第5章地層壓力和地層溫度

1、 第五章第五章 地層壓力和地層溫度地層壓力和地層溫度第五章第五章 地層壓力和地層溫度地層壓力和地層溫度Formation pressure and temperature油氣意義 地質(zhì)：生烴，運移動力，保存條件，儲量地質(zhì)：生烴，運移動力，保存條件，儲量 開發(fā)：能量（自噴、注水）、連通性、儲開發(fā)：能量（自噴、注水）、連通性、儲層改造層改造 鉆井：泥漿、井身結(jié)構(gòu)鉆井：泥漿、井身結(jié)構(gòu)授課內(nèi)容授課內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 原始地層壓力及其在油氣藏中的分布原始地層壓力及其在油氣藏中的分布第二節(jié)第二節(jié) 異常地層壓力異常地層壓力第三節(jié)第三節(jié) 地層溫度地層溫度第一節(jié)原始地層壓力第一節(jié)原始地層壓力Initial for

2、mation pressure 一、有關(guān)地層壓力的基本概念一、有關(guān)地層壓力的基本概念二、原始地層壓力在油氣藏中的分布二、原始地層壓力在油氣藏中的分布三、折算壓力三、折算壓力四、原始地層壓力的來源四、原始地層壓力的來源五、利用原始地層壓力預測氣五、利用原始地層壓力預測氣-水、油水、油-水界面水界面一、有關(guān)地層壓力的基本概念一、有關(guān)地層壓力的基本概念1. 液柱靜壓力液柱靜壓力由垂直的液柱重量（高度）所產(chǎn)生的壓力叫靜由垂直的液柱重量（高度）所產(chǎn)生的壓力叫靜水壓力，也稱流體靜壓力或靜水壓力水壓力，也稱流體靜壓力或靜水壓力。液柱靜壓力的大小與流體密度和液柱的高度有液柱靜壓力的大小與流體密度和液柱的高度有

3、關(guān)，而與液柱的形狀和大小無關(guān)。關(guān)，而與液柱的形狀和大小無關(guān)。式中：液柱靜壓力，式中：液柱靜壓力，MPa106Pa； 流體密度，流體密度，Kg/m；g 重力加速度，重力加速度，9.8m/s2；H液柱高度，。液柱高度，。 gHP6101100m水柱的壓力？水柱的壓力？2. 上覆巖層壓力上覆巖層壓力由上覆巖層的重量引起，即巖石骨架由上覆巖層的重量引起，即巖石骨架重量和孔隙中流體重量所引起的壓力叫上重量和孔隙中流體重量所引起的壓力叫上覆巖層壓力，也稱地靜壓力覆巖層壓力，也稱地靜壓力。上覆巖層壓力隨上覆巖層骨架的增厚上覆巖層壓力隨上覆巖層骨架的增厚而加大，也與巖層及其孔隙空間流體的密而加大，也與巖層及其

4、孔隙空間流體的密度大小有關(guān)。度大小有關(guān)。 gHPrr6101gHfma1101Pr63地層壓力地層壓力（Formation pressure)作用于巖層孔隙中流體上的壓力叫地作用于巖層孔隙中流體上的壓力叫地層壓力，也有叫孔隙流體壓力或孔隙壓力層壓力，也有叫孔隙流體壓力或孔隙壓力。常用常用Pf表示。在含油、氣區(qū)內(nèi)的地層表示。在含油、氣區(qū)內(nèi)的地層壓力又可稱為油層壓力或氣層壓力。壓力又可稱為油層壓力或氣層壓力。在油氣層未被鉆開之前，油氣層內(nèi)各在油氣層未被鉆開之前，油氣層內(nèi)各處的壓力保持相對平衡狀態(tài)，一旦油氣層處的壓力保持相對平衡狀態(tài)，一旦油氣層被鉆開并投入開采，原來油氣層內(nèi)壓力的被鉆開并投入開采，原

5、來油氣層內(nèi)壓力的相對平衡狀態(tài)就被打破，在油氣層壓力與相對平衡狀態(tài)就被打破，在油氣層壓力與油氣井井底壓力之間生產(chǎn)壓差的作用下，油氣井井底壓力之間生產(chǎn)壓差的作用下，油氣層內(nèi)的流體就會流向井底，甚至會強油氣層內(nèi)的流體就會流向井底，甚至會強烈地噴出地面。烈地噴出地面。地層流體能夠由地層流到井底，并由地層流體能夠由地層流到井底，并由井底到達地面，均由于地層壓力的作用。井底到達地面，均由于地層壓力的作用。4. 壓力梯度和壓力系數(shù)壓力梯度和壓力系數(shù) 壓力梯度壓力梯度是指每增加單位深度所增加的壓力值，是指每增加單位深度所增加的壓力值，單位為單位為MPa/m。 相應(yīng)地有液柱靜壓力梯度、上覆巖層壓力梯度相應(yīng)地有液

6、柱靜壓力梯度、上覆巖層壓力梯度和地層壓力梯度。和地層壓力梯度。 所謂所謂壓力系數(shù)壓力系數(shù)就是實測地層壓力與相同深度靜就是實測地層壓力與相同深度靜水壓力的比值水壓力的比值。 原始地層壓力與目前地層壓力原始地層壓力與目前地層壓力 原始地層壓力是指油層在未被鉆開或鉆開后未被原始地層壓力是指油層在未被鉆開或鉆開后未被開采時的地層壓力開采時的地層壓力。 人們通常用第一口井或第一批探井測得的油層壓人們通常用第一口井或第一批探井測得的油層壓力值近似代表原始地層壓力。力值近似代表原始地層壓力。 隨著流體的不斷采出，能量逐漸消耗，地層壓力隨著流體的不斷采出，能量逐漸消耗，地層壓力下降。油層開采到某一時刻的地層壓

