油田開發(fā)地質(zhì)學(xué)地層溫與壓力

地層壓力、地層溫度，是開發(fā)油氣田的能量，也是油氣田開發(fā)中重要的基礎(chǔ)參數(shù)，決定著：●

油、氣等流體的性質(zhì)；●

油氣田開發(fā)的方式；●

油氣的最終采收率。

地層壓力分布、驅(qū)油動(dòng)力、油層溫度的變化：

對(duì)合理開發(fā)油田具有十分重要的意義。第1頁/共100頁第一頁，共101頁。第五章地層壓力和地層溫度第一節(jié)地層壓力★第二節(jié)地層溫度★第三節(jié)油氣藏驅(qū)動(dòng)類型第2頁/共100頁第二頁，共101頁。第一節(jié)地層壓力一、有關(guān)地層壓力的概念二、原始油層壓力研究三、目前油層壓力四、油層折算壓力五、異常地層壓力研究第3頁/共100頁第三頁，共101頁。第一節(jié)地層壓力一、有關(guān)地層壓力的概念★★PH--靜水壓力，Pa；

ρW--水的密度，kg/m3；H--靜水柱高度，m；g--重力加速度，9.8m/s2。1、靜水壓力--指由靜水柱造成的壓力?！?/p>

1帕=1牛頓/米2（10達(dá)因/厘米2）105

Pa

≈1atm第4頁/共100頁第四頁，共101頁。2、上覆巖層壓力★

--指上覆巖石骨架和孔隙空間流體總重量所引起的壓力

Pr--上覆巖層壓力，Pa；H--上覆巖層的垂直高度，m；

ρr--上覆沉積物總平均密度，kg/m3；g--重力加速度，9.8m/s2；

Φ--巖層平均孔隙度，小數(shù)；

ρf--孔隙中流體平均密度，kg/m3；ρma--巖層骨架平均密度，kg/m3。第5頁/共100頁第五頁，共101頁。4、地層壓力--作用于巖層孔隙空間內(nèi)流體上的壓力。★又稱孔隙流體壓力，常用Pf表示。

含油氣區(qū)內(nèi)，地層壓力被稱為油層壓力或氣層壓力。5、壓力系數(shù)--實(shí)測(cè)地層壓力(pf)與同一地層深度靜水壓力(pH)的比值。

★6、壓力梯度--每增加單位深度所增加的壓力，單位Pa/m。如：上覆巖層壓力梯度、靜水壓力梯度第6頁/共100頁第六頁，共101頁。7、地層壓力的來源地層壓力由多種因素形成，但主要有2個(gè)來源：

●

地層孔隙空間內(nèi)地層水重量產(chǎn)生的水柱壓力--靜水壓力

●上覆巖層重量產(chǎn)生的巖石壓力--地靜壓力：

★勘探和開發(fā)中，把油層中流體所承受的所有壓力統(tǒng)稱為油層壓力。一般情況下，油層壓力與地靜壓力關(guān)系不大※地層封閉條件下：地靜壓力由組成巖石的顆粒質(zhì)點(diǎn)和巖石孔隙中的流體共同承擔(dān)?！貙优c地表連通時(shí)：地靜壓力僅由巖石顆粒質(zhì)點(diǎn)承擔(dān)，靜水壓力與地靜壓力無關(guān)。第7頁/共100頁第七頁，共101頁。二、原始油層壓力研究1、原始油層壓力及其分布2、原始油層壓力的確定方法3、原始油層壓力等壓圖的編制與應(yīng)用第一節(jié)地層壓力第8頁/共100頁第八頁，共101頁。1、原始油層壓力及其分布

原始油層壓力--油層在未被打開之前所具有的壓力?！锿ǔ⒌谝豢谔骄虻谝慌骄疁y(cè)得的油層壓力近似代表原始油層壓力。

次要來源：

▲

天然氣壓力--將增加油層的壓力；

▲

地靜壓力--在地靜壓力作用下，巖石孔隙容積縮小，造成油層中原始?jí)毫Φ脑黾?。原始油層壓力來源：基本來?-靜水壓頭第9頁/共100頁第九頁，共101頁。原始油層壓力分布示意圖天然氣原油水供水區(qū)

油層在海拔+100m的地表出露，具供水區(qū)；另一側(cè)，因巖性尖滅或斷層封隔未露出地表，無泄水區(qū)。

油藏的測(cè)壓面：以供水露頭海拔(+100m)為基準(zhǔn)的水平面測(cè)壓面

◆

1號(hào)井底原始地層壓力(靜水壓力)＝5.88MPa第10頁/共100頁第十頁，共101頁。油水界面原始地層壓力＝1井原始地層壓力＋1井底至油水界面水柱產(chǎn)生壓力油氣界面原始地層壓力＝油水界面壓力－300m油柱產(chǎn)生壓力原始油層壓力分布示意圖天然氣原油水油水界面測(cè)壓面測(cè)壓面＝7.84MPa＝5.34MPa第11頁/共100頁第十一頁，共101頁。原始油層壓力分布示意圖天然氣原油水2井(4井)原始油層壓力＝油水界面壓力值－油水界面至井底油柱重量產(chǎn)生的壓力＝6.17MPaρo=0.85×103kg/m3

2井液面海拔240.7m低于井口海拔(+350m)，原油不能自噴4井液面海拔240.7m高于井口海拔(+100m)，為自噴井7.84MPa第12頁/共100頁第十二頁，共101頁。原始油層壓力分布示意圖天然氣原油水

3號(hào)井原始?jí)毫χ担涸摼@開油氣藏的氣頂部分，因天然氣密度受溫度和壓力影響，該井原始?jí)毫χ挡荒苤苯佑捎蜌饨缑嫔系膲毫?dǎo)出，可由近似公式求出：

