第10章 1地层温度与压力

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

计算器彩笔铅笔橡皮厘米方格纸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：●

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。第十章地层压力和地层温度第一节地层压力★★★★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一、有关地层压力的概念★★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、静水压力--指由静水柱造成的压力。★

1Pa

=1牛顿/米2（10达因/厘米2）105

Pa

≈1atm2、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--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。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。

★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(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。

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)。

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：★

▲

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▲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。

ΦP1、成岩作用。成岩过程中造成高压异常的主要因素有：

▲

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%)。▲

蒙脱石的脱水作用伊利石＋自由水→水V↑压力↑蒙脱石热力失去结合水T,t蒙脱石伊利石2、热力作用和生化作用

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。

热力作用（流体热增压有机质生烃）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；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。3、剥蚀作用—古压力作用现今地貌原始地貌

▲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；

▲油层和地面供水区连通时为正常压力；

▲

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。压力异常示意图高压异常低压异常(H1＜H)(H2＞H)4、构造断裂作用

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构造断裂与岩性遮挡作用造成的压力异常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

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。

断裂作用→局部应力集中，孔隙减少，流体压力增大。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。5、刺穿作用

刺穿盐丘周围的异常地层压力带

(据Harkins和Baugher，1969)流体密度差形成异常地层压力

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：

6、流体密度差异对于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≈23.9㎫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。7、渗析作用测压面1井实测压力＜计算压力2井实测压力＞计算压力▲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；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。8、测压水位的影响(三)异常地层压力预测方法

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：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。

◆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

◆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

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。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)钻井液密度预测的钻井液密度墨西哥湾岸某井的页岩电阻率曲线(据瓦尔特，1976)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。

●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。2、地球物理测井法预测异常地层压力声波时差与深度关系曲线

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。

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。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。⑶页岩密度测井页岩密度资料分析对比（据Fertl和Tomko，1970）密度测井岩屑

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。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。根据该现象可判定地下存在高异常地层压力过渡带。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⑵d

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：υm--钻速，m/hN--转速，r/minP--钻压，tD--钻头直径，mmρl--正常地层压力下钻井液密度ρ2--实际使用的钻井液密度d指数与dc指数曲线对比

●

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。返出钻井液温度与井深关系曲线（据Wilson和Bush，1973）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。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、精度高页岩岩屑密度与井深关系曲线

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。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。综合利用各种资料预测异常地层压力(据Fertl和Timko，1970)高异常压力过渡带顶部位置约在3749m

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。(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

二、异常地层压力研究

●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。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（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三、油层压力研究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。原始油层压力分布静水压力

统一油藏中，遵循连通器原理褶皱带----低压异常高压异常

带气顶和具边水的被卸油藏为例：

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。已知：1）1井、2井、4井井底海拔高度均为-500米，2井井口海拔为350米，4井井口海拔为100米；2）油气藏油水界面海拔高度为-700米，油气界面的海拔高度为-400米；3）3井钻遇气顶，井底海拔高度为-350米；4）地层水的密度为1×103㎏/㎥，油的密度为0.85×103㎏/㎥，气的相对密度为0.8；同一层位各点水压头顶面的连线——测压面（假象面）

用来反映横向上水压头的变化。在静水条件下，测压面水平；动水条件下，测压面倾斜。

原始油层压力分布示意图天然气原油水供水区油藏的测压面：以供水露头海拔(+100m)为基准的水平面测压面

◆

1号井底原始地层压力(静水压力)＝5.88MPa1）1井、2井、4井井底海拔高度均为-500米，2井井口海拔为350米，4井井口海拔为100米；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油气界面原始地层压力＝油水界面压力－300m油柱产生压力原始油层压力分布示意图天然气原油水油水界面测压面测压面＝7.84MPa＝5.34MPa油水界面海拔高度为-700米，油气界面的海拔高度为-400米；原始油层压力分布示意图天然气原油水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＝6.17MPaρo=0.85×103kg/m3

2井液面海拔240.7m低于井口海拔(+350m)，原油不能自喷4井液面海拔240.7m高于井口海拔(+100m)，为自喷井7.84MPa原始油层压力分布示意图天然气原油水

3号井原始压力值：该井钻开油气藏的气顶部分，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静水压力导出，可由近似公式求出：

求出3号井的原始油层压力

5.3MPaPmax--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。Pmax--3井原始油层压力；Pf--油气界面上的压力;原始油层压力在背斜构造油藏上的分布特点：★★★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着极为重要的影响：井底海拔高度相同的各井：井内流体性质相同→原始油层压力相等；井内流体性质不同→流体密度大，原始油层压力小流体密度小，原始油层压力大

C、气柱高度变化对气井压力影响很小。当油藏平缓、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。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▲⑵压力梯度法▲⑶计算法▲⑷试井分析法

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--即地层压力与油气层埋深呈直线关系。

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(直线)

→对新钻井，只要准确测得深度，可根据关系曲线查得该井的原始地层压力。

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，可利用气井井口最大关井压力求得原始气层压力。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3、原始油层压力等压图的编制与应用

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。⑴原始油层压力等压图的编制

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

--便于在探井设计中确定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。

水动力系统--在油气层内流体具有连续性流动的范围。

◆

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

▲

原始油层压力与饱和压力的差值越大，

→油层的弹性能量就越大，

→排出的流体量也就越多。④计算油层的弹性能量

▲

油层的弹性能量--指油层弹性膨胀时能排出的流体量。

若油藏无边水或底水，又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2、原始油层压力的确定方法三、油层压力研究1、目前油层压力及其分布—自学P244-246

⑴单井生产时油层静止压力的分布⑵多井生产时油层静止压力的分布2、油层静止压力等压图的编制（二）目前油层压力

目前油层压力--指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。★

◆

井底流动压力--油井生产时测得的井底压力(井底流压)，用符号Pb表示。

◆

油层静止压力--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，常用PS表示。1、目前油层压力油井生产时，油层静止压力PS＞井底流压Pb2、油层静止压力等压图的编制

★

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。三、油层压力研究1、油层折算压力2、油层折算压力等压图的编制（三）折算压力

两口井，钻遇油层顶部海拔-380m、-470m。经过一段时间开采后，关井测得1井的油层静止压力＝2.82㎫，2井油层静止压力＝3.25㎫。原油密度＝0.8×103㎏/㎥。先求静液柱上返高度：H1、