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第10章+地层温度与压力 油气田开发地质学 中国石油大学 华东_图文

第10章+地层温度与压力 油气田开发地质学 中国石油大学 华东_图文

第十章 地层压力和地层温度
地层压力、地层温度决定: 油/气等流体的性质、开发方式、最终采收率 --是油气田开发的能量和基础参数, 对合理开发油田具有十分重要的意义。
★ ★

地层温度:相关概念、地温场研究 地层压力:原始油层压力、目前油层压力
油层折算压力、异常地层压力

第一节 地层温度
一、概述
研究地层温度的主要意义 地壳的地温带划分 地温梯度与地温级度

二、地温场研究 地温测量
地温场特征 影响地温场分布的主要因素

一、概述
1、研究地层温度的主要意义
① 现代生油理论认为地温是有机质向油气演化过程 中最为重要、最有效的因素; ② 研究证明,油气田上方常存在地温正异常, 利用地温场的局部正异常可以寻找油气田; ③ 地热是宝贵的热能资源,成本低、使用简便、污染小。 ④ 温度影响流体的性质(如石油的粘度,天然气的物理状态、
溶解度等),决定着油田开发方式等。

一、概述
2、地壳的地温带划分
根据地下温度变化,常把地壳划分为下3个地温带:


变温带(外热层):日变化带:受每天气温的影响,
该带深度范围一般为1~2m。

年变化带:该带温度受季节性的气温变化影响,
深度变化范围一般为15~30m左右。


恒温带:该带地温不受太阳辐射影响,厚度很薄; 增温带:恒温带之下,地层温度随埋深增加而升高。



3、地温梯度与地温级度
地温梯度G--在恒温带 之下,埋藏深度每增加 100m地温增高的度数。

★★

地温级度Dt:在恒温带 之下,地温每增高1℃ 时,深度的增加值。

t ? to G? ?100 H
t--井深H 处的温度,℃;

H Dt ? t ? to

to—年平均地面温度或恒温带温度,℃; H--井下测温点与恒温带深度差,m。

右图为根据东营凹陷133 口预探井资料编绘的地温与 深度关系图。从该图可得地 温与深度的线性关系式:

t ? 0.036H ?14
▲ ▲

地温梯度:3.6℃/100m 平均地面温度:14℃
东营凹陷地温与深度关系图
(据杨绪充,1984)



地球的平均地温梯度3℃/100m --正常地温梯度。

<3℃/100m--地温梯度负异常; >3℃/100m--地温梯度正异常。
国内部分地区地温梯度资料(据西北大学编《石油地质》)
油田或盆地 准噶尔盆地(T-J) 酒泉盆地(E+N) 四川盆地(J) 陕甘宁盆地(J)

地温梯度 /℃/100m 2.2~2.3 2.3 (2.6)

油田或盆地 松辽盆地(K1) 大庆油田

地温梯度 /℃/100m 3.1~4.8 (6.2) 4.5~5.0 3.1~3.9 3.7 (4.2)

2.2~2.4 (2.7) 济阳坳陷(E+N) 2.75 (2.8)
冀中坳陷(Z)

注:括号中的数值为最大地温梯度值。

第一节 地层温度 一、概述
研究地层温度的主要意义 地壳的地温带划分 地温梯度与地温级度

二、地温场研究 地温测量
地温场分布 影响地温场分布的主要因素

1、地温测量
⑴ 关井实测:在打开油层的第一批探井中实测。 关井,待井内流体温度与围岩原始温度一致时测量。 ⑵ 外推法:测温前循环井内泥
浆,计下循环泥浆耗时t;循环停 止后,下入温度计,并计下温度 计到井底(或研究深度)时间△t; 最后,起出温度计并读取温度(测 量次数3次以上)。将直线外推到无 限远时间(△t/(t+△t)=1),直线 与纵轴交点为静止地层温度。

外推法求静止地层温度

2、地温场分布
地温梯度在纵向、平面都具有明显的规律性变化。

⑴ 地温梯度的纵向变化
东营凹陷地温梯度纵向变化表(6口井井温资料)
测温井号 实测井段/m 地温梯度 / (℃/l00m) N Ed-Es3 Es4-Ek 前寒武纪