求出3號(hào)井的原始油層壓力

5.3MPaPmax--氣井井口最大關(guān)井壓力；dg--天然氣對(duì)空氣的相對(duì)密度(0.8)H--井深或氣柱高度；e--自然對(duì)數(shù)的底。第13頁/共100頁第十三頁，共101頁。原始油層壓力在背斜構(gòu)造油藏上的分布特點(diǎn)：

★A、原始油層壓力隨油層埋藏深度的增加而加大；B、流體性質(zhì)對(duì)原始油層壓力分布有著極為重要的影響：井底海拔高度相同的各井：井內(nèi)流體性質(zhì)相同→原始油層壓力相等；井內(nèi)流體性質(zhì)不同→流體密度大，原始油層壓力小流體密度小，原始油層壓力大

C、氣柱高度變化對(duì)氣井壓力影響很小。當(dāng)油藏平緩、含氣面積不大時(shí)，油-氣或氣-水界面上的原始油層壓力可以代表氣頂內(nèi)各處的壓力。第14頁/共100頁第十四頁，共101頁。2、原始油層壓力的確定方法常用方法主要有4種：⑴實(shí)測(cè)法▲⑵壓力梯度法▲⑶計(jì)算法▲⑷試井分析法第15頁/共100頁第十五頁，共101頁。

⑵壓力梯度法--具有統(tǒng)一水動(dòng)力系統(tǒng)的油氣藏，其壓力梯度值為常數(shù)--即地層壓力與油氣層埋深呈直線關(guān)系。

因此，實(shí)測(cè)不同海拔的原始地層壓力→作出壓力隨海拔高度變化的關(guān)系曲線(直線)

→對(duì)新鉆井，只要準(zhǔn)確測(cè)得深度，可根據(jù)關(guān)系曲線查得該井的原始地層壓力。

⑴實(shí)測(cè)法--油井完井后關(guān)井，待井口壓力表上壓力穩(wěn)定后，把壓力計(jì)下入井內(nèi)油氣層中部所測(cè)得的壓力→油氣層的原始地層壓力。---關(guān)井測(cè)壓第16頁/共100頁第十六頁，共101頁。壓力與深度關(guān)系曲線

（據(jù)B·A·

特哈斯托維，1975）

俄羅斯地臺(tái)某油田上泥盆統(tǒng)油藏原始地層壓力與平均埋藏深度關(guān)系曲線。第17頁/共100頁第十七頁，共101頁。⑶計(jì)算法--對(duì)于新勘探或新開發(fā)油氣藏如果鉆井的海拔高度和深度已知，且測(cè)定了原油、地層水或天然氣密度：

●應(yīng)用靜水壓力公式計(jì)算原始地層壓力；

●

對(duì)于高壓氣井(超高壓氣井)，不能直接下入井底壓力計(jì)測(cè)量，可利用氣井井口最大關(guān)井壓力求得原始?xì)鈱訅毫Αmax--氣井井口最大關(guān)井壓力dg--天然氣對(duì)空氣的相對(duì)密度(0.8)H--井深或氣柱高度第18頁/共100頁第十八頁，共101頁。3、原始油層壓力等壓圖的編制與應(yīng)用

繪制方法與構(gòu)造圖相同--在目的層構(gòu)造圖上進(jìn)行：根據(jù)各井原始油層壓力，選擇壓力間隔值，在相鄰兩井間進(jìn)行線性內(nèi)插、圓滑曲線等。⑴原始油層壓力等壓圖的編制

原始油層壓力分布主要受構(gòu)造因素影響→

▲

油層厚度均勻，壓力等值線與構(gòu)造等高線基本平行；

▲

若兩類等值線形態(tài)差異較大，必須檢查原因--

地層厚度不均，或因測(cè)量、計(jì)算導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)等。第19頁/共100頁第十九頁，共101頁。⑵原始油層壓力等壓圖的應(yīng)用--主要有4個(gè)方面

①通過等壓圖預(yù)測(cè)新井的原始油層壓力

--便于在探井設(shè)計(jì)中確定新鉆井的套管程序與鉆井液密度。

②計(jì)算油藏的平均原始油層壓力(常用面積權(quán)衡法求取)

--平均值越大，天然能量越大，越有利于油藏開采。

③判斷水動(dòng)力系統(tǒng)--對(duì)制定開發(fā)方案、分析開發(fā)動(dòng)態(tài)十分重要。

水動(dòng)力系統(tǒng)--在油氣層內(nèi)流體具有連續(xù)性流動(dòng)的范圍。

◆

同一水動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)，原始地層壓力等值線分布連續(xù)；

◆不同水動(dòng)力系統(tǒng)，原始地層壓力等值線分布不連續(xù)：

--因斷層或巖性尖滅等因素被分割。第20頁/共100頁第二十頁，共101頁。某油田原始油層壓力等壓圖第21頁/共100頁第二十一頁，共101頁。

▲

原始油層壓力與飽和壓力的差值越大，

→油層的彈性能量就越大，

→排出的流體量也就越多。④計(jì)算油層的彈性能量

▲

油層的彈性能量--指油層彈性膨脹時(shí)能排出的流體量。

若油藏?zé)o邊水或底水，又無原生氣頂?shù)加蛯訅毫h(yuǎn)超過飽和壓力開采時(shí)，驅(qū)油動(dòng)力為彈性膨脹力2、原始油層壓力的確定方法第22頁/共100頁第二十二頁，共101頁。第一節(jié)地層壓力一、有關(guān)地層壓力的概念二、原始油層壓力研究三、目前油層壓力

