第七章 地层压力与温度

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200 400 6000
ROP(min/m)
20 40 60 0
RPM(R/min)
100 200 3000
WOH(t)
500 1000 1500
400
Ng
3200 3400 3600 3800
Rp=1.19
Ed
Es1 Es2
4000
AC=913.433*EXP(-3.94244*10^-4*DEP)
目的层孔隙向外界排出的流体量相平衡时,目的层孔隙压力保持正常压力。
而当目的层埋藏达到一定深度时,其孔隙性和渗透率皆降低到不能以压实的 速率排液时,必然造成压力升高形成异常高压。即地层出现欠压实。这种欠 压实和异常高压的产生可用Terzagh模型进行很好的解释。
第一节 地层压力
成因机理
S F K WW 应力
第一节 地层压力
综合特征
孔隙度
钻速
电阻率
电导率
含盐量
时差
速度
密度
正常趋势线 深 度 过渡带
异常压力顶面
超压带
参数 来源
实验分析 测井计算 录井计算
录井资料
测井资料 泥浆录井
测井资料 泥浆录井
实验分析 地质录井
声波测井
声波测井 地震速度
实验分析 密度测井 地质录井
第一节 地层压力
录井特征
钻井速度方程式
第一节 地层压力
4 成岩性
地质特征
由于压力的封闭作用,孔隙流体承担了部分上覆地层重量,这就减轻了岩 石骨架的承受力,因而也就阻碍了成岩作用的产生,造成超压地层一般机械 压实作用较弱。从成岩阶段的划分上看,超压地层多位于晚成岩阶段,正好 与油气的晚期生成相对应,为油气的初次运移提供了基本动力条件。否则, 油气的聚集就变成了不可能事件。 5 形成环境 由于异常压力与欠压实地层相伴生,是在地层压实到其排液的渗透率下限 时产生的。因此,其形成受控于埋深和沉积环境两大因素。埋深因素是显而 易见的,而沉积环境因素正如前文异常压力形成机理上所述,形成于盆地深
气测录井 泥岩密度 页岩因子
钻井参数
钻井孔隙度录井
泥浆气侵 出口泥浆比重 压力井涌
岩屑体积与形状
泥岩造浆电阻率
地质参数
湿度指数 MC 造浆和渗滤速度 碳酸盐含量 氧化还原指数 PH 值 造浆离子含量
泥浆参数
出口泥浆温度 出口泥浆电阻率 氯离子含量 槽面和槽的总体积 泥浆排量
第一节 地层压力
DCN
0 1 2
Ng
2400
2600
2800
Ed
3000
Rp=0.97
3200
Rp=1.19
3400
3600
Es1
3800
Es2
4000
AC=913.433*EXP(-3.94244*10^-4*DEP)
4200
港深42×1井测井、气测参数随深度变化图
100000
10000
IC4
1000 100
第一节 地层压力
计算方法
第一节 地层压力
成因机理
1. 压实与排液不平衡 这是目前比较流行的一种成因解释,世界上一些沉积盆地中的异常高压主
要是由于沉积物,特别是泥页岩沉积物的压实作用所引起的。按照地层压力
的平衡关系: S=Pf+σZ 式中:S为上覆岩层压力(包括岩石骨架和其中的流体); Pf代表目的层孔隙流体压力; σZ为目的层骨架所承受的垂直应力。 在一个开放的压实环境下,当由于上覆岩层重量所造成的目的层压实量与
第一节 地层压力 异常低压成因 1 页岩减压膨胀
成因机理
2 温度降低
第一节 地层压力
地质特征
1 岩性的致密程度 在碎屑岩地层中,异常地层压力(常指异常高压)由于普遍与欠压实 地层相关联。因此,其岩石的致密程度一般都低于正常压力地层。这在 钻井过程中可以根据地层的可钻性加以判断。 2 储层的发育程度 储层不仅是地层流体的储集容器和疏导通道,同时也是地层压力的传 导体,储层越发育,异常压力越难保持。因此,异常压力多发育于储层 相对缺乏的区段。以岩性控制占优势的碎屑地层中,一般都保持有普遍 的异常高压。从这个意义上讲,大型整装的油气田应该发育于正常压力 体系,在一般情况下,其储层发育,埋深浅,勘探价值高。而异常高压 油藏,其勘探风险大,埋藏深,规模有限。 3 孔渗性 异常压力地层由于含有异常高的流体含量,保持了其孔隙度,因而 具有异常高的孔隙度和渗透率。这就是根据地层速度预测地层压力的重 要依据。