东风1 东风2 坨29 滨99 滨258 滨试6

1050~3050 500~4900 1650~2500 1500~2500 900~1500 950~1575

3.63 3.32

3.61 4.03 3.63 3.76 2.55 2.16

3.87 4.32

5.02 5.73 3.00

根据井温资料可编制井 温与深度关系图,了解地 温梯度在纵向上的变化:
上第三系稍高, 3.61~4.08℃/100m; 下第三系Ed-Es3较高; 下第三系Es4-Ek稍低, 2.55℃/100m; 前寒武系较低,2.16℃/100m

★ 这种变化主要受各段

岩石热导率控制。

东营凹陷系统测温井

温度与深度关系图

⑵ 地温场平面展布
整体来看,地温异常的平面分布明显受区域构造和大断 层控制;地温梯度等值线与区域构造轮廓基本一致。
陈南断层

东营凹陷地温梯度(℃/100m)等值线图(杨绪充,1984)

第二节 地层温度 3、影响地温场分布的主要因素
⑴ 大地构造性质--活动性、地壳厚度等
--是具全局性和主导因素。

⑵ 基底起伏--隆起区高地温梯度、坳陷区低地温梯度 ⑶ 岩浆活动--活动规模、几何形状、年代等 ⑷ 岩性--岩石的导热能力不同 ⑸ 盖层褶皱--背斜顶部地温梯度大,翼部地温梯度小 ⑹ 烃类聚集--上方往往存在地温高异常 ⑺ 断层及地下水活动—开启性断层,地表水补给; 深部热水至浅层; 压扭性断层一般导致高异常

3、影响地温场分布的主要因素 ⑴ 大地构造性质
大地构造性质及所处构造部位 是决定区域地温场基 本背景的最重要的控制因素:
● ● ● ● ●

大洋中脊---高地温; 海沟部位---低地温; 海盆部位---一般地温; 稳定的古老地台区---地温较低; 中新生代裂谷区---地温较高。

地壳厚度对地温也有重要影响。
如我国东部地区地壳普遍薄于西部,故东部各盆地的 地温及地温梯度一般均高于西部。

中国东西向地壳厚度变化与地温关系示意图(据王钧等,1990)

3、影响地温场分布的主要因素 ⑵ 基底起伏
由于基底的热导率往往高于盖层, ---深部热流向基底隆起处集中, 使基底隆起区具有高热流、高地温梯度特征, 坳陷(凹陷区)具有低地温特征。

东营凹陷地温梯度 (℃/100m)等值线图
(杨绪充,1984)

3、影响地温场分布的主要因素 ⑶ 岩浆活动
岩浆活动对现今地温场的影响,主要从2方面考虑: ① 岩浆侵入或喷出的地质年代: 时代越新,所保留的余热就越多,对现今地温场的 影响越强烈,有可能形成地热高异常区。 ② 侵入体的规模、几何形状及围岩产状和热物理性质等 如:冷却速率与岩浆侵入体半径的平方成反比; 冷却的延续时间与岩体半径平方成正比: ---岩体半径增大1倍,冷却时间延长4倍。

3、影响地温场分布的主要因素 ⑷ 岩性(岩石的导热能力)
导热能力可用导热率表示。岩石的导热率大,地球 深处热量向上传导能力强,岩层剖面上地温梯度大。
火成岩、碎屑岩的导热率 > 碳酸盐岩; 基岩>盖层; 盐岩>石膏>泥岩; 砂岩>泥岩
● ●

岩性差异导致了纵向上不同组段地温梯度明显变化; 随地层埋深和年龄增加,地温梯度总体呈下降趋势。

3、影响地温场分布的主要因素 ⑸ 盖层褶皱
热流传导具各向异性:顺 层面比垂直层面更易传播。 背斜使热流聚敛, 向斜使热流分散。


背斜顶部地温梯度大, 翼部地温梯度小。



两翼倾角越陡,

背斜与向斜区热流分布示意图

背斜顶部与两翼的温差就更大。

3、影响地温场分布的主要因素 ⑹ 油气聚集与地温场分布关系
烃类聚集(油气田)上方往往存在地温高异常(地温梯度高);
● ●

普遍地分布在油气田上方的浅部和地面; 气田区高于油田区;异常较微弱,一般0.2~4.5℃±。

100m深度的温 度曲线在油藏 正上方显示出 升高趋势。
前苏联的什罗卡盆地内油田上地温剖面图

3、影响地温场分布的主要因素 ⑺ 断层及地下水活动
研究断层与地温场的关系时,应考虑两个方面:
※ 在主断层线上是否出现地温异常; ※ 沿着断层走向热流是否有变异。