7、力稱為該時下降。油層開采到某一時刻的地層壓力稱為該時刻的目前地層壓力，通常在該時刻通過一段時間刻的目前地層壓力，通常在該時刻通過一段時間的關(guān)井，待壓力恢復到穩(wěn)定狀態(tài)后，測得的井底的關(guān)井，待壓力恢復到穩(wěn)定狀態(tài)后，測得的井底產(chǎn)層中部產(chǎn)層中部壓力獲得。壓力獲得。流動壓力與生產(chǎn)壓差流動壓力與生產(chǎn)壓差在正常生產(chǎn)條件下，井底所具有的回在正常生產(chǎn)條件下，井底所具有的回壓壓稱為稱為流動壓力流動壓力。它實際代表井口剩余壓。它實際代表井口剩余壓力與井筒內(nèi)液柱重量對井底產(chǎn)生的回壓。力與井筒內(nèi)液柱重量對井底產(chǎn)生的回壓。油氣井生產(chǎn)時，井底流動壓力小于油油氣井生產(chǎn)時，井底流動壓力小于油層靜止壓力（地層壓力），油層中的流體

8、層靜止壓力（地層壓力），油層中的流體正是在這個壓差（生產(chǎn)壓差）的作用下流正是在這個壓差（生產(chǎn)壓差）的作用下流人到井筒中，甚至噴出地面。人到井筒中，甚至噴出地面。概念小結(jié) 靜液柱壓力靜液柱壓力 上覆巖層壓力上覆巖層壓力 地層壓力地層壓力 壓力梯度壓力梯度 流動壓力流動壓力 生產(chǎn)壓差生產(chǎn)壓差油壓油壓套壓套壓如何獲得壓力？二、原始地層壓力在油氣藏中分布二、原始地層壓力在油氣藏中分布自流水盆地的水壓頭與自噴泉和非自噴泉的關(guān)系自流水盆地的水壓頭與自噴泉和非自噴泉的關(guān)系大氣降水或地表水從供給區(qū)進入含水層，在含水層中從大氣降水或地表水從供給區(qū)進入含水層，在含水層中從水壓頭高的地區(qū)向水壓頭低的地區(qū)滲流，至泄水

9、區(qū)流出地表。水壓頭高的地區(qū)向水壓頭低的地區(qū)滲流，至泄水區(qū)流出地表。供水區(qū)與泄水區(qū)之間叫承壓區(qū)，圖中虛線表示承壓區(qū)內(nèi)的水供水區(qū)與泄水區(qū)之間叫承壓區(qū)，圖中虛線表示承壓區(qū)內(nèi)的水頭分布，即該區(qū)內(nèi)所鉆孔中靜水面能達到的高度。頭分布，即該區(qū)內(nèi)所鉆孔中靜水面能達到的高度。 如無泄水區(qū)，會怎么樣？ 帶氣頂背斜油藏原始地層壓力分布帶氣頂背斜油藏原始地層壓力分布 假設(shè)地層水和原油的密度分別為假設(shè)地層水和原油的密度分別為103Kg/m3和和0.85103Kg/m3，天然氣對空氣的相對密度為天然氣對空氣的相對密度為0.78，我們來觀察各個油、氣、，我們來觀察各個油、氣、水井產(chǎn)層中部的原始地層壓力以及它們彼此之間的區(qū)別

10、和聯(lián)水井產(chǎn)層中部的原始地層壓力以及它們彼此之間的區(qū)別和聯(lián)系。系。 5井：3.92MPa1井：5.88MPa2井鉆過油層，油層中部海拔與井鉆過油層，油層中部海拔與1井相同也是井相同也是-500m?？紤]到油井中有游離氣比。考慮到油井中有游離氣比水井復雜，不便用油柱直接計算原始地層壓力。油藏的油水井復雜，不便用油柱直接計算原始地層壓力。油藏的油水界面海拔為水界面海拔為-700m，則油則油水界面壓力應(yīng)為水界面壓力應(yīng)為7.84MPa。因。因2井產(chǎn)層中部至油水界面處的油柱高度為井產(chǎn)層中部至油水界面處的油柱高度為-500-（-700）=200m，于是，于是2井原始地層壓力為井原始地層壓力為7.84-1.67

11、=6.17MPa。 2井：6.17MPa3井為氣井，它鉆在氣頂上，產(chǎn)層中部井深為井為氣井，它鉆在氣頂上，產(chǎn)層中部井深為600m，關(guān)井后井口靜止壓力為，關(guān)井后井口靜止壓力為5.67MPa。 HgePP410293.1井口 3井：6.02MPa4井：8.82MPa5井：3.92MPa1井：5.88MPa第一，同一層的原始地層壓力，構(gòu)造部位高的較構(gòu)造部第一，同一層的原始地層壓力，構(gòu)造部位高的較構(gòu)造部位低的要低。位低的要低。第二，同一產(chǎn)層，如兩口井產(chǎn)層中部海拔相同，而所鉆第二，同一產(chǎn)層，如兩口井產(chǎn)層中部海拔相同，而所鉆遇的流體也一樣，則原始地層壓力相等；若鉆遇的流體性質(zhì)遇的流體也一樣，則原始地層壓力相

12、等；若鉆遇的流體性質(zhì)不同，則流體密度大的原始地層壓力較低，密度小的原始地不同，則流體密度大的原始地層壓力較低，密度小的原始地層壓力較高。流體的密度相差越大，則原始地層壓力之差就層壓力較高。流體的密度相差越大，則原始地層壓力之差就越懸殊。越懸殊。2井：6.17MPa 2井：6.02MPa4井：8.82MPa三、折算壓力三、折算壓力在油氣藏開發(fā)過程中，為了正確掌握油層壓力在油氣藏開發(fā)過程中，為了正確掌握油層壓力大小、分布及其變化規(guī)律，必須消除構(gòu)造因素（即大小、分布及其變化規(guī)律，必須消除構(gòu)造因素（即油層埋藏深度對油層壓力的影響）和流體密度不同油層埋藏深度對油層壓力的影響）和流體密度不同對地層壓力的影