四、油層折算壓力五、異常地層壓力研究第23頁/共100頁第二十三頁，共101頁。1、目前油層壓力及其分布

⑴單井生產(chǎn)時(shí)油層靜止壓力的分布⑵多井生產(chǎn)時(shí)油層靜止壓力的分布2、油層靜止壓力等壓圖的編制三、目前油層壓力

第一節(jié)地層壓力第24頁/共100頁第二十四頁，共101頁。目前油層壓力--指油藏投入開發(fā)后某一時(shí)期的地層壓力。又分為油層靜止壓力

和井底流動(dòng)壓力?！?/p>

◆

井底流動(dòng)壓力--油井生產(chǎn)時(shí)測(cè)得的井底壓力(井底流壓)，用符號(hào)Pb表示。

◆

油層靜止壓力--油田投入生產(chǎn)后關(guān)閉油井，待壓力恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)以后測(cè)得的井底壓力，常用PS表示。1、目前油層壓力及其分布油井生產(chǎn)時(shí)，油層靜止壓力PS＞井底流壓Pb第25頁/共100頁第二十五頁，共101頁。平面徑向流滲流場(chǎng)示意圖

假定：油層均質(zhì)、各向同性，

只有1口井；油井生產(chǎn)時(shí)，流體從供給邊緣流向井底的滲流過程中：

▲

流線呈徑向分布；

▲

壓力分布呈規(guī)則同心圓狀。⑴單井生產(chǎn)時(shí)油層靜止壓力的分布1、目前油層壓力及其分布第26頁/共100頁第二十六頁，共101頁。從供給邊界到井底，地層中的壓力降落過程按對(duì)數(shù)關(guān)系分布?？臻g形態(tài)上形似漏斗，習(xí)慣上稱“壓降漏斗”。

壓降漏斗示意圖油層靜止壓力PS研究點(diǎn)與井筒軸距離油井供給半徑r處地層壓力井底流動(dòng)壓力Pf--距井軸r處地層壓力，PaPS—油層靜止壓力，PaR--油井供給半徑，mr--研究點(diǎn)與井筒軸距離，mQ--地層條件下產(chǎn)量，m3/sμ--地層原油粘度，Pa·sK--油層滲透率，μm2h--油層有效厚度，m第27頁/共100頁第二十七頁，共101頁。多口井同時(shí)生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生相互干擾。此時(shí)，任意一點(diǎn)的壓力是油層上各井(產(chǎn)油井、注水井)在該處所引起壓力的疊加。⑵多井生產(chǎn)時(shí)油層靜止壓力的分布

3口井同時(shí)生產(chǎn)油層壓力分布示意圖油藏中任一點(diǎn)A壓力降落△PA＝△P1+△P2+△P3A總的壓降漏斗第28頁/共100頁第二十八頁，共101頁。2、油層靜止壓力等壓圖的編制—一般了解

★

油層靜止壓力的獲?。?/p>

▲在油井中→定期測(cè)壓力恢復(fù)曲線；

▲

在水井中→定期測(cè)壓力降落曲線；

▲

將不同時(shí)期壓力值換算為同一作圖時(shí)期壓力值

(換算時(shí)多采用油藏平均壓力遞減曲線法);

▲

相鄰兩井之間某點(diǎn)油層靜止壓力—一般采用線性內(nèi)插法求取。第29頁/共100頁第二十九頁，共101頁。我國某油藏某一時(shí)期油層靜止壓力等壓圖與該油藏原始油層壓力等壓圖比較，油層壓力分布發(fā)生較大變化；油層靜止壓力等壓圖與構(gòu)造等高線相交。第30頁/共100頁第三十頁，共101頁。第一節(jié)地層壓力一、有關(guān)地層壓力的概念二、原始油層壓力研究三、目前油層壓力四、油層折算壓力

五、異常地層壓力研究油層折算壓力的概念折算壓力等壓圖的編制第31頁/共100頁第三十一頁，共101頁。1、油層折算壓力的概念

⑴折算壓頭--指井內(nèi)靜液面距某一折算基準(zhǔn)面的垂直高度。

折算基準(zhǔn)面可以是海平面、原始油水(或油氣)界面等。

★

--折算壓頭/m；h--靜液柱高度/m；H--井口海拔高度/mL--井口至油層頂面(或中部)的垂直距離，m

假設(shè)：折算基準(zhǔn)面為海平面，折算壓頭

為：折算壓頭換算示意圖0L′第32頁/共100頁第三十二頁，共101頁。

⑵

折算壓力：指測(cè)點(diǎn)相對(duì)于某一基準(zhǔn)面的壓力，數(shù)值上等于由測(cè)壓面到折算基準(zhǔn)面的水柱高度所產(chǎn)生的壓力---指折算壓頭產(chǎn)生的壓力，

可用靜水壓力公式導(dǎo)出。折算壓頭換算示意圖0L′

◆靜液面在折算基準(zhǔn)面以上時(shí)，折算壓頭?。?/p>

◆

靜液面在折算基準(zhǔn)面以下時(shí)，折算壓頭取－

第33頁/共100頁第三十三頁，共101頁。兩口井，鉆遇油層頂部海拔-380m、-470m。經(jīng)過一段時(shí)間開采后，關(guān)井測(cè)得1井的油層靜止壓力＝2.82?，2井油層靜止壓力＝3.25?。求：兩口井此時(shí)的折算壓頭。原油密度＝0.8×103㎏/?。H1=360H2=4101井折算壓頭＝360-380＝－20米2井折算壓頭＝410-470＝－60米首先求靜液柱高度：H1、H2PH--靜止壓力，Pa；ρo--油的密度，kg/m3；H--靜液柱高度，m。-380m-470m基準(zhǔn)面第34頁/共100頁第三十四頁，共101頁。油藏中流體流動(dòng)方向：從南、北兩翼向軸部及東、西兩端油藏折算壓力等壓圖

高壓區(qū)低壓區(qū)低壓區(qū)高壓區(qū)2、折算壓力等壓圖的編制---編圖方法與油層靜止壓力等壓圖相同。第35頁/共100頁第三十五頁，共101頁。