一般 封闭性断层或压扭性断层: 因压扭、摩擦产生热量,形成附加热源--地温增高。



一般的开启性断层:可作为地下水循环通道,
▲ ▲

将近地表及浅处低温地下水引至深部--地温降低; 深部地下水沿断层上升--地温增高。 --应区别对待

第 十 章 地 层 压 力 和 地 层 温 度

第一节 地层温度
相关概念及地温场研究(地温场分布及影响因素) ⑴ 大地构造性质 ⑵ 基底起伏 ⑶ 岩浆活动 ⑷ 岩性 ⑸ 盖层褶皱 ⑹ 烃类聚集 ⑺ 断层及地下水活动

第二节 地层压力
一、有关地层压力的概念 二、原始油层压力研究 三、目前油层压力 四、油层折算压力 五、异常地层压力研究

一、有关地层压力的概念 1、上覆岩层压力 ★ --指上覆岩石骨架和孔隙空间流体总重量所引起的 压力。

Pr ? H? r g ? H (?? f ? (1 ? ? ) ? ma ) g
Pr--上覆岩层压力,Pa; H --上覆岩层的垂直高度,m; ρr--上覆沉积物总平均密度,kg/m3; g--重力加速度,9.8m/s2; Φ--岩层平均孔隙度,小数; ρf--孔隙中流体平均密度,kg/m3; ρma--岩层骨架平均密度,kg/m3。

一、有关地层压力的概念 2、静水压力--指由静水柱造成的压力。 ★ 造成的压力 压力大小与液体的密度和液柱的高度有关,
而与液柱的形状和大小无关。

PH ? H? w g


PH--静水压力,Pa; ρW--水的密度,kg/m3; H--静水柱高度,m; g--重力加速度,9.8m/s2。

1帕=1牛顿/米2(10达因/厘米2) 1atm=101325Pa≈105Pa

3、地层压力--作用于岩层孔隙空间内流体上的压力。★
又称孔隙流体压力,常用Pf 表示。

含油气区内,地层压力被称为油层压力或气层压力。

4、压力系数
--实测地层压力(pf)与同一地层深度 静水压力(pH)的比值。


pf ?p ? pH

5、压力梯度--每增加单位深度所增加的压力。
如:上覆岩层压力梯度、静水压力梯度

6、地层压力的来源 --主要有2个来源
● ●

地层孔隙空间内地层水重量产生的水柱压力--静水压力。

上覆岩层重量产生的岩石压力--地静压力:


地层封闭条件下: 地静压力由组成岩石的



地层与地表连通时: 地静压力仅由岩石颗

颗粒质点和岩石孔隙中的 流体共同承担。


粒质点承担,静水压力 与地静压力无关。

勘探开发中,把油层中流体所承受的所有压力统称为油

层压力。一般情况下,油层压力与地静压力关系不大。

第一节 地层压力 一、有关地层压力的概念
上覆岩层压力 压力系数 静水压力 压力梯度 地层压力 地层压力的来源

二、原始油层压力研究 三、目前油层压力 1、原始油层压力及其分布 四、油层折算压力 2、原始油层压力的确定方法 五、异常地层压力研究
2、原始油层压力的确定方法

3、原始油层压力等压图的编制与应用

1、原始油层压力及其分布
原始油层压力--油层未被打开之前所具有的压力。★★
通常将第一口探井或第一批探井测得的油层压力 近似代表原始油层压力。

原始油层压力来源
次要来源:
▲ ▲

基本来源--静水压头

天然气压力--将增加油层的压力; 地静压力--在地静压力作用下,岩石孔隙容积缩小, 造成油层中原始压力的增加。

油层在海拔+100m的地表出露,具供水区;另一侧,因 岩性尖灭或断层封隔未露出地表,无泄水区。 油藏的测压面:以供水露头海拔(+100m)为基准的水平面


1号井底原始地层压力(静水压力)= 5.88MPa

油水界面原始地层压力=1井原始地层压力+1井底至油水 界面水柱产生压力 =7.84MPa 油气界面原始地层压力=油水界面压力-300m油柱产生的 压力 =5.34MPa