13、響，以便于比較同層或不同層壓力對地層壓力的影響，以便于比較同層或不同層壓力的高低，因而提出折算地層壓力的概念。的高低，因而提出折算地層壓力的概念。人們往往習慣地認為地下流體是由地層壓力高人們往往習慣地認為地下流體是由地層壓力高的地方流向地層壓力低的地方，然而，實際情況是的地方流向地層壓力低的地方，然而，實際情況是怎樣的呢？現(xiàn)在用一個例子來說明。怎樣的呢？現(xiàn)在用一個例子來說明。 有兩口油井，它們分別位于油層有兩口油井，它們分別位于油層頂部海拔為頂部海拔為-380m與翼部海拔與翼部海拔-470m處，經(jīng)過一段時間開采后，關(guān)井測處，經(jīng)過一段時間開采后，關(guān)井測得得1號井油層靜止壓力為號井油層靜止壓力為2

14、.82MPa；2號井油層靜止壓力為號井油層靜止壓力為3.25MPa。就。就油層壓力大小而論，油層壓力大小而論，2號井的油層壓號井的油層壓力比力比1號井多號井多0.43MPa。若油藏的原油密度為若油藏的原油密度為0.8g/cm3，經(jīng)計算后得到經(jīng)計算后得到1號井內(nèi)油柱靜液面海號井內(nèi)油柱靜液面海拔高度為拔高度為-20 m，而，而2號井內(nèi)油柱靜號井內(nèi)油柱靜液面的海拔高度為液面的海拔高度為-55m。就壓頭而言，就壓頭而言，1號井則比號井則比2 號井高號井高35m。油藏內(nèi)流體實際上是從。油藏內(nèi)流體實際上是從1號號井流向井流向2號井。號井。流體是從壓頭高的地方流向壓頭低的地方，而不能說從壓力大流體是從壓頭高

15、的地方流向壓頭低的地方，而不能說從壓力大的地方流向壓力小的地方。的地方流向壓力小的地方。折算壓頭（折算壓頭（m） 折算壓頭是指井內(nèi)靜液折算壓頭是指井內(nèi)靜液面距某一折算基準面的面距某一折算基準面的垂直高度垂直高度。 折算基準面可以是海平折算基準面可以是海平面，或原始油水（或油面，或原始油水（或油氣）界面，或任意水平氣）界面，或任意水平面。面。當靜液面在折算基準面以上時，折算壓頭為正值；當靜液面在折算基準面以上時，折算壓頭為正值；當靜液面在折算基準面以下時，折算壓頭為負值。當靜液面在折算基準面以下時，折算壓頭為負值。HLhl折算壓力折算壓力 由折算壓頭產(chǎn)生的壓力，可利用靜液柱壓力公式由折算壓頭產(chǎn)生

16、的壓力，可利用靜液柱壓力公式導出。導出。gSHPPfL6101折 地下流體的流動方向是受折算壓力控地下流體的流動方向是受折算壓力控制的，是從折算壓力高的地方向折算壓力制的，是從折算壓力高的地方向折算壓力低的地方流動。低的地方流動。 為了消除流體性質(zhì)不一致造成的壓力為了消除流體性質(zhì)不一致造成的壓力差別，此時折算面必須選擇在兩種流體的差別，此時折算面必須選擇在兩種流體的分界面上。為了對比油藏上各井壓頭的大分界面上。為了對比油藏上各井壓頭的大小，應(yīng)將所有的井都折算到同一個折算面小，應(yīng)將所有的井都折算到同一個折算面基準上?；鶞噬稀地層壓力，MPa；H油層海拔高度，m；S折算面海拔高度，m；流體密度，

17、。HLhl四、原始地層壓力的來源四、原始地層壓力的來源1. 靜水壓頭：靜水壓頭：當油層有供水區(qū)時，原始地層壓力與供水區(qū)水壓頭和當油層有供水區(qū)時，原始地層壓力與供水區(qū)水壓頭和泄水區(qū)的高低有關(guān)；如果無供水區(qū)，則與油層含水部分所具有的泄水區(qū)的高低有關(guān)；如果無供水區(qū)，則與油層含水部分所具有的壓頭有關(guān)。壓頭有關(guān)。2. 地靜壓力：地靜壓力：上覆巖層或沉積物重量所形成的壓力。地靜壓力對地上覆巖層或沉積物重量所形成的壓力。地靜壓力對地層壓力的影響大小，將視儲層是否封閉的程度而定。層壓力的影響大小，將視儲層是否封閉的程度而定。3. 天然氣補給：天然氣補給：油氣藏形成之后，沉積物或巖層中的有機物會繼續(xù)油氣藏形成之

18、后，沉積物或巖層中的有機物會繼續(xù)轉(zhuǎn)變成烴類或非烴類氣體，當油氣藏處于被隔絕狀態(tài)時這些天然轉(zhuǎn)變成烴類或非烴類氣體，當油氣藏處于被隔絕狀態(tài)時這些天然氣的聚集會提高地層壓力。氣的聚集會提高地層壓力。4. 構(gòu)造應(yīng)力：構(gòu)造應(yīng)力：地殼運動所產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力，會使孔隙縮小壓力升高；地殼運動所產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力，會使孔隙縮小壓力升高；也可能因斷層和裂縫的產(chǎn)生，為油、氣的逸散構(gòu)成通道，使已有也可能因斷層和裂縫的產(chǎn)生，為油、氣的逸散構(gòu)成通道，使已有壓力下降。壓力下降。5. 地溫：地溫：總的趨勢是巖層埋藏深度越大，其溫度越高。溫度升高，總的趨勢是巖層埋藏深度越大，其溫度越高。溫度升高，會使孔隙流體發(fā)生體積膨脹，也增高地層

