引言

20世纪80年代以来，区域地温场的研究一直是含油气盆地研究的热点^[1-5]。地温不仅影响地下油气分布，而且作为油气田开发的能量，是油气田开发过程中一项重要参数。储层温度的高低不仅决定着流体性质，还决定着油气田的开发方式和效果^[6-7]。东非裂谷盆地是全球陆上形成地质时代最新也是勘探程度最低的地区之一，但由于其目前还处于活动期，断裂多、火山岩发育，对其勘探潜力一直争论不休。2001年开始，乌干达政府与多家国际能源公司合作，对位于其境内的西支最北段Albert裂谷盆地进行油气勘探工作，截至目前，已相继发现多个油田，可采储量非常可观^[8]。

如何实现将这些可观的储量高效科学的开发，在油田的开发前期阶段，储层温度是一个非常关键参数。与常规含油气盆地不同，Albert盆地周围不同油田的储层地温梯度存在较大差别，即使同一油田内部不同井区的地温梯度也存在很大差异，造成该差异的原因目前尚不明确，影响该区油田的开发生产策略。针对东非裂谷Albert盆地的复杂地温场，本文以E油田为例，探讨复杂地温场的精细研究方法及地温梯度产生差异的原因。

1 地质背景 1.1 地理位置

Albert裂谷位于东非陆内裂谷系西支最北一段，边界受高角度正断层控制，形成了一狭长状北东—南西走向的裂谷，构造运动以断裂活动为主。裂谷中部为湖水所覆盖，最深50 m，长570 km，宽45 km，面积2.5×10⁴ km²，以湖面中间为界隶属于刚果和乌干达两个国家^[8](图 1)。盆地西界为高陡的刚果山脉，南、北、东三面较平缓，研究区E油田位于Albert湖的东北陆上乌干达国家境内Victoria和Albert尼罗河河流入湖口。

1.2 地层特征

Albert盆地自下至上主要发育中、新生代，表现为陆相河流、三角洲、湖相和泛滥平原沉积。其形成受中、新生代两期裂谷控制，但沉积主体明显受古近纪—新近纪东非大裂谷的形成、演化所控制，盆地基底为前寒武系变质岩。沉积地层为侏罗系、新近系中新统和上新统、第四系更新统^[9]。

1.3 构造特征

E油田为典型的断块油田(图 1)，构造由东向西或西南倾覆，东高西低，其东部由南北向基底断层(F₁)封堵，延伸长度为13 km，为E油田最大断层，北部和南部由北东—南西向边界断层封堵(F₅和F₂)，延伸长度为3.5 km和7.5 km，油田北部E-2井与E-4井之间发育断层F₃，延北西—东南方向分布，与边界断层F₁呈“Y”字形搭接，南部E-3井与F-1井之间断层F₄近东西向展布，延伸长度为5 km，断层F₃与F₄将整个油田分成3大断块：北区、主体区及南区。

2 资料基础及存在问题 2.1 地温资料基础

地温的研究主要是借助各种钻孔测试的温度数据，包括测试温度、测井温度等。不同地温数据常因稳定时间的不同而具有不同的精度^[10]。E油田地温资料主要来自该区的探井及评价井的RCI电缆地层测试数据，此外，部分井还获取到DST地层测试温度数据。

值得说明的是，电缆地层测试一般在钻井后不久进行，地层可能受到泥浆滤液的侵入影响，由于电缆地层测试每个深度点采集时间较短，地层温度可能没能及时恢复至原始地层温度，测量结果可能存在一定误差。而系统稳态测温和DST测试维持的时间相对较长，探头接近地层平衡时温度，测量结果误差较小，因此如果同一井眼在同一深度有多次测试，宜选用最高温度作为地层参考温度。如本区E-3井，该井在垂深400~500 m，既有RCI测试温度，也有DST测试数据(图 2)，且相同深度处RCI测得的地温相比DST测温偏小，造成该结果的原因可能与RCI测试时探头处的温度还没达到原始地层温度有关，此时采用DST测温数据来作为该井地温场研究的数据基础更合理。通过对E油田原始电缆地层测试资料进行分析，特别是测试时间，同时对比DST资料，剔除测试中的坏点，最终得到E油田可用来研究的地温数据。

