1、钻井井控技术石油工程系钻井教研室石油工程系钻井教研室林洪义林洪义 大量的钻探实践表明，异常高压地大量的钻探实践表明，异常高压地层的存在具有普遍性，而且钻遇到高压层的存在具有普遍性，而且钻遇到高压地层比低压地层更为常见。在钻井中，地层比低压地层更为常见。在钻井中，如果未能预测到可能钻遇的异常高压地如果未能预测到可能钻遇的异常高压地层，钻井液液柱压力将明显小于地层压层，钻井液液柱压力将明显小于地层压力而导致井喷甚至井喷失控。因此，在力而导致井喷甚至井喷失控。因此，在钻井中，对地层压力的检测是非常重要钻井中，对地层压力的检测是非常重要的，对保护油气层、保证井控安全具有的，对保护油气层、保证井控安全具
2、有重要意义。重要意义。1 1、上覆岩层压力（地静压力）、上覆岩层压力（地静压力） 上覆岩石骨架和孔隙空间流体的总重量所引起的压力。上覆岩石骨架和孔隙空间流体的总重量所引起的压力。其值的大小与上覆岩层的厚度、骨架密度和孔隙流体密度有其值的大小与上覆岩层的厚度、骨架密度和孔隙流体密度有关。单位为关。单位为MPaMPa。0g rPH上覆岩上覆岩层压力层压力上覆岩层上覆岩层垂直高度垂直高度上覆沉积上覆沉积物总密度物总密度重力加重力加速度速度01g m afPH上覆岩层上覆岩层压力压力上覆岩层上覆岩层垂直高度垂直高度重力加重力加速度速度岩层平均岩层平均孔隙度孔隙度岩石骨架岩石骨架平均密度平均密度流体平均
3、流体平均密度密度上覆岩层压力梯度上覆岩层压力梯度: :单位岩柱高的压力。单位岩柱高的压力。单位为单位为MPa/m。 据统计据统计,第三纪岩层的平均压力梯度为第三纪岩层的平均压力梯度为0. 0231MPa/m（密度测井）密度测井）;碎屑岩岩层的最大压力梯度为碎屑岩岩层的最大压力梯度为0.031MPa/m ;浅浅层的岩层压力梯度一般小于层的岩层压力梯度一般小于0.031MPa/m。00 PGH2 2、静水压力（流体静压力）、静水压力（流体静压力） 液柱重量所产生的压力。液柱重量所产生的压力。 其大小与液体的密度和液柱的其大小与液体的密度和液柱的高度有关，而与液体的形状和大小无关。高度有关，而与液体
4、的形状和大小无关。 HwPhg静水压力静水压力水的密度水的密度静水柱高静水柱高度度重力加速重力加速度度静水压力梯度：静水压力梯度：单位液柱高度的压力值。单位液柱高度的压力值。0.1HHPGh 由于水的密度一般为由于水的密度一般为1103kg/m3 ，所以，静水压力，所以，静水压力梯度约为梯度约为 0.01MPa/m。3.3.地层压力地层压力 作用于岩层孔隙空间内流体上的压力，又称为孔隙流作用于岩层孔隙空间内流体上的压力，又称为孔隙流体压力。体压力。常用常用P Pf f表示。表示。 含油、气区内的地层压力称为油层压力或气层压力。含油、气区内的地层压力称为油层压力或气层压力。 油气层未被钻开之前，
5、油层内各处的地层压力保持相对平衡状态。一旦油油气层未被钻开之前，油层内各处的地层压力保持相对平衡状态。一旦油气层被钻开并投入开采，油气层压力的平衡状态遭到破坏，在油气层压力与井气层被钻开并投入开采，油气层压力的平衡状态遭到破坏，在油气层压力与井底压力之间产生的压差作用下，油气层内的流体就会流向井筒，有时甚至喷出底压力之间产生的压差作用下，油气层内的流体就会流向井筒，有时甚至喷出到地面。（自喷采油，到后期，压力释放较多后不能自喷，注水、抽油机采油到地面。（自喷采油，到后期，压力释放较多后不能自喷，注水、抽油机采油） 地层压力梯度：地层压力梯度：又称孔隙流体压力梯度，指单位深度的又称孔隙流体压力梯