油水界面

2井(4井)原始油层压力=油水界面压力值-油水界面至 井底油柱重量产生的压力= 6.17MPa 油柱 740.7m

2 井 (4井 )能否自喷? 2 井 液面 海拔 240.7m低于井口海拔(+350m),不能自喷
4井液面海拔240.7m高于井口海拔(+100m),可以自喷
ρo=0.85×103kg/m3

7.84MPa

3号井原始压力:该井钻开气顶部分,因天然气密 度受温度和压力影响,该井原始压力值不能直接由油 气界面上的压力导出,可由近似公式 求出:

Pf ? Pmax e

(1.293?10 ?4 d g H )
求出3号井的原始 油层压力 5.3MPa 油气界面原始地层 压力 5.34MPa

Pmax--气井井口最大关井压力 dg--天然气对空气的相对密度(0.8) H--井深或气柱高度 e--自然对数的底

气柱高度 对压力影响小

井号 1 2 3 4

钻开位置 含水部分 含油部分 气顶部分 含油部分

井底海拔 -500m -500m -350m -500m

原始地层压力 5.88MPa ▲ 6.17MPa ▲ 5.3MPa 6.17MPa ▲

原始油层压力分布特点:

★★

A、原始油层压力随油层埋藏深度的增加而加大; B、流体性质对原始油层压力分布有极为重要的影响: 井底海拔相同的各井:
井内流体性质相同→原始油层压力相等; 井内流体性质不同→流体密度小,原始油层压力大。

C、气柱高度变化对气井压力影响很小。
当构造平缓、含气面积不大时,油-气或气-水界面上

的原始油层压力可以代表气顶内各处的压力。

试分析:
某背斜油藏已钻 3 口井, 其中 B 井产油 , A、C井为水 井,各井数据见下表。 判 断 :该油藏 两翼 油水 界面相对高低关系。

A

B

C

A 原始油层压力 油层中部井深 井口海拔 m 水的密度 g/cm3 MPa m 16 2100 300 1.0

C 20 2600 300 1.0

第一节 地层压力
一、有关地层压力的概念 二、原始油层压力研究
1、原始油层压力及其分布
埋藏深度、 流体性质差异、 气柱高度大小

2、原始油层压力的确定方法 3、原始油层压力等压图的编制与应用

二、原始油层压力研究 2、原始油层压力的确定方法 常用方法主要有4种: ⑴ 实测法 ⑶ 计算法 ⑵ 压力梯度法 ⑷ 试井分析法

⑴ 实测法--油井完井后,关井,待井口压力表上压
力稳定后,把压力计下入井内油气层中部所测得的压 力→油气层的原始地层压力。 ---关井测压

⑵ 压力梯度法--具有统一水动力系统的油气藏,其压
力梯度值为常数--即地层压力与其埋深呈直线关系。 因此,实测不同海拔 的原始地层压力 →作出压力随海拔高 度变化的关系曲线。 →对新钻井,可根据 关系曲线查得该井某深 度的原始地层压力。
俄罗斯地台某油田压力与深度 关系曲线(据B· A· 特哈斯托维,1975)

⑶ 计算法--对于新勘探或新开发油气藏
如果钻井的海拔高度和深度已知,且测定了原油、地 层水或天然气密度:


应用静水压力公式计算原始地层压力;
对于高压气井(超高压气井),不能直接下入井底压力计



测量,可利用井口最大关井压力求得原始气层压力。

Pf ? Pmax e

(1.293?10 ?4 d g H )
Pmax--气井井口最大关井压力 dg--天然气对空气的相对密度(0.8) H--井深或气柱高度

⑷ 试井分析法

以压力P为纵坐 标,以
lg t T ?t

t 2.3q? pw (t ) ? pi ? lg 4?Kh T ? t
PW(t)--试井测得的井底压力, Pa; Pi--原始地层压力,Pa; q--关井测压前的恒定产量,cm3/s; μ--地层原油的粘度,mPa?s; K--地层渗透率,10-3μm2; h—油层厚度,cm; T--油井以恒定产量开井生产时间,s; t--下入压力计后关井测压时间,s。

