04-流体势研究方法-KJ.ppt

第三章流体势研究方法 第一节基本概念 1 静岩压力 lithostaticpressure 概念 静岩压力是指由上覆沉积物的基质和孔隙空间流体的总重量所引起的压力 也可称作上覆岩层压力 静岩压力随上覆沉积物的增厚而加大 通常用pr p来表示 即 静岩压力 pr 等于颗粒产生的有效压力 与孔隙流体产生的流体压力 p 之和 计算公式 pr H rg式中pr 静岩压力H 上覆沉积物的厚度 r 上覆沉积物的平均总体密度g 重力加速度 2静岩压力梯度 概念 静岩压力梯度指当上覆沉积物每增加单位厚度时所增加的压力 用Pa m表示 若上覆沉积物的平均总体密度为2 3 103Kg m3 则静岩压力梯度为2 3 104Pa m 3静水压力 hydrostaticpressure 概念 静水压力是指由静水柱重量所引起的压力 石油地质学中静水压力通常的含义是由 在地层连通孔隙中的水柱所产生的压力 计算公式 pw H wg式中pw 静水压力H 水覆水柱的高度 w 水的密度g 重力加速度 单位 帕斯卡 Pa 或常用兆帕 MPa 4静水压力梯度 概念 静水压力梯度是指当上覆水柱增加单位高度时所增加的压力 通常也用每增加1m水柱高时增加的压力 用Pa m单位表示 若取水的密度取1 103Kg m3 则静水压力梯度约为0 1 105Pa m 概念 地层压力是指作用于地层孔隙空间里的流体上的压力 又称孔隙流体压力 或称孔隙压力如果孔隙中流体是水 则正常的地层压力等于静水压力值 5地层压力 formationpressure 1大气压 105Pa帕 1MPa兆帕 106Pa 6异常地层压力 abnormalpressure 概念 异常地层压力是指高于或低于静水压力值的地层压力 异常高压 surpressure 高于静水压力值的地层压力 最初人们是从防止钻井事故的角度出发来研究异常压力的 并常常把它看作是一种偶然的和特殊的地质现象 后来 发现含油气层与异常高压层在剖面上常有一定的关系 从而引起人们极大的注意 异常高压是普遍的现象 异常低压 subpressure 低于静水压力值的地层压力 7 压力系数 压力系是地层压力与静水压力之比 Cp P地 Pw 正常压力 如果地下某一深度的地层压力等于 或接近 该深度的静水压力 则称该地层具有正常地层压力 异常压力 8 水动力 1 水动力的概念 静水压力状态 地层水不流动 没有水动力 2 折算压力 是指测点相对于某基准面的压力 在数值上等于测压面到基准面的水柱所产生的压力 某点相对于某基准面的高程为Z 基准面位于测点之上Z取负号 位于测点之下Z取正号 P P Z wg H wg Z wg H Z wg 无论各点的绝对地层压力如何 水的流动方向总是从折算压力高向折算压力低的方向流动 而不管其地层压力如何 折算压力可以用折算水头表示 h H Z Z 水动力 连通储层两点之间剩余压力的差值 压力梯度 各点的剩余压力不相等 地层水将发生流动 动水压力状态 第二节地下流体势 M K Hubbert 1940 1953 最早把流体势概念引入石油地质学 W A England 1987 对Hubbert流体势的概念进行了完善 单位物质所具有的总机械能称为势 对于流体来讲 就是流体势 Hubbert势 质量势 England势 体积势 一 流体势的概念 1 Hubbert势 质量势 单位质量的流体相对于基准面所具有的总机械能 g 重力加速度 9 81m s z 测点相对于基准面的距离 m 基准面以上为正 p 测点孔隙压力 Pa 流体密度 kg m3 v 流速 m s 式中 流体势 J kg 第一项 重力势能 反映重力的影响 相当于将单位质量流体从基准面移至高程Z处克服重力所做的功 第二项 弹性势能 反映压力的影响 相当于将单位质量流体从压力为零 表测压力值 处移至压力为P处克服压力 弹性力 所做的功 考虑到气体的可压缩性带了积分号 第三项 动能 反映流体流速影响 是单位质量流体在流速为V时所具有的动能 水势 油势 气势 水头 测压水头是测点高程与测点的静水柱高度 测点至测压面的高差 之和 式中分 W O G 分别为水势 油势和气势 J Kg或m2 s2 W O G 分别为水 油 气密度 Kg m3 其它符号意义同前 很显然 水头hw与水势 W之间为线性正比关系 W ghw 水头越高 水势越大 因而 水头也常用来判别地层水流动方向 M K Hubbert的流体势概念已被广泛引用 成为人们研究油气运移规律的基础理论 但是Hubbert所定义的流体势主要考虑了流体的位能和压能 也即主要考虑了作用在流体上的两种作用力 重力和弹性力 没有考虑油气在地下孔隙地层中运动时非常重要的另一种作用力 毛细管力 因而 用Hubbert的水势概念研究地下水运动规律合适 用由此水势概念引出的油势 气势概念研究油气运移问题时 必须把 油势 或 气势 与 毛细管压力 结合起来讨论 显然这对定量研究油气运移问题是不方便的 2 England势 体积势 单位体积的流体相对于基准面所具有的总机械能 式中 流体势 J m3 两相界面张力 N m 毛细管半径 m 第一项 重力势能 反应重力 浮力 的影响第二项 弹性势能 