4200
港深42×1井测井、钻井参数随深度变化图
Байду номын сангаас
第一节 地层压力
ECD
1.0 1.0 2.0
录井特征
ECD
0.0 1.0 2.0 2.0 2.0
MW_OUT
2.0 2.0 0 0
TEMP_OUT
40 8010 8010
RES_OUT
15 20 0 20 0
FLOW_OUT
50 100 0.0
FRAC
1. 钻井法 Dc指数的计算模型
dc=(w/m)×ln(3.282/N×T)/ln(0.672×W/D)
式中: dc—钻速方程中的一个指数,代表岩石可钻性的大小;
T—钻时,米/分钟;
w—正常泥浆比重,常用地层水比重代替;
m—实际使用的泥浆比重。
N—转速, 转/分钟; W—钻压,t;
D—钻头直径,mm;
第一节 地层压力
计算方法
地层压力系数的计算模型
dc (1) 对数式:p=0.91×log(dcn-dc)+1.98 (3-8) (2) 指数式:p=o -(o-w)×(dcn/dc)1.2 (3-9) (3) 反算式:p=w×dcn/dc 正常压实段 (4) 等效应力式 根据正常压实趋势线的方程不同,其计算公式也不同: 采用直线方程时: 深 度 m 过渡带 (3-10)
水环境。
6 构造特征 强烈的构造活动不仅破坏地层的完整性,同时也破坏地层的压力系统,在 构造活动区,往往是断裂发育区,异常压力不易保存,并且异常压力的分布
规律也变得不易掌握。这与一个具体的油藏保存条件密切相关。
第一节 地层压力
地球物理特征
1 速度特征 由于异常高压地层具有异常高的孔隙度,其速度表现为低速特征,表现为在 正常的速度变化趋势下出现速度的异常降低。这就是我们由声波测井和地震速 度资料预测异常压力的依据。 2 密度特征 与地层速度相对应,异常高压地层由于其压实程度低,其密度也异常降低。 3 电阻率 由于异常高压地层含有异常高的流体,而油田地层水多含有大量的盐份,其 导电性好。因此,异常高压地层较正常压力地层为低阻特征 4 自然电位 超压层的自然电位特征可由前文所述的盐度原理来表述,Overton & Timko提 出了一个非常简单,清洁砂岩的含盐量Cw 与相邻泥岩孔隙度sh 之间的关系: Cw*sh = 常数 就是说,地层水含盐量(假设砂岩与泥岩之间盐度是平衡的)与邻近泥岩的孔隙 度成反比。在正常压实情况下,随埋深增加,泥岩孔隙度减小,地层水含盐量 增加。而在异常地层压力环境下则偏离这一趋势,在超压层中,泥岩孔隙度异 常增大,而储层地层水含盐量异常减小,保证了盐度原理。
13
10 压 力 (k Psi /in ch2 )
隔绝的液体
剩余压力
8 深度2
5
深度1
正常液体
3
0
50
100
150
200
250
第一节 地层压力
成因机理
4.自流系统 具有一个异常高的、区域性的测压水头面的作用可以引 起超压。自流(水)系统为其典型实例。
第一节 地层压力
成因机理
5.储油构造 在封闭的储油层中,如透镜体储油 层,倾斜地层以及背斜圈闭,这些圈闭 在深部为正常压力,而其浅部具有超压 。尤其是背斜油藏,在产油层中为超压
录井特征
GAS C1
100000 100 10000 1000
AC (us/m)
200 1800 400 600
C2
100000 100 10000 1000
C3
100000 10000 1000 100
NC4
100000 0 10000 1000
H2
1000 0 500
HE
20 40
2000
2200
量的晶格层间水和吸附水,并向伊利石转化,如果这种排水被
限制在一个封闭的体系中,必然造成地层孔隙压力的升高,形 成异常高压。类似地还有石膏向硬石膏的转化。
第一节 地层压力
成因机理
3. 热力作用 世界钻探经验表 明:异常地层温度 与异常压力是相伴 出现的,构造隆起 和剥蚀造成地温减 小,异常高压则出 现地温异常增高。 这一现象可用 Barker(1972)的压 力-温度-密度关系 图解说明
100 200 0.0
PF
1.0
400
Ng
3200 3400 3600 3800
Ed
Rp=1.19
Es1 Es2
4000
