第10章 1地层温度与压力

▲ 测压水位影响形成的异常压力重要程度不及与封闭地质环境有关的异常压力。
低异常地层压力成因：页岩减压膨胀，温度降低；
(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、 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：
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 断裂作用→局部应力集中， 的浅部油层高压异常示意图
孔隙减少，流体压力增大。
5、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。
过渡带岩石密度较小、 孔隙度较大→电阻率低、 声波时差大。 钻入过渡带时，可能产生 井喷、井漏、井涌及钻井参 数出现异常等现象。
异常地层压力预测方法——一般了解 ---预测砂/泥岩剖面异常地层压力方法
▲
▲ ▲
地球物理勘探方法
地球物理测井方法
★
★
钻井地质资料分析法
★★
1、地震勘探法
地震波传播速度(层速度)或旅行时间与岩石密度密切相关
（据Wilson和Bush，1973）
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
4、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。
5、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
6、压力梯度--每增加单位深度所增加的压力，单位Pa/m。
如：上覆岩层压力梯度、静水压力梯度
3、剥蚀作用—古压力作用
地层上升剥蚀，但原有油藏未受破坏，仍保持原始油藏 压力。相对现今地表，油藏压力过剩现象。 原始地貌 现今地貌
4、构造断裂作用
油层和地面供水区连通时 为正常压力；
▲
发生断裂，切断油藏与供 水区联系；且由于剥蚀作用使 油藏埋深变小，油藏中保持原 来压力值，造成高压异常；
▲
(H1＜H)
● ● ●
油、气等流体的性质； 油气田开发的方式； 油气的最终采收率。
地层压力分布、驱油动力、油层温度的变化： 对合理开发油田具有十分重要的意义。
第十章
第一节
地层压力和地层温度
地层压力
★★★★ ★ ★ ★
第二节
地层温度
第一节
地层压力
一、有关地层压力的概念 二、异常地层压力研究
三、油层压力研究
第一节 地层压力
P
Pf
(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 热力和生物化学作用
构造作用(断裂、剥蚀、刺穿）
渗析作用 流体密度差异 ……
1、成岩作用。成岩过程中造成高压异常的主要因素有：
▲
泥页岩压实作用
正常压实→正常地层压力 欠压实→高压异常。
右图为美国湾岸地区的深度与 旅行时间关系曲线。约在3352.8m 深处，旅行时间偏离正常压实趋 势线而突然剧增---该深度为高异 常压力过渡带顶部位置。
深度与地震波旅行时间关系曲线
(据Pennebaker，1968)
2、地球物理测井法预测异常地层压力 ⑴ 电阻率测井
若岩石为纯页岩，地层水矿化 度为一定值，则地层(页岩)的电 阻率主要受孔隙度的影响。
2、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。
热力作用
（流体热增压 有机质生烃）
高温使干酪根热裂解，生成烃类气体；
生化作用：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。
具体应用时，应尽可能选用多种方法进行综合分 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)
异常压力的其它钻井资料判断方法：
除上述4种方法(钻井速度、d指数、
返出钻井液温度、页岩岩屑密度)之外；
钻井过程中的 井喷、井涌、
转盘扭距突然增大、 起钻时阻力加大 等现象， 均可作为钻遇高压异常的显示。
二、异常地层压力研究
(四)研究异常地层压力的意义--- 一般了解
1、研究高异常地层压力与油气运聚之间关系， 指导找油、找气 2、预测异常地层压力，实现平衡钻井
●
确定两个关键地质参数：
孔隙流体压力、岩石破裂压力。 再根据上述两个关键地质参数进行钻探设计。 ---主要包括：钻井液性能、套管程序。
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：
▲
★
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。
第一节
地层压力
一、有关地层压力的概念 二、异常地层压力研究
三、油层压力研究
二、异常地层压力研究
研究和预测压力异常的意义：对认识油层能量特征，评 价油气藏形成条件，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。
一、有关地层压力的概念
★★
1、静水压力--指由静水柱造成的压力。
PH Hw 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 Pa =1牛顿/米2（10达因/厘米2） 105 Pa ≈ 1atm