反映压力的影响第三项 界面势能 毛细管压力 反映毛细管力的影响 折算压力 折算压力 测点的实际压力再加上测点到基准面的水柱压力 或者从测势面到基准面的水柱压力 一般来说 作用在地下流体上的力主要有重力 弹性力 界面张力 惯性力 粘滞力等 其中惯性力和粘滞力与流体的运动速度有关 对地下油气水的自然流动过程来说 流速很小 在这种特定的地质问题中 影响地层孔隙流体流动的主要是重力 弹性力和界面力三种作用力 England的流体势公式中包括了这三种作用力的作用效果 因而用来研究油气运聚问题是合适的 比如 储集层和盖层之间位能和压能相近 但盖层比储集层毛细管半径小得多 因而盖层的界面势能比储集层大许多 盖层相对储集层来说成为烃 油或气 相高势区 故可以阻止油气继续运移 成为油气运移的遮挡层 Hubbert的油 气势公式计算 只考虑位能和压能 从烃 油或气 势分布上就看不出盖层对油气的遮挡能力 若盖层中无异常高压的话 盖层的烃势还小于储集层的烃势 对比说明 用England的流体势概念讨论油气运聚问题更方便些 二 流体势与油气运移 1 静水压力条件 A点的压力 PA A点的水势 B点的水势 C点的水势 静水压力条件下 水势处处相等 水不流动 B点的油势 A点的油势 C点的油势 静水压力条件下 油势下大上小 油气从深部向浅部运移 2 动水压力条件 二 流体势与油气运移 A点的水势 B点的水势 C点的水势 在动水压力条件下 地层水的流动方向只与水势的高低有关 而与地层绝对压力的高低无关 2 动水压力条件 二 流体势与油气运移 油势差 在动水压力条件下 石油的运移方向取决于水动力与石油上浮力的大小 三 流体势的计算 计算流体势常用公式 gZ P 未考虑毛细管力 式中 该点的流体势 J Kg Z 该点相对于基准面 高程为0m 的高程 m P 该点的流体压力 Pa 流体密度 Kg m3 g 重力加速 m s2 注 流体压力单位也可用MPa1MPa 1 106Pa 根据地质特征确定势分析的目的层 可以砂岩储集层 不整合面等 求取目的层顶面的Z P等参数 代入上式计算目的层的流体势值 分别用 o g w 表示油势 气势 水势 编制流体势平面等值线图 分析流体的空间分布特征 进而分析流体运移和聚集的规律性 流体势分析步骤 现今流体势计算需要资料 1 井的分层数据2 测压数据 地层压力测试 3 区域地质资料 该地区的流体密度 gZ P gZ P Z的选取 恢复某一时期流体势需要资料及计算步骤 与现今流体势计算方法不同的是所用的Z值是古埋深所用的P值是古压力 1 古埋深 2 古压力 1 恢复古埋深的方法 回剥法 层层回剥恢复古埋深 式中 Pf为地层压力 Pa Pov为上覆负荷 Pa 与古埋深有关 Vint为地层层速度 m s Vmxp为地层中刚性颗粒的速度 m s Vmnp为孔隙流体速度 m s 由于Vmxp和Vmnp相对于Vint的变化比较小 可以视为常数 6 2 古地层压力的恢复 公式 刘震等1993年提出的 改进的Fillippone公式 模型计算古地层压力 Vint为地层层速度 Pov为上覆负荷 式中 z 为任意埋深地层密度H为计算点埋深值 然后将计算点相应地层年代 埋深值所确定的孔隙度值代入时间平均方程 公式5 求取地层速度值 最后应用公式 4 即可计算出其地史时期的古流体压力 6 计算时 首先选取研究区井的地层密度测井数据 分区拟合出研究区的地层密度随埋深的变化曲线 图1 并将其代入上覆地层压力计算公式 求得地层的地静压力 即 2 古地层压力的恢复 Pov求取方法 2 古地层压力的恢复 古孔隙度恢复方法 某地区孔隙度与深度拟合曲线 古埋深得到就能算出古孔隙度 式中 z t 是任意埋深 任意时间的岩石孔隙度 A B C和D为经验系数 可以将机械压实作用以外的其它成岩作用对孔隙度的改变都归结在这4个经验系数上 目前 许多人认为岩石孔隙度仅仅是受埋深控制的单变量函数 即 第3节流体势与油气的运移与聚集 流体运移方向 垂直于等势线从高势区流向低势区 有利的聚集区 低势闭合区汇聚流指向区 运移流线型式 一 油气运移型式 1 运聚单元 所谓油气运聚单元 就是具有相似油气运移聚集特征的相对地质单元 油气运聚单元以油气聚集带 包含二级构造带 岩性带 地层尖灭带 超覆带等 为核心 并包含为该油气聚集带提供油气源的有效烃源岩体 二 油气运聚单元 成藏体系 2 运聚单元划分 分隔槽理论是指从源岩中排出的油气在储层中的运移方向受盖层底面的形态控制 而不是受源岩的供烃中心所在的位置控制 区域盖层分隔槽控制油气运移方向和划分油气成藏体系地质概念模型A分隔槽向供烃中心左侧偏移 油气趋向右侧运聚 B分隔槽向供烃中心右侧偏移 油气趋向于向左侧运聚 运聚单元边界的划分是在含油气系统研究的基础上实现 首先作出有效烃源岩大量生排烃期有效烃源岩层系顶面 储层底面 的流体势图 研究油气疏导体系的分布 在流体势图上根据高势面的分布划出油气运移分割槽 以分割槽为边界并考虑油气疏导体系的分布确定出油气运聚单元的边界 工区概况 根据实际资料采集情况以及辽河西部凹陷地质条件分析 辽河西部凹陷成藏的关键时期分别为沙三段沉积末期和东营组沉积末期 因此主要恢复沙四底部到沙三段沉积末期的流体势