2.2 存在问题及研究意义

综合E油田RCI及DST有效地温数据，得到地温与深度交会图(图 3)。整体上，该区地温并非像传统区块随深度增加线性增大，不存在统一、明显的地温梯度线。平面上，在同一深度处，不同井眼地温存在较大差别，最大可达13℃；垂向上，不同井的地温点也并非严格呈现为一条直线，部分井眼浅部与深层地温数据点存在明显拐点，如：E-1、E-5及F-1井。目前地温分布规律不清楚，地温分布控制因素尚不明确，因此有必要研究该区的地温场，不仅可以揭示盆地的热结构，同时为后续油田开发策略提供参数依据。

3 地温场研究方法分析

地温梯度是研究地温场的重要参数，关于地温梯度的计算，前人多采用常规的公式法，然而常规的方法并不能很好地适用于地温场非常复杂的情况，对于用分区分段线性回归精细研究地温的方法没有文章系统论述。下面就两种方法进行对比论述。

3.1 常规研究方法

关于地温梯度的计算，前人曾做过很多研究，井温资料的处理首先确定恒温带的深度和温度，然后通过如下地温梯度公式进行计算^{[1, 11-12]}。

$ G = 100\frac{{T - {T_{\rm{恒}}}}}{{H - {H_{\rm{恒}}}}} $

(1)

式中：

G—地温梯度，℃/(100 m)；

T—测深H处的温度，℃；

T_恒—平均地面温度或恒温带温度，℃；

H—井下测温点深度，m；

H_恒—恒温带深度，m。

在具体计算时，首先根据某一深度对应的温度数据计算恒温层至该深度的地温梯度，再将同一口井不同深度计算得到的地温梯度算术平均，即为该井的平均地温梯度。

3.2 常规方法的局限性 3.2.1 重要参数难获取

常规方法计算地温梯度的前提条件是需知道参数恒温带的温度“T_恒”及对应的恒温带深度“H_恒”，这两个参数与区域地层大地热流以及太阳辐射密切相关，一般是通过钻孔长期观测或利用地区气象资料近似方法确定^[13]，然而对一个新区，资料和研究较少的情况下，显然准确把握这两个参数是有困难的，另外公式法计算的结果是通过平均值来反映地层垂向一个粗略的地温梯度。

以研究区为例，该区没有针对恒温带的进行专门钻孔测温研究，借助当地地表平均气温(27 ℃)来估算恒温带温度“T_恒”，恒温带的深度“H_恒”估算为20 m。根据上述公式，计算得到该区的地温梯度介于(3.00~5.00) ℃/(100 m)，平均为4.20 ℃/(100 m)。通过该方法得到的地温梯度是地层各个深度点到恒温带的地温梯度，而地温随深度的变化的线性规律不明确。

3.2.2 忽略了地温梯度的垂向变化规律

在地温梯度的计算过程中，往往存在一个误区，即认为区域上任何一点垂向的地温梯度为一恒定值，然而，实际上地温梯度与计算深度段是一一对应的，离开计算深度去谈地温梯度高低，几乎没有实际意义，因为地温梯度的高低受地层热导率影响显著。地层热导率除了与地层压实程度有关外，还与岩性有关。一般情况下，泥岩热导率低，地温梯度高；而砂岩热导率高，地温梯度则低^[14-15]。因此，对比一个地区的地温梯度分布必须是针对统一深度范围而言。直接利用钻井测温数据计算的地温梯度由于不同钻井测温深度的不同导致了该地温梯度数据在空间上不具有可对比性^[16]。根据公式计算得到的地温梯度是一个平均值的概念，缺乏对地温梯度垂向变化的认识，得到的地温梯度往往是一个粗略的参考值，不能满足油藏开发的精度需要。

3.3 地温-深度图版线性回归方法

针对常规方法的局限性，采用地温-深度线性回归法可以有效规避公式计算过程中重要参数难获取的缺点，且简便易行，通过Excel软件将地层温度与对应深度数据在坐标图版上进行线性回归，拟合的直线斜率即为地温梯度。利用该方法计算E-4井在垂深470~670 m的地温梯度为2.05 ℃/(100 m)(如图 4)。该方法克服了需要知道恒温带参数的弊端，且当数据点较多的情况下，可以通过该方法反推计算恒温带的深度及温度。另外，如果地温-深度点落在多条直线，且不同直线间存在拐点的情况，采取分段回归的方法，得到不同深度段的地温梯度，与地层实际情况更加相符。