6、度，指单位深度的流体压力值，用流体压力值，用G Gf f表示。其值的大小与地层所处的地质表示。其值的大小与地层所处的地质条件有关。条件有关。ffPGH静水压力静水压力P PH H 、上覆岩层压力、上覆岩层压力P Po o和地层压力和地层压力P Pf f三者之间的关系：三者之间的关系： a a、地层渗透性能良好，与地表水相连通：此时流体承担的压力（、地层渗透性能良好，与地表水相连通：此时流体承担的压力（地层压力）即为连通孔隙中的静水压力：地层压力）即为连通孔隙中的静水压力：P Pf f = = P PH H ，相应地，相应地 G Gf f = = G GH H 。而上覆岩层压力而上覆岩层压力P
7、Po o全部由岩石基质来承担。全部由岩石基质来承担。 b b、地层渗透性能较好，但上下左右均被不渗透的隔层所隔，呈透、地层渗透性能较好，但上下左右均被不渗透的隔层所隔，呈透镜体状：此时流体所承担的压力最终要和上覆地层压力趋于平衡，即：镜体状：此时流体所承担的压力最终要和上覆地层压力趋于平衡，即：P Pf f = = P Po o，或，或 G Gf f = = G Go o。 c c、地层渗透性能较差，且岩性非均质性较强，孔隙水与地表水有、地层渗透性能较差，且岩性非均质性较强，孔隙水与地表水有连通，但其连通性不好，流体可缓慢渗透，处于一种半封闭状态：此时连通，但其连通性不好，流体可缓慢渗透，处于
8、一种半封闭状态：此时上覆岩层压力由孔隙流体和岩层基质共同负担，这种情况下的地层压力上覆岩层压力由孔隙流体和岩层基质共同负担，这种情况下的地层压力是小于上覆岩层压力而大于静水压力的。即：是小于上覆岩层压力而大于静水压力的。即：P PH H P Pf f P Po o 或或 G GH H G Gf f G Go o 异常地层压力是相对于正常地层压力而言的。异常地层压力是相对于正常地层压力而言的。 在正常压实条件下，地层压力一般用同深度的静水柱在正常压实条件下，地层压力一般用同深度的静水柱压力来表示。压力来表示。正常地层压力就是指从地表到目的层中部的正常地层压力就是指从地表到目的层中部的静水压力或流
9、体静压力。静水压力或流体静压力。 通常把偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力称之为异通常把偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力称之为异常地层压力，或称压力异常。正常地层压力梯度等于常地层压力，或称压力异常。正常地层压力梯度等于9.8110.496KPa/m(1.0 g /cm -1.07g /cm)9.8110.496KPa/m(1.0 g /cm -1.07g /cm) 在地层的某些地区，地层压力因在地层的某些地区，地层压力因地质方面的原因而增高，在含油气的地质方面的原因而增高，在含油气的地下圈闭或构造中，也存在着相同的地下圈闭或构造中，也存在着相同的情况。一般形成异常高压地层应具备情况。一般形成异
10、常高压地层应具备以下条件：以下条件：（1）有相应的地层流体储存空间；）有相应的地层流体储存空间；（2）有低渗透或不渗透的圈闭层；）有低渗透或不渗透的圈闭层；（3）有相应的上覆岩层压力）有相应的上覆岩层压力 圈闭层的作用是阻隔地层流圈闭层的作用是阻隔地层流体与外界连通，使流体能量得不体与外界连通，使流体能量得不到释放而保持高的压力状态。垂到释放而保持高的压力状态。垂直方向上圈闭层指大段的致密直方向上圈闭层指大段的致密页页岩、盐岩、硬石膏、石膏、白云岩、盐岩、硬石膏、石膏、白云岩岩等地层；水平方向的圈闭限制等地层；水平方向的圈闭限制则常见有则常见有断层、折皱、盐丘、尖断层、折皱、盐丘、尖灭灭等地质