A）更直觀、準(zhǔn)確地反映油藏的開采動(dòng)態(tài)及地下流體的

流動(dòng)狀況--由折算壓力高處向折算壓力低處流動(dòng)；★

油層折算壓力等壓圖的作用：

B）判斷水動(dòng)力系統(tǒng)--靜水條件下，若油藏各井原始油層壓力的折算壓頭或折算壓力相等，則該油藏為一個(gè)統(tǒng)一的水動(dòng)力系統(tǒng)；反之，則為多個(gè)水動(dòng)力系統(tǒng)。

C）利用壓頭或壓力分布與變化特征，可擬定油藏分區(qū)的配產(chǎn)、配注方案等等。第36頁/共100頁第三十六頁，共101頁。第一節(jié)地層壓力一、有關(guān)地層壓力的概念二、原始油層壓力研究三、目前油層壓力四、油層折算壓力五、異常地層壓力研究第37頁/共100頁第三十七頁，共101頁。(一)異常地層壓力的概念

異常地層壓力--偏離靜水柱壓力的地層孔隙流體壓力?；蚍Q為壓力異常。

★★

表示方法：常用壓力系數(shù)或壓力梯度來表示。

五、異常地層壓力研究

研究和預(yù)測(cè)壓力異常的意義：對(duì)認(rèn)識(shí)油層能量特征，評(píng)價(jià)油氣藏形成條件，指導(dǎo)安全生產(chǎn)、保護(hù)油氣層等極為重要(鉆遇壓力異常低時(shí)易產(chǎn)生井漏；鉆遇壓力異常高時(shí)易產(chǎn)生井噴)。

第38頁/共100頁第三十八頁，共101頁。

壓力系數(shù)--指實(shí)測(cè)地層壓力(Pf)與同一深度靜水壓力PH的比值，可用αP來表示：★

▲

αp＝1，屬正常地層壓力；

▲

αP＞1，稱為高異常地層壓力，或稱高壓異常；

▲

αP＜1，稱為低異常地層壓力，或稱低壓異常。壓力梯度GP表示異常地層壓力的大小：

▲

GP

＝0.01Mpa/m時(shí)，屬正常地層壓力；

▲

GP

＞0.01Mpa/m時(shí)，屬高異常地層壓力；

▲

GP

＜0.01Mpa/m時(shí)，屬低異常地層壓力。第39頁/共100頁第三十九頁，共101頁。(二)異常地層壓力的成因分析大量研究、實(shí)驗(yàn)、分析后認(rèn)為，異常地層壓力的成因多種多樣，主要有：▲成巖作用▲熱力和生物化學(xué)作用▲構(gòu)造作用(斷裂、剝蝕、刺穿）▲滲析作用▲流體密度差異……第40頁/共100頁第四十頁，共101頁。1、成巖作用。成巖過程中造成高壓異常的主要因素有：▲

泥頁巖壓實(shí)作用正常壓實(shí)→正常地層壓力欠壓實(shí)→高壓異常。

▲

硫酸鹽巖的成巖作用●石膏(CaSO4·2H2O)向無水石膏(CaSO4)轉(zhuǎn)化時(shí)析出大量水，封閉條件下→高壓異常；

●

無水石膏水化變?yōu)槭?，體積發(fā)生膨脹(15～40%)?！?/p>

蒙脫石的脫水作用伊利石＋自由水→水V↑壓力↑蒙脫石熱力失去結(jié)合水異常地層壓力的成因分析第41頁/共100頁第四十一頁，共101頁。2、熱力作用和生化作用

生化作用：研究證明，催化反應(yīng)、放射性衰變、細(xì)菌作用等，使烴類的微小顆粒裂解為較簡(jiǎn)單化合物→體積增大，在封閉的系統(tǒng)中形成高異常地層壓力。

熱力作用在一個(gè)封閉系統(tǒng)中，溫度增加引起巖石和巖石孔隙中流體膨脹，使該系統(tǒng)壓力增大；溫度增加引起巖石中流體相態(tài)變化，析出CO2等氣相物質(zhì)。高溫使干酪根熱裂解，生成烴類氣體；異常地層壓力的成因分析第42頁/共100頁第四十二頁，共101頁。

剝蝕作用常常引起地形起伏甚大，而測(cè)壓面的位置未變，于是測(cè)壓面與地面的高低關(guān)系可能因地而異，造成A、B兩個(gè)油藏分別出現(xiàn)壓力過剩與壓力不足的現(xiàn)象。3、剝蝕作用壓力過剩壓力不足測(cè)壓面的位置未變第43頁/共100頁第四十三頁，共101頁。在一些高原地區(qū)，河流侵蝕形成深山峽谷，泄水區(qū)海拔很低，測(cè)壓面橫穿圈閉，導(dǎo)致油藏內(nèi)地層壓力非常低。---不均衡侵蝕→側(cè)壓面變化測(cè)壓面的位置改變第44頁/共100頁第四十四頁，共101頁。

▲發(fā)生斷裂，切斷油藏與供水區(qū)聯(lián)系；且由于剝蝕作用使油藏埋深變小，油藏中保持原來壓力值，造成高壓異常；

▲油層和地面供水區(qū)連通時(shí)為正常壓力；

▲

斷層切割，并使油層變深，油藏中保持原來壓力值，造成低壓異常。壓力異常示意圖高壓異常低壓異常(H1＜H)(H2＞H)4、構(gòu)造斷裂作用第45頁/共100頁第四十五頁，共101頁。