为横坐

标作图,将直线外推 至P轴,得截距b,即 为原始地层压力Pi。
P b

lg

t T ?t

确定Pi的试井分析法示意图

3、原始油层压力等压图的编制与应用 ⑴ 原始油层压力等压图的编制
绘制方法与构造图相同--在目的层构造图上进行:
根据各井原始油层压力,选择压力间隔值, 在相邻两井间进行线性内插 、圆滑曲线 等。

原始油层压力分布主要受构造因素影响→
▲ ▲

油层厚度均匀,压力等值线与构造等高线基本平行; 若两类等值线形态差异较大,必须检查原因-地层厚度不均,或因测量、计算导致数据不准等。

⑵ 原始油层压力等压图的应用--主要有4个方面
① 通过等压图预测新井的原始油层压力
--便于设计新钻井的套管程序与钻井液密度。

② 计算油藏的平均原始油层压力(常用面积权衡法求取)
--平均值越大,天然能量越大,越有利于油藏开采。

③ 判断水动力系统--对制定开发方案、分析开发动态十分重要。 对制定开发方案、分析开发动态十分重要 水动力系统--指在油气层内流体连续流动的范围。
◆ ◆

同一水动力系统内,原始地层压力等值线分布连续; 不同水动力系统,原始地层压力等值线分布不连续:

--因断层或岩性尖灭等因素被分割。

某油田原始油层压力等压图

⑵ 原始油层压力等压图的应用 ④ 计算油层的弹性能量
油层的弹性能量--指油田在开发过程中,地层压力每

下降0.1MPa时,依靠弹性膨胀力所能采出的油量。
若油藏无边水 或 底水, 无原生气顶,但原始油层压力 远超过饱和压力。




开采时,驱油动 力为弹性膨胀力

弹性能量--取决于地饱压差、含油面积、油层厚度等。

地饱压差差值越大→弹性能量越大,排出流体量越多。

第二节 地层压力
一、有关地层压力的概念 二、原始油层压力研究
1、原始油层压力及其分布 2、原始油层压力的确定方法 3、原始油层压力等压图的应用
★★ ★

三、目前油层压力
1、目前油层压力及其分布 2、油层静止压力等压图的编制


1、目前油层压力及其分布
目前油层压力--油藏投入开发后某一时期的地层压力。 又分为:油层静止压力 和 井底流动压力。 ★★


油层静止压力(PS)--油田投入生产后关闭油井, 待压力恢复到稳定状态以后测得的井底压力。



井底流动压力(Pb)--油井生产时测得的井底压力。

油层静止压力PS>井底流压Pb


生产压差(采油压差)-=地层压力(油层静止压力)-流动压力

1、目前油层压力及其分布
⑴ 单井生产时油层静止压力的分布
假定:油层均质、各向同性, 只有1口井; 油井生产时,流体从供给边 缘流向井底的渗流过程中:
▲ ▲

流线呈径向分布 压力分布呈规则同心圆状
平面径向流渗流场示意图

从供给边界到井底,地层中的压力降落过程按对数关 系分布。空间形态上形似漏斗,习惯上称“压降漏斗”。

Q? R ln Pf ? PS ? 2?Kh r
Pf --距井轴r处地层压力,Pa PS—油层静止压力,Pa R--油井供给半径,m r--研究点与井筒轴距离,m Q--地层条件下产量,m3/s μ--地层原油粘度,Pa·s K--油层渗透率,μm2 h--油层有效厚度,m
r处地层 压力 油层静止压力PS 井底流动压力

研究点与井筒轴距离

油井供给半径

压降漏斗示意图

⑵ 多井生产时油层静止压力的分布
多口井同时生产时产生相互干扰。此时,任意一点 的压力是油层上各井(产油井、注水井)在该处所引起压 力的叠加。

油藏中任一点A压力降落 △PA=△P1+△P2+△P3

A
总的压降漏斗

3口井同时生产油层压力分布示意图

2、油层静止压力等压图的编制 一般了解

▲ ▲ ▲

油层静止压力的获取:
在油井中 →定期测压力恢复曲线; 在水井中 →定期测压力降落曲线; 将不同时期压力值换算为同一作图时期压力值
(换算时多采用油藏平均压力递减曲线法);