11、构造。异常高压的成因等地质构造。异常高压的成因是多方面的，主要有以下几种：是多方面的，主要有以下几种：超压正常压力低压1、异常高压的形成机理、异常高压的形成机理 （1 1）欠压实）欠压实（2 2）矿物脱水）矿物脱水（3 3）水热增压）水热增压（4 4）烃类的生成）烃类的生成（5 5）古压力）古压力（6 6）构造作用）构造作用（7 7）测压水位的影响）测压水位的影响（8 8）流体密度差异）流体密度差异（9 9）注入作用）注入作用（1010）胶结作用）胶结作用（1111）渗析作用）渗析作用2、异常低压的形成机理、异常低压的形成机理 （1 1）测压水位的影响）测压水位的影响（2 2）古压力）古压力（
12、3 3）构造作用）构造作用（4 4）页岩减压膨胀）页岩减压膨胀（5 5）温度降低：）温度降低：（6 6）地下流体的开采）地下流体的开采（1 1） 欠压实欠压实 这是目前比较流行的一种成因解释，世界上一些沉积盆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：压实作用所引起的。按照地层压力的平衡关系：S=Pf+Z 式中：式中：S为上覆岩层压力为上覆岩层压力(包括岩石骨架和其中的流体包括岩石骨架和其中的流体)； Pf为目的层孔隙流体压力；为目的层孔隙流体压
13、力； Z为目的层骨架所承受的垂直应力。为目的层骨架所承受的垂直应力。1 1、异常高压的形成机理、异常高压的形成机理 在一个开放的压实环境下，当由于上覆岩层重量所造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。速率排液时，必然造成压力升高形成异常高压。1 1、
14、异常高压的形成机理、异常高压的形成机理 圆筒顶部有一加压装置，模拟圆筒顶部有一加压装置，模拟上覆岩层压力。加上载荷时，弹簧上覆岩层压力。加上载荷时，弹簧受压而缩短，孔板随之下降，此时受压而缩短，孔板随之下降，此时，水通过孔板向上流动，其流动速，水通过孔板向上流动，其流动速度与孔板的渗透性好坏和上部所加度与孔板的渗透性好坏和上部所加载荷的大小有关。载荷的大小有关。 在加压过程中，通过接在圆筒在加压过程中，通过接在圆筒底部的压力计，我们可以观察压力底部的压力计，我们可以观察压力的变化情况：的变化情况： 在盛满水的圆筒中，每隔一定在盛满水的圆筒中，每隔一定距离安置一块孔板，孔板与孔板之距离安置一块孔
15、板，孔板与孔板之间用弹簧支撑，孔板与筒壁之间接间用弹簧支撑，孔板与筒壁之间接触很严密，水不能通过。触很严密，水不能通过。 孔板：代表地层的孔、渗性；孔板：代表地层的孔、渗性； 弹簧：代表岩层的固体骨架。弹簧：代表岩层的固体骨架。 载荷：上覆岩层压力；载荷：上覆岩层压力； 水：地层流体；水：地层流体； 载荷，载荷，P Po o压力表压力表弹弹簧簧孔孔板板Terzagh模型模型载荷，Po压力表弹簧孔板Terzagh模型模型 A A、如果孔板渗透性很好，水能从其中、如果孔板渗透性很好，水能从其中快速通过，则所加载荷全部由弹簧承担，快速通过，则所加载荷全部由弹簧承担，压力表指针始终保持静水柱压力不变。
16、压力表指针始终保持静水柱压力不变。 B B、如果孔板渗透性差，水不能尽快地、如果孔板渗透性差，水不能尽快地通过孔板，则所加载荷必然就有一部分由通过孔板，则所加载荷必然就有一部分由水来承担，压力表上的读数就会升高，但水来承担，压力表上的读数就会升高，但是，经过一定时间后，水还是可以缓慢通是，经过一定时间后，水还是可以缓慢通过孔板的，最后达到平衡状态。显然，随过孔板的，最后达到平衡状态。显然，随着水的流出弹簧被压缩，最后，载荷又全着水的流出弹簧被压缩，最后，载荷又全部由弹簧来承担。此时，压力表指针读数部由弹簧来承担。此时，压力表指针读数又恢复到原来静水柱压力的位置。又恢复到原来静水柱压力的位置。