對(duì)于巖性遮擋油藏：原來埋藏較深，具有較大的壓力。斷裂作用→巖性油藏上升，保持原始?jí)毫π纬筛邏寒惓嗔炎饔谩鷰r性油藏下沉，保持原始?jí)毫π纬傻蛪寒惓８邏寒惓５蛪寒惓?gòu)造斷裂與巖性遮擋作用造成的壓力異常第46頁/共100頁第四十六頁，共101頁。斷裂勾通深部高壓氣藏所形成的淺部油層高壓異常示意圖

斷裂作用→把深部高壓氣層與淺層油藏勾通，形成一個(gè)統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)。

油層壓力將顯著高于按井深H計(jì)算出的靜水壓力。第47頁/共100頁第四十七頁，共101頁。在不均衡壓力作用下，塑性巖層發(fā)生侵入、刺穿作用，使上覆一些軟的頁巖和固結(jié)的砂層發(fā)生擠壓與斷裂變動(dòng)，從而減少孔隙容積，使其中流體壓力增大而形成高壓異常。5、刺穿作用

刺穿鹽丘周圍的異常地層壓力帶

(據(jù)Harkins和Baugher，1969)第48頁/共100頁第四十八頁，共101頁。流體密度差形成異常地層壓力

流體密度差異影響地層壓力的分布，特別是氣--水系統(tǒng)。當(dāng)?shù)貙觾A斜較陡，氣藏高度大時(shí)，影響更明顯。位于氣藏頂部的氣井往往顯示出特別高的異常地層壓力：6、流體密度差異對(duì)于1井而言：按深度計(jì)算P1＝9.8?井內(nèi)原始地層壓力可根據(jù)最大關(guān)井壓力Pmax求取≈23.9?第49頁/共100頁第四十九頁，共101頁。在粘土或頁巖地層兩側(cè)液體的含鹽濃度不同時(shí)，濃度低的液體以粘土或頁巖作半滲透膜，向濃度高液體滲流，而產(chǎn)生滲析壓力。在封閉的地質(zhì)環(huán)境中，形成高壓異常。7、滲析作用異常地層壓力的成因分析8、測(cè)壓水位的影響

若測(cè)壓水位高于井口海拔高度→油井顯示高壓異常；若測(cè)壓水位低于井口海拔高度→油井顯示低壓異常。第50頁/共100頁第五十頁，共101頁。測(cè)壓面1井實(shí)測(cè)壓力＜計(jì)算壓力2井實(shí)測(cè)壓力＞計(jì)算壓力測(cè)壓水位不同而顯示的異常地層壓力▲測(cè)壓水位影響形成的異常壓力多是中、小型的，重要程度不及前述與封閉地質(zhì)環(huán)境有關(guān)的異常地層壓力。第51頁/共100頁第五十一頁，共101頁。(三)異常地層壓力預(yù)測(cè)方法

異常地層壓力部位特點(diǎn)：(異常)高壓油氣層周圍的泥、頁巖層處于從異常壓力到正常壓力過渡帶上，該過渡帶的泥、頁巖由于欠壓實(shí)而具有某些特征：過渡帶巖石密度較小、孔隙度較大→電阻率低、聲波時(shí)差大。鉆入過渡帶時(shí)，可能產(chǎn)生井噴、井漏、井涌及鉆井參數(shù)出現(xiàn)異常等現(xiàn)象。

◆預(yù)測(cè)異常地層壓力的任務(wù)▲確定異常壓力帶的層位和頂部深度▲計(jì)算出異常地層壓力值的大小

第52頁/共100頁第五十二頁，共101頁。異常地層壓力預(yù)測(cè)方法：---預(yù)測(cè)砂/泥巖剖面異常地層壓力方法▲地球物理勘探方法★▲地球物理測(cè)井方法★▲鉆井地質(zhì)資料分析法★★第53頁/共100頁第五十三頁，共101頁。1、地震勘探法地震波傳播速度(層速度)或旅行時(shí)間與巖石密度密切相關(guān)

◆正常壓實(shí)情況下：泥巖、頁巖密度隨埋深增加而增加---隨埋深增加，層速度加大，旅行時(shí)間減小。

◆

異常壓力過渡帶：由于頁巖欠壓實(shí)，隨埋深增加，頁巖孔隙度增大，密度減小，地震波傳播的層速度

將偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線向著減小的方向變化，地震波傳播旅行時(shí)間向著增加的方向變化。第54頁/共100頁第五十四頁，共101頁。在尚未鉆探地區(qū)，利用地震勘探法：

※

可確定異常壓力過渡帶的

層位與頂部位置，

※

獲得鉆探目的層的壓力數(shù)據(jù)，為探井設(shè)計(jì)提供依據(jù)。右圖為美國灣岸地區(qū)的深度與旅行時(shí)間關(guān)系曲線。約在3352.8m深處，旅行時(shí)間偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線而突然劇增---該深度為高異常壓力過渡帶頂部位置。深度與地震波旅行時(shí)間關(guān)系曲線

(據(jù)Pennebaker，1968)鉆井液密度預(yù)測(cè)的鉆井液密度第55頁/共100頁第五十五頁，共101頁。⑴電阻率測(cè)井若巖石為純頁巖，地層水礦化度為一定值，則地層(頁巖)的電阻率主要受孔隙度的影響。

●正常壓實(shí)下：頁(泥)巖的孔隙度隨埋深增加而減小，

電阻率隨埋藏深度的增加而加大。

●高異常壓力井段：由于孔隙度增加，其中所含地層水?dāng)?shù)量增加→電阻率向降低方向偏離正常趨勢(shì)線。2、地球物理測(cè)井法預(yù)測(cè)異常地層壓力第56頁/共100頁第五十六頁，共101頁。以純頁巖井段的電阻率對(duì)數(shù)值1gRsh為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)井深為縱坐標(biāo)，將頁巖電阻率數(shù)據(jù)按相應(yīng)深度點(diǎn)投點(diǎn)→獲得一散點(diǎn)圖→回歸分析求出lgRsh與井深的關(guān)系曲線，曲線上開始偏離正常趨勢(shì)線的位置即為高壓異常過渡帶頂部位置。右圖中，高異常地層壓力過渡帶頂部大約在4038.6m處。墨西哥灣岸某井的頁巖電阻率曲線(據(jù)瓦爾特，1976)第57頁/共100頁第五十七頁，共101頁。聲波時(shí)差與深度關(guān)系曲線