相邻两井之间某点油层静止压力— 一般采用线性内插法求取。

我国某油藏某一时期 油层静止压力等压图

与该油藏原始油层压力等压图比较,油层压力分布发生 较大变化;油层静止压力等压图与构造等高线相交。

一、有关地层压力的概念

第 二 节 地 层 压 力

二、原始油层压力研究 三、目前油层压力
1、目前油层压力及其分布 2、油层静止压力等压图的编制 ★

四、油层折算压力
1、油层折算压力的概念 2、折算压力等压图的编制

五、异常地层压力研究

1、油层折算压力的概念 ⑴ 折算压头--指井内静液面
距某一折算基准面的垂直高度。
折算基准面可以是海平面、原始油水 (或油气)界面等。


0

假设:折算基准面为海平面, 折算压头为:

?l
?h
折算压头换算示意图

假设:折算基准面为油水界面, ? 折算压头为:

⑵ 折算压力Pre:指测点相对于某一基准面的压力,
可用静水压力公式导出。


★★

以油水界面为折算基准面:

pre ? p ? 0.01g? o hwo ? ho
ρ--液体的密度,g/cm3 hwo--油水界面海拔,m ho--测点(油藏某点)海拔,m p--测点实测压力,MPa g--重力加速度,10.0m/s2

hwo

ho

静液面在基准面以上时,取+
折算压头换算示意图

2、折算压力等压图

编图方法与油层静止压力等压图相同。
高压区 低压区 低压区 高压区

油藏折算压力等压图

油藏中流体流动方向:从南、北两翼向轴部及东、西两端



油层折算压力等压图的作用:

A)更直观、准确地反映油藏的开采动态及地下流体的
流动状况--由折算压力高处→折算压力低处流动;

B)判断水动力系统--静水条件下,若油藏各井原始油层 压力的折算压头或折算压力相等,则该油藏为一个统 一的水动力系统;反之,则为多个水动力系统。 C)利用压头或压力分布与变化特征,可拟定油藏分区的 配产、配注方案 等。

五、异常地层压力研究
研究和预测压力异常的意义:

对评价油气藏形成条件, 认识油层能量特征, 指导安全生产、保护油气层等极为重要
(钻遇压力 异常低时易产生井漏;钻遇压力异常高时易产生井喷)。

(一) 异常地层压力的概念
异常地层压力--偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力。
或称为压力异常。
★★

表示方法:常用压力系数或压力梯度来表示。

压力系数--指实测地层压力(Pf)与同一深度
静水压力PH的比值,可用αP来表示:
▲ ▲ ▲



?P ?

Pf PH

αp=1,属正常地层压力;

αP>1,称为高异常地层压力,或称高压异常; αP<1,称为低异常地层压力,或称低压异常。

压力梯度GP表示异常地层压力的大小:
▲ ▲ ▲

GP =0.01MPa/m时,属正常地层压力; GP >0.01MPa/m时,属高异常地层压力; GP <0.01MPa/m时,属低异常地层压力。

(二) 异常地层压力的成因分析
大量研究、实验、分析后认为,异常地层压力的成 因多种多样,主要有:
▲ ▲ ▲ ▲ ▲

成岩作用 构造作用 (断裂、剥蚀、刺穿) 热力和生物化学作用 测压水位影响 流体密度差异 ……

▲ 渗析作用

(二)异常地层压力的成因分析
1、成岩作用。成岩过程中造成高压异常的主要因素:


泥页岩压实作用: 蒙脱石的脱水作用:
蒙脱石

正常压实→正常地层压力 欠压实→高压异常。



热力失去结合水

伊利石+自由水→水V↑ 压力↑



硫酸盐岩的成岩作用

●石膏(CaSO4·2H2O)向无水石膏(CaSO4)

转化时析出大量水,封闭条件下→高压异常;


无水石膏水化变为石膏,体积发生膨胀(15~40%)。

异常地层压力的成因分析 2、剥蚀作用
由于剥蚀作用,易造成高压异常和低压异常。 A层比B层埋藏深,正常 情况应该是A层的压力大 于B层的压力; 由于剥蚀作用,B层压 力大于A层压力, A层为低压异常, B层为高压异常。

在一些高原地区,河流侵蚀(不均衡侵蚀)形成深 山峡谷,泄水区海拔很低,测压面横穿圈闭,

导致油藏内地层压力非常低。

3、构造/断裂作用


油层和地面供水区连通
(H1<H)