19、壓力。會使孔隙流體發(fā)生體積膨脹，也增高地層壓力。五、利用原始地層壓力預測氣五、利用原始地層壓力預測氣水、水、油油水界面水界面 ghhghPPwggwgggw66101101gwgWwgwggPPghh66101101ghhghPPoggogggO66101101ghhghPPwoowooOW66101101gPPghhgogOogog66101101gPPghhowOWwowo66101101大體位置大體位置公式全部未考慮由于毛細管壓力所導公式全部未考慮由于毛細管壓力所導致的界面上移距離，因此只能說是油致的界面上移距離，因此只能說是油氣氣或油或油水界面的大體位置。精確測量油、水界面的大體位置。

20、精確測量油、氣、水井的地層壓力是預測油、氣、水界氣、水井的地層壓力是預測油、氣、水界面的先決條件。只要有了可靠的壓力資料，面的先決條件。只要有了可靠的壓力資料，特別是氣特別是氣水，氣水，氣油界面的預測，往往油界面的預測，往往會得到比較滿意的結(jié)果。會得到比較滿意的結(jié)果。第二節(jié)第二節(jié) 異常地層壓力異常地層壓力一、異常地層壓力的概念一、異常地層壓力的概念二、異常地層壓力的形成機理二、異常地層壓力的形成機理三、異常地層壓力的預測方法三、異常地層壓力的預測方法一、概念所謂異常地層壓力是相對于正常所謂異常地層壓力是相對于正常地層壓力而言的。通常所說的正地層壓力而言的。通常所說的正常地層壓力，是指地層壓力等

21、于常地層壓力，是指地層壓力等于從地表到目的層中部的靜水柱壓從地表到目的層中部的靜水柱壓力力。實際測量獲得的地層壓力值不同實際測量獲得的地層壓力值不同于計算所得的靜水壓力時稱之為于計算所得的靜水壓力時稱之為異常地層壓力。實測地層壓力值異常地層壓力。實測地層壓力值高于同深度正常壓力值的叫高異高于同深度正常壓力值的叫高異常地層壓力或超壓，低于同深度常地層壓力或超壓，低于同深度正常壓力值的叫低異常地層壓力。正常壓力值的叫低異常地層壓力。常用常用壓力系數(shù)壓力系數(shù)或或壓力梯度壓力梯度來表示來表示異常地層壓力的大小。異常地層壓力的大小。所謂壓力系數(shù)就是實測地層壓力所謂壓力系數(shù)就是實測地層壓力與相同深度靜水壓

22、力的比值與相同深度靜水壓力的比值。 壓力系數(shù)為壓力系數(shù)為1時，實測地層壓力與靜水壓力相等，這時屬時，實測地層壓力與靜水壓力相等，這時屬于正常地層壓力；當壓力系數(shù)不等于于正常地層壓力；當壓力系數(shù)不等于1時，則為異常地層壓力。時，則為異常地層壓力。當壓力系數(shù)大于當壓力系數(shù)大于1時，稱為高異常地層壓力，或稱為超壓；當時，稱為高異常地層壓力，或稱為超壓；當壓力系數(shù)小于壓力系數(shù)小于1時，稱為低異常地層壓力時，稱為低異常地層壓力。在實際應(yīng)用中很難或很難嚴格地按在實際應(yīng)用中很難或很難嚴格地按1.0這個壓力系數(shù)值作這個壓力系數(shù)值作為衡量標準，這是因為地層壓力值的精確取得往往需要一個為衡量標準，這是因為地層壓力

23、值的精確取得往往需要一個相對較長的時間；正常靜水壓力計算時又涉及到流體密度的相對較長的時間；正常靜水壓力計算時又涉及到流體密度的可靠性；同時還應(yīng)當考慮工程運算時的簡便易行，因此可以可靠性；同時還應(yīng)當考慮工程運算時的簡便易行，因此可以用密度為用密度為1.0103 Kg/m3的淡水來計算靜水壓力，而把異常的淡水來計算靜水壓力，而把異常定義在一定的范圍之內(nèi)。定義在一定的范圍之內(nèi)。如壓力系數(shù)在如壓力系數(shù)在0.901.20范圍之內(nèi)可稱為正常壓力；壓范圍之內(nèi)可稱為正常壓力；壓力系數(shù)在力系數(shù)在1.20以上可稱為高異常地層壓力；低異常地層壓力以上可稱為高異常地層壓力；低異常地層壓力則泛指壓力系數(shù)小于則泛指壓力

24、系數(shù)小于0.90者。者。地層壓力梯度地層壓力梯度 有時也用地層壓力梯度來表示異常地層壓力的大小。有時也用地層壓力梯度來表示異常地層壓力的大小。當時，屬于正常地層壓力；當時，屬于高異常地層當時，屬于正常地層壓力；當時，屬于高異常地層壓力；當時，即每增加壓力；當時，即每增加1m地層深度時，地層壓力地層深度時，地層壓力的增加值小于的增加值小于0.01MPa時，屬于低異常地層壓力。時，屬于低異常地層壓力。 對國內(nèi)外從新生界的更新統(tǒng)到古生界的寒武系的油對國內(nèi)外從新生界的更新統(tǒng)到古生界的寒武系的油氣田地層壓力進行統(tǒng)計可以得出，碎屑巖地區(qū)和碳氣田地層壓力進行統(tǒng)計可以得出，碎屑巖地區(qū)和碳酸鹽巖地區(qū)異常地層壓力