正常壓實(shí)時(shí)：隨埋深增加，聲波傳播速度↑，傳播時(shí)間↓。

高異常壓力過渡帶：聲波傳播時(shí)間向增大方向偏離正常趨勢(shì)線。

⑵聲波測(cè)井--預(yù)測(cè)異常地層壓力聲波的縱向傳播速度主要是巖性和孔隙度的函數(shù)。對(duì)頁巖或泥巖，聲波測(cè)井曲線基本上為一條反映孔隙度變化的曲線。第58頁/共100頁第五十八頁，共101頁。預(yù)測(cè)方法與電阻率測(cè)井或聲波測(cè)井相同。

右圖兩條曲線均較清晰地反映出高異常地層壓力過渡帶的頂面約在3352.8m處，這兩種資料所得結(jié)果吻合較好。⑶頁巖密度測(cè)井頁巖密度資料分析對(duì)比（據(jù)Fertl和Tomko，1970）密度測(cè)井巖屑

密度測(cè)井受井眼大小影響，在預(yù)測(cè)異常地層壓力時(shí)，其精度和效果不及電阻率及聲波測(cè)井。第59頁/共100頁第五十九頁，共101頁。具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)盡可能選用多種地球物理測(cè)井方法和其它方法進(jìn)行綜合分析，相互驗(yàn)證，以獲得較可靠結(jié)果。綜合利用各種資料預(yù)測(cè)異常地層壓力(據(jù)Fertl和Timko，1970)高異常壓力過渡帶頂部位置約在3749m

第60頁/共100頁第六十頁，共101頁。⑴鉆井速度在正常壓實(shí)的砂、頁巖剖面中，當(dāng)鉆壓、轉(zhuǎn)速、鉆頭類型以及水力條件一定時(shí)，隨井深的增加，頁巖的鉆速減小。

鉆入高異常地層壓力過渡帶，鉆速立即增大。根據(jù)該現(xiàn)象可判定地下存在高異常地層壓力過渡帶。異常地層壓力預(yù)測(cè)方法

3、鉆井資料分析法鉆井速度、d指數(shù)、返出鉆井液溫度、頁巖巖屑密度第61頁/共100頁第六十一頁，共101頁。⑵d

指數(shù)--一般了解

影響鉆速的因素較多，為了較準(zhǔn)確反映鉆速與高異常地層壓力間的關(guān)系，必須消除其他因素對(duì)鉆速的影響。Jorden和Shirley(1966)提出用d指數(shù)替代鉆井速度

(d指數(shù)是用來標(biāo)定鉆進(jìn)速度的)。d指數(shù)計(jì)算公式：υm--鉆速，m/hN--轉(zhuǎn)速，r/minP--鉆壓，tD--鉆頭直徑，mm第62頁/共100頁第六十二頁，共101頁。為了消除鉆井液密度對(duì)d指數(shù)的影響，可用dc指數(shù)代替d指數(shù)，其間關(guān)系為：ρl--正常地層壓力下鉆井液密度ρ2--實(shí)際使用的鉆井液密度

●

正常壓實(shí)情況下：深度↑，d(dc)指數(shù)↑。

●

鉆遇高壓異常過渡帶時(shí)，深度↑，d(dc)指數(shù)↓

偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線。

→繪制研究井的d(dc)指數(shù)與深度關(guān)系曲線，可預(yù)測(cè)過渡帶的頂部位置和異常地層壓力。第63頁/共100頁第六十三頁，共101頁。右圖為同一口井的d指數(shù)--深度、dc指數(shù)--深度關(guān)系曲線：高異常地層壓力過渡帶頂面位置約在2652m處。由于dc指數(shù)消除了鉆井液密度的影響，dc指數(shù)比d指數(shù)更能清楚地反映出高異常地層壓力過渡帶的存在。d指數(shù)與dc指數(shù)曲線對(duì)比

第64頁/共100頁第六十四頁，共101頁。返出鉆井液溫度與井深關(guān)系曲線（據(jù)Wilson和Bush，1973）⑶返出鉆井液溫度--異常高壓帶常伴有異常高溫帶出現(xiàn)在鉆遇高異常地層壓力過渡帶時(shí)，地層溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了正常情況，鉆井液出口的鉆井液溫度突然增高，該現(xiàn)象可判斷鉆遇高異常地層壓力過渡帶。2、地球物理測(cè)井法預(yù)測(cè)異常地層壓力第65頁/共100頁第六十五頁，共101頁。⑷頁巖巖屑密度在異常高壓過渡帶，欠壓實(shí)→頁巖巖屑的密度急劇變小而偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線。

該方法簡(jiǎn)便、見效快、精度高頁巖巖屑密度與井深關(guān)系曲線

4114.8m

▲注意，當(dāng)頁巖中含有大量碳酸鹽礦物和重礦物時(shí)，將影響解釋精度，所以，應(yīng)當(dāng)對(duì)碳酸鹽礦物和重礦物的含量進(jìn)行校正。鉆井資料預(yù)測(cè)異常地層壓力第66頁/共100頁第六十六頁，共101頁。異常壓力的其它鉆井資料判斷方法：除上述4種方法(鉆井速度、d指數(shù)、返出鉆井液溫度、頁巖巖屑密度)之外；鉆井過程中的井噴、井涌、轉(zhuǎn)盤扭距突然增大、起鉆時(shí)阻力加大等現(xiàn)象，均可作為鉆遇高壓異常的顯示。第67頁/共100頁第六十七頁，共101頁。(四)研究異常地層壓力的意義---一般了解1、研究高異常地層壓力與油氣藏工業(yè)價(jià)值之間關(guān)系，