时为正常压力;


发生断裂,切断油藏与供
高压异常

水区联系;且由于剥蚀作用 使油藏埋深变浅,油藏中保 持原来压力值→高压异常;


断层切割,并使油层变

(H2>H)
低压异常

深,油藏中保持原来压力 值,造成低压异常。

压力异常示意图

对于岩性遮挡油藏:原来埋藏较深,具有较大的压力。
断裂作用→岩性油藏上升,保持原始压力形成高压异常 断裂作用→岩性油藏下沉,保持原始压力形成低压异常

低压异常 高压异常

构造断裂与岩性遮挡作用造成的压力异常

断裂作用→把深部高压气 层与浅层油藏勾通,形成一 个统一的压力系统。

油层压力将显著地高于按 井深H计算出的静水压力。
断裂勾通深部高压气藏所形成 的浅部油层高压异常示意图

异常地层压力的成因分析 4、刺穿作用
在不均衡压力作用 下,塑性岩层发生侵 入、刺穿作用,使上 覆一些软的页岩和固 结的砂层发生挤压与 断裂变动,从而减少 孔隙容积,使其中流 体压力增大而形成高 压异常。
刺穿盐丘周围的异常地层压力带
(据Harkins和Baugher,1969)

异常地层压力的成因分析 5、热力作用和生化作用


在一个封闭系统中,温度增加引起岩石和岩石 孔隙中流体膨胀,使该系统压力增大; 温度增加引起岩石中流体相态变化, 析出CO2等气相物质。 高温使干酪根热裂解,生成烃类气体;

热 力 作 用





生化作用:研究证明,催化反应、放射性衰变、细菌
作用等,使烃类的微小颗粒裂解为较简单化合物→体积 增大,在封闭的系统中形成高异常地层压力。

异常地层压力的成因分析 6、流体密度差异
流体密度差异影响地层压力的分布,特别是气--水系 统。当地层倾斜较陡,气藏高度大时,影响更明显。位 于气藏顶部的气井往往显示出特别高的异常地层压力:

对于1井:
按深度计算P1=9.8? 井内原始地层压力可根 据最大关井压力Pmax求 取≈23.9?
流体密度差形成异常地层压力

异常地层压力的成因分析 7、测压水位的影响
测压水位高于井口海拔高度→油井显示高异常地层压力 测压水位低于井口海拔高度→油井显示低异常地层压力

测压面

折算基准面

判断:A、B油藏为何种压力异常?
A油藏 B油藏 实测压力>井深计算压力 实测压力<井深计算压力 高压异常 低压异常

8、渗析作用
在粘土或页岩地层两侧液体的含 盐浓度不同时,浓度低的液体以粘 土或页岩作半渗透膜,向浓度高液 体渗流,而产生渗析压力。在封闭 的地质环境中,形成高压异常。


渗析作用、测压水位等影响,

所形成的异常压力多是中、小型 的,重要程度不及前述与封闭地 质环境有关的异常地层压力。

第二节 地层压力
一、有关地层压力的概念 二、原始油层压力研究 三、目前油层压力
折算压力等压图的编制

成岩作用 断裂 剥蚀 刺穿 热力和生物化学作用 测压水位影响 流体密度差异 渗析作用 ……
构造作用

四、油层折算压力 五、异常地层压力研究

(一) 异常地层压力的概念 (二) 异常地层压力的成因分析 (三) 异常地层压力预测方法

(三) 异常地层压力预测方法


预测异常地层 压力的任务

▲ ▲

确定异常压力带的层位和顶部深度 计算出异常地层压力值的大小

异常地层压力部位特点:(异常)高压油气层周围的泥 岩、页岩层处于从异常压力到正常压力过渡带上,该过 渡带的泥、页岩由于欠压实而具有某些特征: 过渡带岩石密度较小、 声波时差大。 钻入过渡带时,可能产生 参数出现异常等现象。

孔隙度较大→电阻率低、 井喷、井涌、井漏以及钻井

异常地层压力预测方法:
--预测砂/泥岩剖面异常地层压力方法
1、地球物理勘探方法


地震波传播速度--层速度偏离正常压实趋势线;

