第七章-地层压力与温度.ppt

形成机理 预测技术 石油地质意义 工程应用 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 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 第一节地层压力 概况 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 Z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 Z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 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 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 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 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 第一节地层压力 成因机理 第一节地层压力 成因机理 异常低压成因 1页岩减压膨胀 2温度降低 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 第一节地层压力 地质特征 4成岩性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 地质特征 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 第一节地层压力 地球物理特征 第一节地层压力 综合特征 第一节地层压力 录井特征 港深42 1井测井 钻井参数随深度变化图 第一节地层压力 录井特征 港深42 1井测井 泥浆参数随深度变化图 第一节地层压力 录井特征 港深42 1井测井 气测参数随深度变化图 第一节地层压力 录井特征 1 钻井法 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 Dc指数的计算模型 第一节地层压力 计算方法 地层压力系数的计算模型 第一节地层压力 计算方法 2 声波时差法 第一节地层压力 计算方法 等效深度法计算压力Pf Gw DepB Go DepA DepB 即 Pf Go DepA Go Gw DepB式中 Pf 实际压力 MPaDepA 实际深度 3550mDepB 等效深度 3100mGo 上覆层压力梯度 缺省为0 0231g cm3Gw 静水压力梯度 缺省为0 0105g cm3Pf 0 0231 3550 0 0231 0 0105 3100 42 945MPaRp Pf 0 0105 DepA 42 945 0 0105 3550 1 152Pf 0 0231 3693 5 0 0231 0 0105 3100 46 260MPaRp Pf 0 0105 DepA 46 260 0 0105 3693 5 1 193 相对误差6 1 3693 5m测压 Pf 46 96MPaRp 1 271 第一节地层压力 计算方法 3 地震法 速度的倒数即为地震波在地层中的传播时差 从这个意义上讲 地震法的原理与声波测井法是相同的 由于地震资料在面上的覆盖量大 且地震勘探成本较低 因而应用地震速度预测地层压力意义更大 但由于地震资料的纵向分辨率很低 所以如何提高速度计算精度是该技术的关键 采用模型迭代法可以最大限度地提高计算精度 第一节地层压力 计算方法 五 地层破裂压力和坍塌压力的计算模型 1 经验公式法 第一节地层压力 计算方法 第一节地层压力 计算方法 2 应力分析法 第一节地层压力 计算方法 地层压力区块预测软件部分流程框图 第一节地层压力 计算方法 钻井实时监测模块框图 第一节地层压力 计算方法 第一节地层压力 地质意义 勘探意义 埃克森 EXXON 公司的地层压力系统划分方案 注 1PPG 1bf gal 0 12g cm3 1 过渡带 是含油气的富集带 2 盖层的破裂压力为成藏界线当孔隙流体压力达到破裂压力的70 90 时 就开始漏失 当地层压力超过所划分的 超压带 时 油气藏就难以保存 3 油气勘探的经济界限相当于压力系数为1 96左右 强超压带 以上的油气井缺少经济价值 马东东地区压力系数分布 第一节地层压力 地质意义 工程意义 第一节地层压力 油层压力 原始油层压力分布 1 原始压力随埋深增大而增大 2 井底海拔相同时 流体性质相同 压力相等 流体密度小者压力大 3 气柱高度变化对气井压力影响很小 第一节地层压力 油层压力确定方法 实测法 压力梯度法 井口压力计测量 计算法 第一节地层压力 油层压力确定方法 试井法 第一节地层压力 原始油层压力等压图 等压图的作用1 预测新井原始油层压力2 计算油藏平均原始油层压力3 判断水动力系统4 计算油层的弹性能量 第一节地层压力 目前油层压力 目前油层压力分布 单井油层压力分布 多井油层压力分布 第一节地层压力 目前油层压力确定方法 单井压降规律法 第一节地层压力 目前油层压力确定方法 井间线性内插法 第一节地层压力 目前油层压力等压图 目前油层等压图的作用1 求油藏某一时期平均油层静止压力2 确定地层参数 流动系数 3 掌握地下流体动态4 了解油藏开采动态5 了解油层地质特征 第一节地层压力 油层折算压力 折算压头 静液面离基准面的高程 第一节地层压力 油层折算压力 折算压力 折算压头产生的压力 折算压力等压图 反映地下流体的流动状态 第二节地层温度 基本概念 地壳温度分带 变温带 外热带 日变温带底面深度1 2m 年变温带是日变温带深度的15倍 即15 30m 恒温带 中性层 地球内热与太阳辐射的相互影响平衡的地带 厚度薄 可视为一个面 增温带 内热带 受制于地球的内热 随深度增加 地温增高 地温梯度 地温随深度的变化率 大地热流 岩石热导率与地温梯度的乘积 第二节地层温度 地温测量 地温测量 1 关井实测地温 在油田第一批探井中测量 待井内温度与地层平衡后下入温度计 2 外推法求地层温度 测温前 循环泥浆 记录下循环时间t 待循环停止后 下入温度计于井底 记下下达井底的时间 t 最后 起出温度计 读取温度值 每隔一段时间 重复一次 不少于三次 第二节地层温度 影响因素 1大地构造性质 第二节地层温度 影响因素 2基底的起伏 第二节地层温度 影响因素 3岩浆活动 岩浆活动使地层温度升高4岩性 不同的岩性具有不同的热导率 热导率高