17、C C、如果最上一层孔板为不渗透的隔板、如果最上一层孔板为不渗透的隔板时，水不能流出，则所加载荷将分别由弹时，水不能流出，则所加载荷将分别由弹簧和水所共同承受，这时，压力表上指针簧和水所共同承受，这时，压力表上指针将指向高于静水柱压力的刻度，并且不再将指向高于静水柱压力的刻度，并且不再下降。下降。 这种高于静水柱压力的压力就是高异这种高于静水柱压力的压力就是高异常地层压力。常地层压力。 上述这种情况，相当于储层四周都为泥页岩、上述这种情况，相当于储层四周都为泥页岩、岩盐或膏岩所封闭时，在上覆沉积物压力作用下，岩盐或膏岩所封闭时，在上覆沉积物压力作用下，粘土孔隙中的水不能充分地排出，使粘土处于欠
18、压粘土孔隙中的水不能充分地排出，使粘土处于欠压实状态，结果就导致了高压异常的形成。实状态，结果就导致了高压异常的形成。 可见，形成高压异常的关键是储层处于隔绝或可见，形成高压异常的关键是储层处于隔绝或封闭状态，至少流体受围岩严格控制不易渗流出来封闭状态，至少流体受围岩严格控制不易渗流出来，使之处于一种欠压实状态。，使之处于一种欠压实状态。（2 2） 矿物脱水矿物脱水 在成岩作用过程中，有些矿物会脱出层间水和析出结晶水在成岩作用过程中，有些矿物会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。，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，而这些蒙脱石则含如
19、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，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当温度达到蒙脱石的脱水门限温度时，蒙脱石将释放大量的晶格层间水和吸附水限温度时，蒙脱石将释放大量的晶格层间水和吸附水，并向伊，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，这些被利石转化。如果这种排水被限制在一个封闭的体系中，这些被释放出来的水就在粘土孔隙中积蓄起来，必然造成地层孔隙压释放出来的水就在粘土孔隙中积蓄起来，必然造成地层孔隙压力的升高，形
20、成异常高压。通常，蒙脱石的脱水作用是与页岩力的升高，形成异常高压。通常，蒙脱石的脱水作用是与页岩的欠压实作用同时出现的。的欠压实作用同时出现的。（2 2） 矿物脱水矿物脱水 1967年，保厄斯用湾岸地区的资料说明：蒙脱石向伊利石的转化开始于6000英尺的深度，且向深处转化的速度不断增加，通常，到了900012000英尺的地方基本上就没有蒙脱石的存在了。 又如，石膏向无水石膏转化时会析出大量的水：又如，石膏向无水石膏转化时会析出大量的水： CaSO42H2O = CaSO2 + 2H2O 若这一过程发生在封闭的地质环境中，这些水积蓄起来若这一过程发生在封闭的地质环境中，这些水积蓄起来就增加了地层
21、中孔隙流体压力，从而造成高压异常。就增加了地层中孔隙流体压力，从而造成高压异常。（3 3） 水热增压水热增压 世界钻探经验表明：异常高压地带总是伴随着异常高温世界钻探经验表明：异常高压地带总是伴随着异常高温地带出现。地带出现。 随着埋深增加而不断升高的温度会引起岩层骨架及孔隙随着埋深增加而不断升高的温度会引起岩层骨架及孔隙流体的膨胀，但后者远大于前者。温度增加可以促使孔隙水流体的膨胀，但后者远大于前者。温度增加可以促使孔隙水的运移，当热膨胀引起的流体运移由于流体被阻挡而无法逸的运移，当热膨胀引起的流体运移由于流体被阻挡而无法逸出时，孔隙流体压力将升高，而产生高压异常。出时，孔隙流体压力将升高，