2、地球物理测井方法



页岩密度测井--密度向降低方向偏离正常趋势线; 电阻率测井--电阻率向降低方向偏离正常趋势线; 声波测井--传播时间向增加方向偏离正常趋势线。

3、钻井地质资料分析法

★★

预测的 钻井液 密度

深度与地震波旅行时间关系曲线
(据Pennebaker,1968)

墨西哥湾岸某井的页岩 电阻率曲线(据瓦尔特,1976)

异常地层压力预测方法 3、钻井资料分析法


钻井速度--钻入高异常压力过渡带,钻速明显增大; 返出钻井液温度--钻遇高异常地层压力过渡带时, 地层温度远超正常情况,钻井液出口温度突然增高;





页岩岩屑密度--欠压实导致的异常高压带→页岩岩屑 密度急剧变小;



d指数—消除转速、钻压、钻头直 径等因素对钻速的影响; dc指数--消除钻井液密度影响。

钻遇高压异常过 渡带时,深度↑ d(dc)指数↓

异常地层压力预测方法 3、钻井资料分析法 钻井速度、返出钻井液温度、页岩岩屑密度、d指数 ⑴ 钻井速度


在正常压实的砂、页岩剖面中, 当钻压、转速、钻头类型以及水力条件一定时,

页岩的钻速随井深增加而减小。


钻入高异常地层压力过渡带,钻速立即增大。
根据该现象可判定地下存在高异常地层压力过渡带。

⑵ d 指数--一般了解
影响钻速的因素较多,为了较准确反映钻速与高异常地 层压力间的关系,必须消除其他因素对钻速的影响。 Jorden和Shirley(1966)提出用d指数替代钻井速度
(d指数是用来标定钻进速度的)。

d指数计算公式:

d?

lg 0.054

?m

υm--钻速,m/h
N--转速,r/min P--钻压,t D--钻头直径,mm

N P lg 0.672 D

为了消除钻井液密度对d指数的影响,可用dc指数 代替d指数,其间关系为:

?1 dc ? d ? ?2
● ●

ρl--正常地层压力下钻井液密度 ρ2--实际使用的钻井液密度

正常压实情况下: 深度↑, d(dc)指数↑。 钻遇高压异常过渡带时,深度↑,d(dc)指数↓

偏离正常压实趋势线。
→ 绘制研究井的d(dc)指数与深度关系曲线, 可预测过渡带的顶部位置和异常地层压力。

右图为同一口 井的d指数--深 度、dc指数--深 度关系曲线:高 异常地层压力过 渡带顶面位置约 在2652m处。
d指数与dc指数曲线对比

由于dc指数消除了钻井液密度的影响, dc指数比d指 数更能清楚地反映高异常地层压力过渡带的存在。

钻井资料预测异常地层压力 ⑶ 返出钻井液温度--异常高压带常伴有异常高温带出现
在钻遇高异常地层压 力过渡带时,地层温度远 远超过了正常情况,钻井 液出口的钻井液温度突然 增高,该现象可判断钻遇 高异常地层压力过渡带。
返出钻井液温度与井深关系曲线
(据Wilson和Bush,1973)

钻井资料预测异常地层压力 ⑷ 页岩岩屑密度
在异常高压过渡带,欠压实→ 页岩岩屑的密度急剧变小而偏离 正常压实趋势线。 该方法简便、见效快、精度高

4114.8m

注意,当页岩中含有大量碳

酸盐矿物和重矿物时,将影响解 释精度,所以,应当对碳酸盐矿 物和重矿物的含量进行校正。
页岩岩屑密度与井深关系曲线

应用时,应尽可能选用多种地球物理测井方法和其它 方法进行综合分析,相互验证,以获得较可靠结果。

高异常压力 过渡带顶部 位置约在 3749m

综合利用各种资料预测异常地层压力(据Fertl和Timko,1970)

第十章 地层压力和地层温度
一、基本概念--地层压力、静水压力、原始油层压力
压力梯度、压力系数、异常地层压力、地温梯度

二、主要问答题
1、简述原始油层压力的来源、确定方法及等压图应用。 2、图示说明折算压头、折算压力及其计算方法。 3、试述异常地层压力的成因及预测方法。 4、简述影响地温场分布的主要因素 及地温场与油气生成、分布的关系。


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