2、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
≈23.9㎫
流体密度差形成异常地层压力
7、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。
8、测压水位的影响
1井 2井 实测压力＜计算压力 实测压力＞计算压力 测压面
若测压水位高于井口海拔高度→油井显示高压异常； 若测压水位低于井口海拔高度→油井显示低压异常。
密度测井 岩屑
页岩密度资料分析对比
（据 Fertl 和 Tomko，1970）
3、钻井资料分析法
钻井速度、d指数、返出钻井液温度、页岩岩屑密度
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，随井深的增加，页岩的钻速减小。
钻入高异常地层压力过渡带，钻速立即增大。根据该现
高压异常
(H2＞H)
低压异常
断层切割，并使油层变深， 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
高压异常
低压异常
(a)
(b)
断裂与岩性封闭作用造成的压力异常 构造断裂与岩性遮挡作用造成的压力异常
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。
Φ
P
Pf S
1、成岩作用。成岩过程中造成高压异常的主要因素有：
▲
蒙脱石的脱水作用
蒙脱石
热力失去结合水
伊利石＋自由水→水V↑ 压力↑
T, t
蒙脱石
▲
伊利石
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%)。
◆
正常压实情况下：泥岩、页岩密度随埋深增加而增加 ---随埋深增加，层速度加大，旅行时间减小。
◆
异常压力过渡带：由于页岩欠压实，随埋深增加， 页岩孔隙度增大，密度减小，地震波传播的层速度
பைடு நூலகம்
将偏离正常压实趋势线向着减小的方向变化，
地震波传播旅行时间增加。
在尚未钻探地区，利用地震勘探法： ※ 可确定异常压力过渡带的 层位与顶部位置， ※ 获得钻探目的层的压力数据， 为探井设计提供依据。
象可判定地下存在高异常地层压力过渡带。
⑵ d 指数或dc指数
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： m lg 0.054 N d P lg 0.672 D
刺穿盐丘周围的异常地层压力带
(据Harkins和Baugher，1969)
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井而言：
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
υm--钻速，m/h
N--转速，r/min P--钻压，t D--钻头直径，mm
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： c深度↑， d(dc)指数↑。
d指数与d 指数曲线对比
●
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。
● 正常压实下：页(泥)岩的孔隙度随 埋深增加而减小，电阻率随埋藏深度的 增加而加大。
● 高异常压力井段：由于孔隙度增加，
其中所含地层水数量增加 →电阻率向降低方向偏离正常趋势线。
墨西哥湾岸某井的页岩 电阻率曲线(据瓦尔特，1976)
⑵ 声波测井—常用于预测异常地层压力
声波的纵向传播速度主要是岩性 和孔隙度的函数。对页岩或泥岩， 声波测井曲线基本上为一条反映孔 隙度变化的曲线。
●
第一节
地层压力
一、有关地层压力的概念 二、异常地层压力研究
三、油层压力研究
三、油层压力研究
（一）、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编制与应用
1、原始油层压力及其分布
原始油层压力--油层在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。 原始油层压力分布
→ 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。
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
正常压实时：随埋深增加，声波 传播速度↑，传播时间↓。 高异常压力过渡带：声波传播时 间向增大方向偏离正常趋势线。
声波时差与深度关系曲线
⑶ 页岩密度测井
预测方法与电阻率测井或声 波测井相同。 右图两条曲线均较清晰地反 映出高异常地层压力过渡带的 顶面约在3352.8m处，这两种 资料所得结果吻合较好。 密度测井受井眼大小影响，在 预测异常地层压力时，其精度和 效果不及电阻率及声波测井。
习题四 油气田地质剖面图的编制
1、预习教材217-218页及习题册有关内容； 2、上习题课时，需要带以下文具： 习题册； 直尺 量角器 计算器 彩笔 铅笔 厘米方格纸25×35cm； 3、上课地点：勘探馆3047 4：上课时间： 第13周 时间地点不变
橡皮
第 十 章 地层压力和地层温度
地层压力、地层温度，是开发油气田的能量， 也是油气田开发中重要的基础参数，决定着：