AC=913.433*EXP(-3.94244*10^-4*DEP)
4200
港深42×1井测井、泥浆参数随深度变化图
第一节 地层压力
1 10 100 1000 10000 100000 1000000 100
录井特征
BIT_SIZE(mm)
3 200 300 400 0
AC (us/m)
200 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
Rp=0.97
DEN(g/cm^3)
600 2
DCS
1 20
WOB(t)
p=w+(o-w)×(dcn-dc)/(a×He)
采用指数方程时: p=w+(o-w)×log(dcn/dc)/(a×He) 上述式中:
第七讲 地层压力与地层温度
地层压力 地层温度 油气藏驱动类型
形成机理
预测技术
石油地质意义
工程应用
第一节 地层压力
概 况
对沉积盆地中异常高压的研究,世界范围都给予了足够的重视。理论上,它完善 了成油的晚期学说,正是异常高压的存在,使得原本在晚期由于压实作用而致密的储 层保持了异常高的孔隙度,给油气的运移和聚集成为可能;勘探中,由于高效(或有 效)源岩、有效储层、较高能量等各成藏的有利因素是相伴出现的,对异常高压的预 测实际上就是对有利成藏区段的圈定。 我国东部地区下第三系盆地,从水力作用上讲,都属于压实流盆地,纵向上都具 有三个水力系统:既上部浅层淡水系统(2000m以内),中层含盐正常压力系统 (2000—3500m)和深层(3500m以下)超压系统。因此,深层异常压力系统的研究十 分重要。 另一方面,深层油气储层由于受到复杂的成岩作用影响,对其有利储集空间发育 规律的研究尤为重要。国内外的研究和勘探表明,次生孔隙的发育是深层油气储集的 主体,其发育区段和发育程度受控于欠压实泥岩的发育或异常孔隙流体压力的存在。 与盆地构造、沉积具有一定的协调性。共同控制着油气生成、运移和聚集。因此,研 究深层异常压力的时空演化和分布规律,指导勘探目标的确定,评价有利的储层区段 分布,具有重要的指导意义,也能为目标钻探、科学钻井提供压力预测剖面,指导钻 井泥浆设计,有效地保护油层。
t0 t1 t2
h=P/w
+
K
F 截面 F
基准面
K
P
GG
穿孔圆盘
弹黄(模拟粘土)
页岩

粘土压实作用示意图(据 Terzaghi 等,1948)
第一节 地层压力
成因机理
2 矿物脱水
在成岩作用过程中,有些矿物含脱出层间水和析出结晶水
,增加储层中流体的数量,引起压力升高。如粘土矿物中常常 含有大量的蒙脱石,而这些蒙脱石则含有大量的晶格层间水和 吸附水,随着沉积物不断地增加,埋深不断加大,地层温度也 不断升高,当温度达到蒙脱石的脱水门限时,蒙脱石将释放大
,而在油水界面处及其以下可能依然为
正常静水压力。 6.储油层重新加压 正常或低压储油层,尤其是在浅部 含水或烃类的储层,有时会由于与较深 部的高压地层有水力上的联系,造成压 力的上升或重新加压。
第一节 地层压力
成因机理
7 古压力 在被块状、致密的不渗透岩石完全封闭的古老储层中,在构造 作用下被抬升到浅部,其中的压力相对于浅部显然是超压体系。
1.0
AC (us/m)
200 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
Rp=0.97
SPP
600 10 20
MW_IN
1.0
TEMP_IN
40
RES_IN
15
FLOW_IN
50 100 0
Total Pit
第一节 地层压力
成因机理
8 构造活动 异常高压可能起因 于局部的及区域的断裂 、褶皱、侧向滑动、崩 塌、断块下降等引起的
挤压、刺穿盐丘或页岩
的运动、地震等。
第一节 地层压力
成因机理
9 渗滤作用
当两套地层中的流体出现离子浓度差时,由于离子的
渗滤作用,低浓度流体会向高浓度流体渗滤,使两套地层 的压力趋于平衡,造成地层压力的变化。 10 烃类的生成 由于油气的注入,会由于流体密度和流体体积的变化 产生异常高压。这对欠压实生油泥岩来说,会使之较非生 油岩或未成熟生油岩具有更大的欠压实幅度或超压。
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