指導(dǎo)找油、找氣

2、預(yù)測(cè)異常地層壓力，實(shí)現(xiàn)平衡鉆井

五、異常地層壓力研究第68頁/共100頁第六十八頁，共101頁。1、研究高異常地層壓力與油氣藏工業(yè)價(jià)值之間關(guān)系，指導(dǎo)找油、找氣第69頁/共100頁第六十九頁，共101頁。2、預(yù)測(cè)異常地層壓力，實(shí)現(xiàn)平衡鉆井在高壓異常地區(qū)鉆探時(shí)，為了順利地完成鉆探任務(wù)，并為油氣開采提供優(yōu)質(zhì)井身，在開鉆之前做兩項(xiàng)工作：

●確定兩個(gè)關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)：

孔隙流體壓力、巖石破裂壓力。

●再根據(jù)上述兩個(gè)關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行鉆探設(shè)計(jì)。---主要包括：鉆井液密度、套管程序。第70頁/共100頁第七十頁，共101頁。小結(jié)--異常地層壓力研究(一)異常地層壓力的概念(二)異常地層壓力的成因分析成巖作用、熱力和生物化學(xué)作用、斷裂作用、刺穿作用、剝蝕作用、流體密度差異、滲析作用、測(cè)壓水位影響(三)異常地層壓力預(yù)測(cè)方法地球物理勘探方法、地球物理測(cè)井法、鉆井資料分析法(四)研究異常地層壓力的意義第71頁/共100頁第七十一頁，共101頁。第二節(jié)地層溫度一、概述

研究地層溫度的主要意義地殼的地溫帶劃分地溫梯度與地溫級(jí)度二、地溫場(chǎng)研究

地溫測(cè)量地溫場(chǎng)特征地溫場(chǎng)與油氣分布的關(guān)系影響地溫場(chǎng)分布的主要因素第72頁/共100頁第七十二頁，共101頁。

①現(xiàn)代生油理論認(rèn)為地溫是有機(jī)質(zhì)向油氣演化過程中最為重要、最有效的因素；②理論和實(shí)際資料研究證明，油氣田上方常常存在地溫的正異常，利用地溫場(chǎng)的局部正異?？梢詫ふ矣蜌馓铮?/p>

③地?zé)崾且环N寶貴的熱能資源，具有成本低、使用簡(jiǎn)便、污染小等優(yōu)點(diǎn)。1、研究地層溫度的主要意義一、概述第73頁/共100頁第七十三頁，共101頁。根據(jù)地下溫度變化，常把地殼劃分為下4個(gè)地溫帶：2、地殼的地溫帶劃分

▲

溫度日變化帶：該帶溫度受每天氣溫的影響，該帶深度范圍一般為1～2m。

▲

溫度年變化帶：該帶溫度受季節(jié)性的氣溫變化影響，深度變化范圍一般為15～30m左右?！?/p>

恒溫帶：30m以下深度，不受季節(jié)性氣溫變化的影響?！?/p>

增溫帶：恒溫帶之下，地層溫度隨埋深增加而升高。一、概述第74頁/共100頁第七十四頁，共101頁。3、地溫梯度與地溫級(jí)度

地溫梯度：在恒溫帶之下，埋藏深度每增加100m地溫增高的度數(shù)。計(jì)算公式如下：G--地溫梯度，℃/100m；t--井深H處的溫度，℃；to--平均地面溫度或恒溫帶溫度，℃；H--井下測(cè)溫點(diǎn)與恒溫帶深度之差，m。

地溫級(jí)度：在恒溫帶之下，地溫每增高1℃時(shí)，深度的增加值，計(jì)算公式：第75頁/共100頁第七十五頁，共101頁。右圖為根據(jù)東營(yíng)凹陷133口預(yù)探井資料編繪的地溫與深度關(guān)系圖。從該圖可得地溫與深度的線性關(guān)系式：東營(yíng)凹陷地溫與深度關(guān)系圖（據(jù)楊緒充，1984）

▲

地溫梯度：3.6℃/100m▲

平均地面溫度：14℃

第76頁/共100頁第七十六頁，共101頁。

★

地球的平均地溫梯度3℃/100m

--正常地溫梯度。＜3℃/100m--地溫梯度負(fù)異常；＞3℃/100m--地溫梯度正異常。第77頁/共100頁第七十七頁，共101頁。1、地溫測(cè)量2、地溫場(chǎng)特征3、地溫場(chǎng)與油氣分布的關(guān)系4、影響地溫場(chǎng)分布的因素二、地溫場(chǎng)研究第二節(jié)地層溫度第78頁/共100頁第七十八頁，共101頁。1、地溫測(cè)量

⑴關(guān)井實(shí)測(cè)：在打開油層的第一批探井中實(shí)測(cè)。關(guān)井，待井內(nèi)流體溫度與圍巖原始溫度一致時(shí)測(cè)量。

⑵外推法：測(cè)溫前，循環(huán)井內(nèi)泥漿，計(jì)下循環(huán)泥漿耗時(shí)t；循環(huán)停止后，下入溫度計(jì)，并計(jì)下鉆井液停止循環(huán)后到溫度計(jì)到井底(或研究深度)

