井目的层厚度规模，遵循等厚为原则，横向水平卡取
其它目标井位，并记录该位置，然后再将所有井的目的层段厚度复原，原
先刻度记录位置便保留下来，然后将此位置依次连接)最终实现了所有井
等时界面的追踪和对比，结果如图1(b)6所示。
下面列举具体实施例对本发明进行说明：
以大庆油田葡萄花油层组PI砂层组地层单元的实施作为实施例。
实施例1：结合步骤1以标准井为关键井的连井剖面建立与目的层顶
拉平、步骤2的基于深度-孔隙度函数关系拟合为基础的目的层压实率的求
取与古厚度的恢复和步骤3采用标准井等厚平切法，最终实现了所有井等
时界面的追踪和对比。应用本发明提出的一整套小层精确对比方法，按如
下步骤完成：
1、以标准井为基础建立连井剖面并标志层顶部拉平
为了验证本发明方法的可靠性，以实际连井剖面为研究对象，在研究目
标区选择了以X1-1-627井作为标准井，其标准层位顶底埋深分别为
1064.5m和1093.5m，现今埋藏厚度为29m，然后以该标准井为基点，将
其要分层的邻井依次连接起来，形成如图2(a)所示的连井剖面，如图2
(a)-2(b)所示，图2(b)中，1为古沉积期近地表参考面，2为各井恢复
古厚度后目的层底界，3为测井曲线微梯度，4为测井曲线微电位，5为测
井曲线自然电位，图2(a)中，6为标志层，8为标准井目的层底界参考
基准面；图2(c)中，7为去压实刻度等时界面，8为标准井目的层底界参
考基准面。然后按X1-1-627井层段顶部1064.5m处电测曲线特征明显，
电阻率曲线呈刺刀状，为高阻与低幅自然电位曲线特征，其它井位如
X1-D2-P30井、X1-D2-P32井和X1-D2-P33井，分别在1062.6m、1069.5m
和1073.9m处有与此类似的电测曲线特征，且埋深相差不大，可以作为标
准层，依次连接起来，然后拉齐至同一水平线，目的是模拟地表沉积末期
状态，为后期厚度恢复至地表建立研究基础。当然，小层顶部分层已确定，
剩下就是最为关键也是最难的步骤，就是所有待分层底界的确定，后面本
发明的相关步骤将给予完成和实施。
2、砂泥压实率估算与各层古厚度恢复
压实率的求取关键是要拟合出适合本研究区的孔隙度-深度变化规律
函数，根据砂岩、泥岩孔隙度实验室分析数据，按照公式(5)作为函数
模板进行拟合，拟合结果见图3和图4，得出砂岩、泥岩不同埋深孔隙度
求取函数，其中
砂岩拟合结果为：
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泥岩拟合结果为：
![]()
由于目的层段厚度30m左右，对于埋深近1000m地层而言，待分层
的顶底孔隙度相差不大，可以忽略不计，因此可以简单地将目的层段中间
深度位置的孔隙度值代替整个层段的孔隙度，然后分别读取各井大致中间
位置的深度，然后取平均值，求取结果为1085m，这个误差只要保持在
±30m，便不会影响判别结果，因为以砂岩为例，将1085m和1115m深度
代入到公式(9)中，其两者差值。
![]()
由此可见，在埋深变化不大时，孔隙度值变化是很小的，所以，也就
有了目的层段遵循统一深度-孔隙度函数变化关系的假设。因此，取1085
埋深作为目的层埋深，分别代入到公式(9)和公式(10)中，然后将计
算结果再分别代入公式(6)中，求得目的层砂岩和泥岩压实率分别为：
![]()
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利用上述计算求得的η砂和η泥值，以及量取的砂岩、泥岩层厚度，见
表1，分别代入古厚度恢复公式(7)和公式(8)中，计算结果见表2。
表1砂岩、泥岩层人工读取厚度值
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表2目标层段内砂岩、泥岩层段古厚度恢复数据
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3、等时地层界面的确定
根据计算结果来看，X1-1-627井恢复总厚度为38.4m，与X1-D2-P30
井恢复总厚度的36.6m，X1-D2-P32井恢复的总厚度的37m，以及
X1-D2-P33井恢复的总厚度的36.5m处是近等厚的，因此，在误差控制在
±2m允许范围内(对于层厚30m来说，是可以忽略不计的)，根据恢复地
表近等厚假设为条件，以及一般地层对比原则(等时界线一般位于岩性突
变位置，如泥岩与砂岩的交界处)，标准井X1-1-627井目的层底界等时
界线就应标定在其它井所恢复厚度的底界位置，详细见图2(b)，然后将
该位置做标记，然后将恢复的厚度还原，那么标定的位置也就会随井剖面
的压缩而上提，形成如图2(c)所示结果，7所示位置便是要刻度标定的
等时界面。
本发明充分利用岩心、测录井、野外露头和现代卫星图片等资料，在
标志层拉平基础上，通过“小层顶部标志层拉平法”、“砂岩、泥岩厚度恢复
法”和“标准井等厚平切法”，结合相应的换算公式，最终完成了小层精确的
等时对比，避免了因忽略砂岩、泥岩差异压实作用而造成的错误的地层等
时对比。研究结果表明，该研究方法将有助于揭示砂体空间叠置与局部砂
体富集规律，提高砂体的钻遇率，此外，还有助于指导连井剖面两口邻井
砂体是否同期问题，便于后期注水开发、井网调整等生产作业的实施，为
油田生产实践提供理论依据。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其
限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术
人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或
者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技
术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。