25、普遍存在。壓力系數(shù)最高酸鹽巖地區(qū)異常地層壓力普遍存在。壓力系數(shù)最高可達可達2.33，即壓力梯度接近或等于上覆巖層的壓力，即壓力梯度接近或等于上覆巖層的壓力梯度。梯度。 mMPaGP/01. 0mMPaGP/01.0異常高壓表征流體封閉性異常高壓表征流體封閉性在沒有地表露頭提供高壓的前提下，也在沒有地表露頭提供高壓的前提下，也就是說在沒有明顯地表露頭補給的盆地內(nèi)，就是說在沒有明顯地表露頭補給的盆地內(nèi)，高異常地層壓力表征了地下流體具有嚴格的高異常地層壓力表征了地下流體具有嚴格的封閉性。封閉性。二、異常地層壓力的形成機理二、異常地層壓力的形成機理1. 成巖作用成巖作用2. 熱力作用熱力作用3. 生物

26、化學作用生物化學作用4. 滲析作用滲析作用5. 構(gòu)造作用構(gòu)造作用6. 古壓力古壓力7. 高水頭供水區(qū)高水頭供水區(qū)8. 油氣水密度差異油氣水密度差異 7、8與封閉性沒有關(guān)系（2）熱力作用和生物化學作用）熱力作用和生物化學作用 熱力作用熱力作用：世界鉆探經(jīng)驗表明，異常高壓地帶總是伴隨著：世界鉆探經(jīng)驗表明，異常高壓地帶總是伴隨著異常高溫地帶出現(xiàn)，溫度對壓力的影響是不容忽視的。在異常高溫地帶出現(xiàn)，溫度對壓力的影響是不容忽視的。在一個封閉系統(tǒng)中，溫度增加將引起巖石和巖石孔隙中流體一個封閉系統(tǒng)中，溫度增加將引起巖石和巖石孔隙中流體的膨脹，從而使該系統(tǒng)的壓力增大。的膨脹，從而使該系統(tǒng)的壓力增大。 溫度增加還

27、可以引起巖石中流體相態(tài)的變化，析出二氧化溫度增加還可以引起巖石中流體相態(tài)的變化，析出二氧化碳等氣相物質(zhì)。高溫能使油頁巖中的干酪根熱裂解，生成碳等氣相物質(zhì)。高溫能使油頁巖中的干酪根熱裂解，生成烴類氣體。在封閉的地質(zhì)環(huán)境中，這些氣體將大大提高該烴類氣體。在封閉的地質(zhì)環(huán)境中，這些氣體將大大提高該系統(tǒng)的壓力而促使該系統(tǒng)高異常地層壓力的形成。系統(tǒng)的壓力而促使該系統(tǒng)高異常地層壓力的形成。 生物化學作用生物化學作用：經(jīng)研究證明，催化反應(yīng)、放射性衰變、細：經(jīng)研究證明，催化反應(yīng)、放射性衰變、細菌作用等，均可使烴類的微小顆粒裂解為較簡單的化合物菌作用等，均可使烴類的微小顆粒裂解為較簡單的化合物,從而增大了體積，在

28、封閉的系統(tǒng)中形成高異常地層壓力。從而增大了體積，在封閉的系統(tǒng)中形成高異常地層壓力。（3）滲析作用）滲析作用 在粘土或頁巖地層兩側(cè)的液體的含鹽在粘土或頁巖地層兩側(cè)的液體的含鹽濃度不同時，濃度低的液體就會以粘土或頁濃度不同時，濃度低的液體就會以粘土或頁巖作為半滲透膜，向著濃度高的液體中滲流，巖作為半滲透膜，向著濃度高的液體中滲流，從而產(chǎn)生滲析壓力，在封閉的地質(zhì)環(huán)境中，從而產(chǎn)生滲析壓力，在封閉的地質(zhì)環(huán)境中，這種滲析壓力也是形成高異常地層壓力的原這種滲析壓力也是形成高異常地層壓力的原因。因。(1) 成巖作用：蒙脫石的脫水作用成巖作用：蒙脫石的脫水作用 粘土沉積物中的蒙脫石含有大量的晶格層間粘土沉積物中

29、的蒙脫石含有大量的晶格層間水和吸附水，隨著粘土埋藏深度不斷加大，地層水和吸附水，隨著粘土埋藏深度不斷加大，地層溫度不斷升高。當溫度升至蒙脫石的脫水門限值溫度不斷升高。當溫度升至蒙脫石的脫水門限值時，蒙脫石將釋放出大量的晶格層間水和吸附水，時，蒙脫石將釋放出大量的晶格層間水和吸附水，并向伊利石轉(zhuǎn)化。如果上述過程是處于封閉的地并向伊利石轉(zhuǎn)化。如果上述過程是處于封閉的地質(zhì)條件下，所釋放出來的水就在粘土孔隙中積蓄質(zhì)條件下，所釋放出來的水就在粘土孔隙中積蓄起來，從而增加了孔隙流體的壓力，使地層具有起來，從而增加了孔隙流體的壓力，使地層具有高異常地層壓力。高異常地層壓力。 泥、頁巖壓實作用泥、頁巖壓實作用

30、 泥、頁巖壓實作用：疏泥、頁巖壓實作用：疏松多孔粘土沉積物在埋藏過松多孔粘土沉積物在埋藏過程中不斷被壓實，孔隙中的程中不斷被壓實，孔隙中的流體被排擠出來，這時孔隙流體被排擠出來，這時孔隙體積也隨之減小。在上覆沉體積也隨之減小。在上覆沉積物連續(xù)沉積的情況下，隨積物連續(xù)沉積的情況下，隨粘土埋藏深度增加粘土孔隙粘土埋藏深度增加粘土孔隙度不斷減小，直到粘土不再度不斷減小，直到粘土不再被壓實為止。被壓實為止。 cze0泥、頁巖壓實曲線(1) 成巖作用：泥、頁巖壓實作用成巖作用：泥、頁巖壓實作用 如果上覆沉積物增加的速度與其中如果上覆沉積物增加的速度與其中孔隙內(nèi)流體被排出的速度協(xié)調(diào)一致孔隙內(nèi)流體被排出的速