的時(shí)間△t；最后，起出溫度計(jì)并讀取溫度(測(cè)量次數(shù)3次以上)。將直線外推到無限遠(yuǎn)時(shí)間(△t/(t+△t)=1)，直線與縱軸交點(diǎn)為靜止地層壓力。外推法求靜止地層溫度第79頁/共100頁第七十九頁，共101頁。2、地溫場(chǎng)的分布特征地溫梯度在縱向上、平面上都具有明顯的規(guī)律性變化。⑴地溫梯度的縱向變化下表為東營(yíng)凹陷6口井的系統(tǒng)井溫資料。第80頁/共100頁第八十頁，共101頁。根據(jù)井溫資料可編制井溫與深度關(guān)系圖，了解地溫梯度在縱向上的變化：這種變化主要受各段巖石熱導(dǎo)率控制。東營(yíng)凹陷系統(tǒng)測(cè)溫井溫度與深度關(guān)系圖

稍高較高稍低較低上第三系稍高，3.61～4.08℃/100m；下第三系Ed-Es3較高；下第三系Es4-Ek稍低，2.55℃/100m；前寒武系較低，2.16℃/100m第81頁/共100頁第八十一頁，共101頁。⑵地溫場(chǎng)平面展布整體來看，地溫異常的平面分布明顯受區(qū)域構(gòu)造和大斷層的控制；地溫梯度等值線與區(qū)域構(gòu)造輪廓基本一致。東營(yíng)凹陷地溫梯度(℃/100m)等值線圖(楊緒充，1984)

陳南斷層第82頁/共100頁第八十二頁，共101頁。1、地溫測(cè)量

關(guān)井實(shí)測(cè)；外推法

2、地溫場(chǎng)特征

地溫梯度的縱向變化；地溫場(chǎng)平面展布3、地溫場(chǎng)與油氣分布的關(guān)系4、影響地溫場(chǎng)分布的因素二、地溫場(chǎng)研究第二節(jié)地層溫度第83頁/共100頁第八十三頁，共101頁。

●

一般而言，單位面積上探明儲(chǔ)量：

高梯度值區(qū)(＞4℃/100m)

比中梯度值區(qū)(2～4℃/100m)高9倍，比低梯度值區(qū)(＜2℃/100m)高120倍。

●

天然氣單位面積上的探明儲(chǔ)量：

高值區(qū)比中值區(qū)高5.6倍；比低值區(qū)高28倍。3、地溫場(chǎng)與油氣分布的關(guān)系⑴地溫與油氣生成

★

較高的地溫對(duì)于油氣生成十分重要。第84頁/共100頁第八十四頁，共101頁。⑵油氣分布與地溫、地溫梯度統(tǒng)計(jì)資料表明，油田分布深度在600～5000m之間；

多數(shù)在1500～3000m。相應(yīng)地溫為60～150℃，且大多數(shù)不超過100℃。⑶油氣田位置與地溫場(chǎng)分布關(guān)系▲含油氣盆地內(nèi)地溫低的一般為油田，地溫高的一般為氣田▲油藏周圍的溫度比油藏本身要低；▲氣藏分布的構(gòu)造高點(diǎn)處地溫明顯升高。3、地溫場(chǎng)與油氣分布的關(guān)系第85頁/共100頁第八十五頁，共101頁。四川隆昌某氣田構(gòu)造剖面及地溫剖面第86頁/共100頁第八十六頁，共101頁。4、影響地溫場(chǎng)分布的主要因素實(shí)際資料表明，地溫場(chǎng)是很不均一的。

影響地溫場(chǎng)的主要因素有：大地構(gòu)造性質(zhì)、基底起伏、巖漿活動(dòng)、巖性、蓋層褶皺、斷層、地下水活動(dòng)、烴類聚集等。但是，起主導(dǎo)作用和具全局性影響的因素是：

大地構(gòu)造的性質(zhì)，如：地殼的穩(wěn)定程度及地殼的厚度等。第87頁/共100頁第八十七頁，共101頁。⑴大地構(gòu)造性質(zhì)

大地構(gòu)造性質(zhì)及所處構(gòu)造部位是決定區(qū)域地溫場(chǎng)基本背景的最重要的控制因素：

●

大洋中脊---高地溫；

●

海溝部位---低地溫；

●

海盆部位---一般地溫；

●

穩(wěn)定的古老地臺(tái)區(qū)---較低地溫；

●

中新生代裂谷區(qū)---較高地溫。4、影響地溫場(chǎng)分布的主要因素第88頁/共100頁第八十八頁，共101頁。

地殼厚度對(duì)地溫也有重要影響。如我國東部地區(qū)地殼普遍薄于西部，故東部各盆地的地溫及地溫梯度一般均高于西部。中國東西向地殼厚度變化與地溫關(guān)系示意圖(據(jù)王鈞等，1990)第89頁/共100頁第八十九頁，共101頁。

●由于基底的熱導(dǎo)率往往高于蓋層，---深部熱流向基底隆起處集中，使基底隆起區(qū)具有高熱流、高地溫梯度特征，

坳陷(凹陷區(qū))具有低地溫特征。⑵基底起伏

●地溫異常與重力異常相當(dāng)吻合--重力異常是基巖埋深的反映：兩者的低值區(qū)同處于凹陷內(nèi)部、兩者的高值區(qū)同處于凹陷的邊部和基巖潛山凸起帶。---地溫分布在平面上與基底起伏密切相關(guān)。

第90頁/共100頁第九十頁，共101頁。東營(yíng)凹陷布格重力異常(mGal)圖(據(jù)楊緒充，1984)

東營(yíng)凹陷地溫梯度(℃/100m)等值線圖(楊緒充，1984)

第91頁/共100頁第九十一頁，共101頁。⑶巖漿活動(dòng)巖漿活動(dòng)對(duì)現(xiàn)今地溫場(chǎng)的影響，主要從2方面考慮：②侵入體的規(guī)模、幾何形狀及圍巖產(chǎn)狀和熱物理性質(zhì)等如：冷卻速率與巖漿侵入體半徑的平方成反比；冷卻的延續(xù)時(shí)間與巖體半徑平方成正比：