盆地天然欠压系统研究进展

欠压区是指地层孔隙压力低于静水压力的区域。除油气开采等人为因素造成的欠压区外，天然欠压区在全球分布广泛。目前认为天然欠压区的成因主要有重力作用和地质作用两种，这两者可单独作用，也可同时存在。重力形成的欠压区属于水文学的研究范畴，而地质作用形成的欠压区则与油气勘探开发相关。地质作用影响到岩石物性或流体的pVT性质，导致流体压力无法与周围环境达到平衡而形成欠压区。目前关于欠压区的研究较少，即使有也常常局限于个别案例或被视为以超压为主的异常压力研究的一部分。Law（2013）的研究表明，美国的天然气藏普遍存在欠压现象。Birchall等（2022）对全球29个已确认的天然欠压盆地和地区的梳理也发现，因地质作用形成的天然欠压地层（低于静水压力10MPa）广泛分布于南美洲、北美洲、中国、俄罗斯、欧洲大陆、挪威巴伦支陆架和斯瓦尔巴特群岛的沉积盆地，且都位于近期曾经历过大规模构造抬升的地区。

1 欠压区主要特征

1）欠压的大小和分布

欠压区多分布在2000m以浅，最深不超过3700m。在大小与范围上，欠压区明显小于超压区。人们对超压界限的认识比较深入，但对欠压的界限尚不了解。

2）欠压的保持

由于浅层欠压区常缺乏侧向封闭性，就地质时间尺度而言，很难长期维持欠压。大多数欠压区都见于低渗岩层，即使有高渗欠压层段也常常是埋藏深且封闭性好的储层，如渤海湾盆地储层、巴伦支陆架Fingerdjupet次盆储层以及阿巴拉契亚盆地透镜状砂岩储层等，但在美国个别盆地无明显侧向封闭性的高渗浅层中也有欠压发育。根据储层的渗透性可区分由重力作用和其他地质诱因导致的欠压。高渗岩层中的流体流动性更强，也更容易与下倾自由面形成平衡，而低渗岩层正好相反，常阻止流体流动，将其他地质作用引发的欠压保持下来，但这一说法是否正确仍存在争议。

3）泥页岩地层欠压

低渗地层，特别是泥页岩这类超低渗层，常常因压力平衡过程受阻而形成欠压。直接测量泥页岩压力在油气行业并不多见，但通过其他研究手段能够很好地揭示这种超低渗岩石中存在的欠压现象。对瑞士和美国几个盆地的泥页岩地层研究发现，最大欠压常见于其中心部位，从中心欠压区到泥页岩-储层边界常压区的压力梯度，可能指示有流体从周边含水层向泥页岩地层流动。同位素数据也支持这种流体从下伏储层向泥页岩地层流动的假设。在美国Piceance和Svalbard盆地，页岩下伏的储层不仅欠压而且极其低渗，在这些储层中观察到的欠压很可能最初发育在泥页岩内，随后储层因流体流出的速度大于补给的速度而发育欠压。

2 欠压区对油气勘探开发的影响

欠压地层对油气勘探开发影响很大。钻井时，井筒内流体压力持续高于地层压力，容易发生泥浆大量漏失，从而引发钻井事故或者对地层造成伤害。在勘探研究中，侧向或垂直压差（相对于静水压力）常可导致得出存在盖（封闭）层的误判，而在特定环境下，这个压差可能指示存在流体流动。进行盖层分析时，如果是在近期地质作用下形成的欠压区，则其对毛管力的影响也应予以充分考虑。在向欠压地层中注入流体（二氧化碳）时，其相态和存储能力都会受到影响，而且注入流体在欠压地层中的分布也很难预测。

3 未来研究方向

欠压的形成机制与超压有很大的区别，控制其发育的因素至今未明。虽有模拟方法可用，但因欠缺足够的数据，尤其是缺乏超低渗岩层的长期观测数据，使得通过模拟来理解整个欠压流体系统不太可行。常规的储层岩石压力测量提供的往往是特定时间的瞬时压力，对已知欠压盖层和储层进行持续压力测量或更有助于了解其成因和地质特征。储层与其泥页岩盖层之间的压力关系对于研究其欠平衡的流体系统可能非常关键。对于泥页岩层段，通过在封闭层-储层中安装长期压力监测系统观测而非通过岩石物性数据推测压力可能是更好的选择。另外，有必要更好地把石油地质和水文地质的研究方法有机结合起来，以便更全面地认识欠压系统。