4 实例应用

针对该油田的实际情况，即平面不同井区、垂向不同深度段地温梯度存在差异，采用垂向分段，平面分区方法进行精细研究。

4.1 垂向分段

采用线性回归法对E油田部分井区深浅层地温梯度存在差异的情况进行分段回归(图 5)。如该油田主区E-5井地温在垂深500 m处数据存在明显拐点，采用分段回归得到该井区浅部地温梯度为4.95 ℃/(100 m)，深部地温梯度为1.28 ℃/(100 m)；油田南区F-1井在垂深480 m处，地温数据存在明显拐点，浅部地温梯度为7.21 ℃/(100 m)，深部地温梯度为0.72 ℃/(100 m)。

通过对比这两口井的温度剖面与岩性剖面(图 5)，不难发现，垂向上在地温梯度发生变化的拐点深度上下，岩性存在明显差异。岩性剖面在该深度以上为厚层泥岩，地温梯度偏高，而该深度以下为厚层砂岩，对应的地温梯度偏低。产生这种差异的根本原因即E油田在地质历史时期，由于沉积作用的差异，地层垂向不同的岩性组合存在一定差别，浅层沉积较厚湖相泥岩，岩石的热导率低，地温梯度偏高；深部以厚层三角洲前缘砂岩为主，岩石的热导率高，地温梯度偏低。

4.2 平面分区

在前期整理好有效地温数据的基础上，采用3.3方法对E油田每口井地温-深度进行回归分析，得到单井在该深度段的地温梯度值，值得说明的是，如果回归时，垂向存在拐点，采用4.1方法进行分段回归，得到E油田地温梯度分布，见表 2。

研究结果显示：E油田深浅层地温梯度存在明显差异，浅层地温梯度在(4.95~7.21) ℃/(100 m)，平均6.10 ℃/(100 m)，平面上由南往北呈减小趋势(图 6b)，其中南区平均为7.15 ℃/(100 m)，而中部主体区平均5.06 ℃/(100 m)；深部地温梯度在(0.72~2.05) ℃/(100 m)，平均1.53 ℃/(100 m)，与浅部相反，平面上由南往北呈增大趋势(图 7b)，其中南区平均0.72 ℃/(100 m)，主体区平均1.45 ℃/(100 m)，北区平均2.00 ℃/(100 m)。

结合该区沉积物源方向及沉积相的分布特征(图 7a)，E油田北部E-4井与E-2井深部储层近物源，砂岩含量高，对应地温梯度相对较高；中部主体区储层砂岩含量居中，E-1与E-5井地温梯度相对北部略低；南部储层离物源较远，砂岩含量偏低，地温梯度最低。

平面不同区域的地温梯度分布差异是构造、沉积及后期的压实、成岩作用等因素综合影响的结果。构造上，E油田地层平缓，由5条主要断层分割成3个断块，而目前这些断层处于封闭状态，不能起到沟通深部热液或浅层水的作用，因此构造上断层对平面不同区域地温梯度的影响小；整体上，该区储层以浅埋深、弱压实为主要特征，油田范围内不同区域储层压实和成岩作用差别较小；沉积上，E油田浅部地层以湖相泥岩沉积为主(图 6a)，近物源方向泥岩较薄，入湖方向泥岩较厚，泥岩越厚对应地温梯度越高，深部地层以厚层砂岩为主，物源由北往南，发育河流—三角洲相沉积(图 7a)，由北往南砂岩含量逐渐减小，与地温梯度变化趋势相同。事实上，这种不同的砂岩含量决定了垂向上地层岩性的差异，最终导致地温梯度发生变化，因此平面地温梯度主要受沉积控制。

5 结论

(1) 在计算地温梯度时，建议采用地温-深度图版线性回归法。该方法计算地温梯度时，可以有效规避公式中恒温带的温度及深度参数不清楚情况下的弊端。

(2) 采用垂向分段、平面分区的方法对E油田的地温场进行精细研究，解决了E油田垂向不同深度及平面不同区域地温梯度差异大的问题，研究结果显示E油田浅层地温梯度整体偏高，平均为6.10 ℃/(100 m)，由南往北地温梯度逐渐减小；深部地温梯度偏低，平均为1.53 ℃/(100 m)，由南往北地温梯度逐渐增大。

(3) E油田地温梯度主要受沉积等因素控制，垂向上，地层的不同岩性组合是地温梯度出现分段的根本原因，平面上，浅层泥岩厚度和深层砂岩含量及厚度是地温梯度存在差异的主要因素。