31、度協(xié)調(diào)一致屬于正常地層壓力；屬于正常地層壓力； 而當上覆沉積物增加的速度與其中而當上覆沉積物增加的速度與其中孔隙內(nèi)的流體被排出的速度不一致孔隙內(nèi)的流體被排出的速度不一致時，即出現(xiàn)欠壓實時，其中的水不時，即出現(xiàn)欠壓實時，其中的水不能充分排出，就會出現(xiàn)高異常地層能充分排出，就會出現(xiàn)高異常地層壓力。壓力。 造成欠壓實的原因主要是沉積速度造成欠壓實的原因主要是沉積速度過快過快,泥巖中的地層水來不及排出泥巖中的地層水來不及排出.在一個盛滿水的圓筒中，每隔一定距離安置一塊孔板，孔板與孔板之間用彈簧來支撐，孔板筒壁之間接觸很嚴密，水不能通過?？装迥M巖層的孔滲性，而彈簧則模擬粘土骨架，流體壓力P可由筒子上的

32、壓力計測量出。圓筒頂部有一加壓裝置，相對于上覆巖層壓力。特察模型當在圓筒頂部施加一負荷S，彈簧因為受壓而縮短，孔板將隨之而下降。此時水將通過孔板向上流動，其流動的快慢與孔板的滲透性及所加負荷大小有關(guān)。如果孔板的滲透性很好，水能從中快速通過，則所加載荷就全部作用在彈簧上，流體壓力計上的指針保持在原來的位置，保持正常靜水壓力。假設(shè)孔板的滲透性差，水不能盡快通過孔板，則所加載荷會又一部分由水來承擔，流體壓力計的讀數(shù)會升高。但是經(jīng)過一段時間后，水通過孔板達到平衡狀態(tài)時，即載荷已經(jīng)全部作用在彈簧上，流體壓力計上的指針又恢復到原來的位置。如果把最上一層孔板換為不滲透的隔板時，水不能被排出，所加載荷將分別由

33、彈簧和水體承受，這時流體承受了較高壓力，并不再下降。 這種情況相當于砂泥巖剖面中的快速沉積、泥巖排水不暢情況，泥巖保持欠壓實狀態(tài)，其中的流體壓力為高異常。若不讓水從筒里排出（階段A），彈簧高度將保持不變，所加負荷S全部由流體所承擔，此時有S=P；倘若從筒中放出一些水（階段B），彈簧將被壓縮，圓筒頂部的負荷S，一部分由筒內(nèi)的流體壓力P所承擔，一部分則由彈簧來支撐。假設(shè)，由彈簧支撐的那一部分力用表示，則有S=P+。水從筒中流出得越多，筒內(nèi)含水體積越小，則彈簧就壓縮得越緊，在總負荷S為定值的情況下，筒內(nèi)流體所承受的壓力也就越小，當圓筒內(nèi)的水不斷被排出直到彈簧不再繼續(xù)壓縮時，便達到壓實平衡階段（階段C

34、），此時流體壓力就為靜水壓力。 蒙脫石的脫水作用與泥、頁巖的欠壓蒙脫石的脫水作用與泥、頁巖的欠壓實作用同時出現(xiàn)，實作用同時出現(xiàn)， 因為泥、頁巖的欠壓實作用不僅形成因為泥、頁巖的欠壓實作用不僅形成高的孔隙度和高異常地層壓力，而且也形高的孔隙度和高異常地層壓力，而且也形成異常高的地溫梯度，因而促進了蒙脫石成異常高的地溫梯度，因而促進了蒙脫石的脫水作用。的脫水作用。 三、異常地層壓力的預測方法三、異常地層壓力的預測方法 確定異常地層壓力帶的層位確定異常地層壓力帶的層位和頂部深度，計算出異常地層壓和頂部深度，計算出異常地層壓力值的大小。力值的大小。 目前的預測方法均建立在粘目前的預測方法均建立在粘土巖

35、欠壓實引起異常地層壓力這土巖欠壓實引起異常地層壓力這一地質(zhì)背景。一地質(zhì)背景。 與遠離高壓異常帶的，屬于正常壓實的泥巖、與遠離高壓異常帶的，屬于正常壓實的泥巖、頁巖相比，過渡帶的泥巖、頁巖由于是欠壓實的，頁巖相比，過渡帶的泥巖、頁巖由于是欠壓實的，因此，其密度較小，孔隙度較大，其地球物理特性因此，其密度較小，孔隙度較大，其地球物理特性為：電阻率值低、聲波時差大。為：電阻率值低、聲波時差大。 在鉆井過程中，當鉆入過渡帶時，還可能產(chǎn)生在鉆井過程中，當鉆入過渡帶時，還可能產(chǎn)生井噴、井漏、井涌以及鉆井參數(shù)出現(xiàn)異常等現(xiàn)象。井噴、井漏、井涌以及鉆井參數(shù)出現(xiàn)異常等現(xiàn)象。人們對過渡帶的這些顯示進行仔細的觀察和研

36、究，人們對過渡帶的這些顯示進行仔細的觀察和研究，便可以預測異常地層壓力。便可以預測異常地層壓力。 國內(nèi)外在預測砂國內(nèi)外在預測砂泥巖剖面中的異常地層壓力泥巖剖面中的異常地層壓力方面，廣泛地采用了地球物理勘探、地球物理測井方面，廣泛地采用了地球物理勘探、地球物理測井以及鉆井地質(zhì)資料分析法等。以及鉆井地質(zhì)資料分析法等。1地震勘探法地震勘探法 在異常壓力的過渡帶在異常壓力的過渡帶,由于泥頁巖欠壓實，隨著埋由于泥頁巖欠壓實，隨著埋藏深度的增加，頁巖孔隙度藏深度的增加，頁巖孔隙度相對較大，密度相對較小，相對較大，密度相對較小，地震波傳播的層速度將偏離地震波傳播的層速度將偏離正常壓實趨勢線向著減小的正常壓實

37、趨勢線向著減小的方向變化，而地震波傳播的方向變化，而地震波傳播的旅行時間則向著增加的方向旅行時間則向著增加的方向變化。變化。美國灣岸地區(qū)的深度與地震波傳播旅行時間的關(guān)系曲線 2鉆井參數(shù)分析法鉆井參數(shù)分析法（1）鉆井速度）鉆井速度 在正常壓實的砂在正常壓實的砂頁巖剖面中，由于頁巖密頁巖剖面中，由于頁巖密度隨井深的增大而加大，因此，當鉆壓、轉(zhuǎn)速、度隨井深的增大而加大，因此，當鉆壓、轉(zhuǎn)速、鉆頭類型以及水力條件一定時，頁巖的鉆速隨井鉆頭類型以及水力條件一定時，頁巖的鉆速隨井深的增加而減小。但是，當鉆入高異常地層壓力深的增加而減小。但是，當鉆入高異常地層壓力過渡帶，鉆速就立即增大。根據(jù)鉆速突然加大的過渡

38、帶，鉆速就立即增大。根據(jù)鉆速突然加大的現(xiàn)象，可以判定地下可能存在高異常地層壓力過現(xiàn)象，可以判定地下可能存在高異常地層壓力過渡帶。渡帶。2鉆井參數(shù)分析法鉆井參數(shù)分析法（2）d指數(shù)法指數(shù)法DPNvd672.0lg054.0lgmwdcdv鉆速，m/h；N轉(zhuǎn)速，r/min；P鉆壓，t；D鉆頭直徑，mm。消除鉆井液密度對消除鉆井液密度對d指數(shù)的影響，可用指數(shù)的影響，可用dc指數(shù)代替指數(shù)代替d指數(shù)指數(shù) w正常地層壓力的鉆井液密度，正常地層壓力的鉆井液密度， m實際使用的鉆井液密度，實際使用的鉆井液密度， 3地球物理測井方法地球物理測井方法 利用地球物理測井預測異常地層壓力利用地球物理測井預測異常地層壓力

39、的方法較多，但廣泛采用的是電阻率測井、的方法較多，但廣泛采用的是電阻率測井、聲波測井和體積密度測井。聲波測井和體積密度測井。 關(guān)鍵：關(guān)鍵：欠壓實帶泥巖孔隙度偏大欠壓實帶泥巖孔隙度偏大1. 電阻率測井電阻率測井 影響地層電阻率的因素有巖石性質(zhì)、孔隙度、孔影響地層電阻率的因素有巖石性質(zhì)、孔隙度、孔隙中所含流體的礦化度、地層溫度等隙中所含流體的礦化度、地層溫度等。 如果巖石為純頁巖，且地層水礦化度一定時，則如果巖石為純頁巖，且地層水礦化度一定時，則地層（頁巖）的電阻率主要受孔隙度的影響。在正常地層（頁巖）的電阻率主要受孔隙度的影響。在正常壓實的情況下，頁巖或泥巖的孔隙度隨埋藏深度的增壓實的情況下，頁

40、巖或泥巖的孔隙度隨埋藏深度的增加而減小，而電阻率則隨埋藏深度的增加而加大。加而減小，而電阻率則隨埋藏深度的增加而加大。 倘若鉆遇高異常地層壓力井段，由于孔隙度增倘若鉆遇高異常地層壓力井段，由于孔隙度增加，其中所含地層水數(shù)量增加，因而頁巖電阻率必然加，其中所含地層水數(shù)量增加，因而頁巖電阻率必然朝著電阻率降低的方向偏離正常趨勢線。朝著電阻率降低的方向偏離正常趨勢線。 地層壓力預測頁巖電阻率比值頁巖電阻率比值壓力梯度壓力梯度關(guān)系曲線法關(guān)系曲線法 等效深度是指具有相同孔隙度值或者相同有效應(yīng)力值（即值）的兩點的深度。它們的孔隙度或者有效應(yīng)力相同。 壓力預測的等效深度法BrrBDGpBHfBDGpBHrf

41、BrBBDGGppArrADGpArAAffApDGpABBHrArfADGGDGpGr：上覆巖層的平均壓力梯度 Gh：流體靜水壓力梯度 上覆巖層的平均壓力梯度，一般可取上覆巖層的平均壓力梯度，一般可取為為0.0231 流體靜水壓力梯度，淡水地區(qū)取值為流體靜水壓力梯度，淡水地區(qū)取值為0.01 S=P+ （2）聲波測井法（3）頁巖密度測井）頁巖密度測井 利用頁巖密度測井資料預測異常地層利用頁巖密度測井資料預測異常地層壓力的基本原理同頁巖巖屑錄井，其方法壓力的基本原理同頁巖巖屑錄井，其方法同電阻率測井或聲波測井。同電阻率測井或聲波測井。第三節(jié)第三節(jié) 地層溫度地層溫度 含油氣區(qū)地層溫度研究包括兩個方

42、面，即古地溫研含油氣區(qū)地層溫度研究包括兩個方面，即古地溫研究和含油氣區(qū)地溫場分布和變化規(guī)律的研究究和含油氣區(qū)地溫場分布和變化規(guī)律的研究。 古地溫的研究主要解決古地溫與油氣生成的關(guān)系，古地溫的研究主要解決古地溫與油氣生成的關(guān)系，而地溫場研究主要解決油、氣分布與地層溫度的關(guān)系而地溫場研究主要解決油、氣分布與地層溫度的關(guān)系。 本節(jié)僅對地溫場的研究加以討論，以便在綜合勘探本節(jié)僅對地溫場的研究加以討論，以便在綜合勘探中有效地利用地溫資料。中有效地利用地溫資料。 地溫場研究基本方法，觀測含油氣區(qū)內(nèi)地溫縱橫向地溫場研究基本方法，觀測含油氣區(qū)內(nèi)地溫縱橫向上的變化情況，其目的在于了解含油氣區(qū)的地溫狀況，上的變化

43、情況，其目的在于了解含油氣區(qū)的地溫狀況，探索地溫場與構(gòu)造和油氣的關(guān)系，總結(jié)適合于油氣聚集探索地溫場與構(gòu)造和油氣的關(guān)系，總結(jié)適合于油氣聚集的范圍和深度，尋找有利地區(qū)。的范圍和深度，尋找有利地區(qū)。 一、有關(guān)地層溫度的概念一、有關(guān)地層溫度的概念1地殼溫度帶的劃分地殼溫度帶的劃分 地殼淺表溫度場從地表向下大致可分為三帶，即變溫帶（外熱地殼淺表溫度場從地表向下大致可分為三帶，即變溫帶（外熱帶）、恒溫帶（中性層）及增溫帶（內(nèi)熱帶）。帶）、恒溫帶（中性層）及增溫帶（內(nèi)熱帶）。（1）變溫帶是地殼最表層的溫度場，主要受太陽輻射的影響而發(fā)生日）變溫帶是地殼最表層的溫度場，主要受太陽輻射的影響而發(fā)生日變化、月變化、

44、年變化和多年變化。一般情況下，日變溫帶底面的深變化、月變化、年變化和多年變化。一般情況下，日變溫帶底面的深度為度為12m，年變溫帶底面的深度為日變溫帶底面深度的，年變溫帶底面的深度為日變溫帶底面深度的15倍，即倍，即1530m左右。左右。（2）恒溫帶是地球內(nèi)熱與太陽輻射熱的相互影響達到平衡的地帶。恒）恒溫帶是地球內(nèi)熱與太陽輻射熱的相互影響達到平衡的地帶。恒溫帶一般很薄，有的可視為一個面。這個帶內(nèi)的溫度相對保持恒定，溫帶一般很薄，有的可視為一個面。這個帶內(nèi)的溫度相對保持恒定，常采用變溫帶底面的深度。常采用變溫帶底面的深度。（3）增溫帶的地溫狀況和溫度場主要受制于地球的內(nèi)熱。一般情況下，）增溫帶的

45、地溫狀況和溫度場主要受制于地球的內(nèi)熱。一般情況下，越向深處，地溫越高。但不能將地殼淺部的溫度曲線無限延伸，因為越向深處，地溫越高。但不能將地殼淺部的溫度曲線無限延伸，因為到一定的深度后，增溫的速率即逐漸減緩。到一定的深度后，增溫的速率即逐漸減緩。2地溫梯度與地溫級度地溫梯度與地溫級度 在恒溫帶之下，地下溫度隨深度增加而升高。在恒溫帶之下，地下溫度隨深度增加而升高。 地溫隨深度的變化率稱為地溫梯度，它是指埋藏深度每增地溫隨深度的變化率稱為地溫梯度，它是指埋藏深度每增加加100m地溫所增高的度數(shù)。地溫所增高的度數(shù)。 它是表征地下溫度狀況的一個重要的地質(zhì)它是表征地下溫度狀況的一個重要的地質(zhì)地球物理參

46、數(shù)。地球物理參數(shù)。地溫梯度的計算公式為：地溫梯度的計算公式為： 式中：式中：地溫梯度，地溫梯度， C/100m； T深度為深度為H處的地溫，處的地溫， C； T0平均地面溫度或恒溫帶溫度，平均地面溫度或恒溫帶溫度， C； H井下測溫點深度，井下測溫點深度，m； h恒溫帶的深度，恒溫帶的深度，m。hHTTGT01000TThHDT地溫級度是地溫級度是地溫每增加地溫每增加1 C時深度的增加值。時深度的增加值。 1地溫測量地溫測量 目前國內(nèi)外常常采用以下兩種方法獲得地溫資料：目前國內(nèi)外常常采用以下兩種方法獲得地溫資料： （1）關(guān)井實測地溫）關(guān)井實測地溫 為了獲得真實的地溫資料，必須在打開油層的第一批

47、為了獲得真實的地溫資料，必須在打開油層的第一批探井中實測，這是因為油層未受后來采油和注水的影響，探井中實測，這是因為油層未受后來采油和注水的影響，地溫場基本保持原始狀態(tài)。在測井溫之前，將井關(guān)閉一段地溫場基本保持原始狀態(tài)。在測井溫之前，將井關(guān)閉一段時間，待井內(nèi)流體溫度與圍巖的原始溫度達到平衡后，通時間，待井內(nèi)流體溫度與圍巖的原始溫度達到平衡后，通過井底最高溫度計直接讀取地溫數(shù)據(jù)。關(guān)井時間的長短應(yīng)過井底最高溫度計直接讀取地溫數(shù)據(jù)。關(guān)井時間的長短應(yīng)根據(jù)研究區(qū)的具體情況來確定。例如恩瓦楚古對尼日爾三根據(jù)研究區(qū)的具體情況來確定。例如恩瓦楚古對尼日爾三角洲的研究表明，關(guān)井角洲的研究表明，關(guān)井48h就可以使井內(nèi)流體溫度與圍巖溫就可以使井內(nèi)流體溫度與圍巖溫度基本達到平衡，而我國東營地區(qū)則需要關(guān)井度基本達到平衡，而我國東營