22、而产生高压异常。 （3 3） 水热增压水热增压 另外，温度升高还可引起岩石中流体相态的变化，析出另外，温度升高还可引起岩石中流体相态的变化，析出CO2等气体，温度升高到一定程度还可引起油页岩中干酪根发等气体，温度升高到一定程度还可引起油页岩中干酪根发生热裂解，生成烃类气体等。若这一过程发生在封闭的地质生热裂解，生成烃类气体等。若这一过程发生在封闭的地质环境中，这些气体的产生将提高系统的压力而形成高压异常环境中，这些气体的产生将提高系统的压力而形成高压异常。 如美国路易斯安那湾岸地区的一个资料：当地下平均地如美国路易斯安那湾岸地区的一个资料：当地下平均地温梯度为温梯度为25/km时，温度每增加时
23、，温度每增加1，地层压力就增加，地层压力就增加15.8kg/cm2，所以说，温度升高常常会伴随着压力的增大，温，所以说，温度升高常常会伴随着压力的增大，温度对压力的影响是不容忽视的。度对压力的影响是不容忽视的。（4 4） 烃类的生成烃类的生成 目前，生烃作用被认为是形成超压的最重要因素。在逐渐埋目前，生烃作用被认为是形成超压的最重要因素。在逐渐埋深期间，沉积物中的有机质在一定条件下（一般认为温度达到深期间，沉积物中的有机质在一定条件下（一般认为温度达到93.3,93.3,生油母质生油母质R00.6%R00.6%，生气母质，生气母质R00.7%R00.7%或更大时）转化为或更大时）转化为烃类的过
24、程是引起异常高压的重要因素。烃类的过程是引起异常高压的重要因素。有机物转化成烃（尤其有机物转化成烃（尤其是低分子烃类）的反应使流体体积增加是低分子烃类）的反应使流体体积增加；另外，烃类生成中所生；另外，烃类生成中所生成的物质和水在一起，在地层中变单相流动为多相流动时，其两成的物质和水在一起，在地层中变单相流动为多相流动时，其两种流体渗透率之和降低到单相流动时的种流体渗透率之和降低到单相流动时的1/101/10（ChapmanChapman，19721972）。在。在封闭封闭的地质环境中，由于体积的增加和流体的地质环境中，由于体积的增加和流体渗透率的降低渗透率的降低，从而导致从而导致地层孔隙压力
25、的升高地层孔隙压力的升高，形成异常高压。，形成异常高压。 许多研究（许多研究（MeissnerMeissner，19811981；MomperMomper，19781978；TissotTissot，19841984）表）表明，与烃类生成有关的超压产生的明，与烃类生成有关的超压产生的破裂是烃类从源岩中运移出来进入破裂是烃类从源岩中运移出来进入储集层的主要原因储集层的主要原因。当源岩中的有机质或圈闭在储集层中的油转变成。当源岩中的有机质或圈闭在储集层中的油转变成甲烷时，引起相当大的体积增加，在良好的封闭条件下能产生极高的甲烷时，引起相当大的体积增加，在良好的封闭条件下能产生极高的地层压力，驱使流
26、体发生流动。在有效封闭存在的地方，不断生成的地层压力，驱使流体发生流动。在有效封闭存在的地方，不断生成的甲烷能将压力升高到超过静岩压力，从而使封闭层破裂并导致流体通甲烷能将压力升高到超过静岩压力，从而使封闭层破裂并导致流体通过封闭层渗漏。甲烷的生成对异常压力的产生是一个潜在的高效机制过封闭层渗漏。甲烷的生成对异常压力的产生是一个潜在的高效机制，尤其是在与源岩有密切联系的岩石中。连续的甲烷生成能产生如此，尤其是在与源岩有密切联系的岩石中。连续的甲烷生成能产生如此巨大的压力，以致于封闭层不能无限期地存在，它们将或者不断地出巨大的压力，以致于封闭层不能无限期地存在，它们将或者不断地出现渗漏，或者周期
27、性地发生破裂和渗漏，即所谓的现渗漏，或者周期性地发生破裂和渗漏，即所谓的“幕式幕式”排烃理论排烃理论。（5 5）古压力）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。下被抬升到浅部，其中的压力相对于浅部显然是超压体系。 原来埋藏较深（原来埋藏较深（h h1 1）且处于封闭地质条件的地层，由于后来地壳上）且处于封闭地质条件的地层，由于后来地壳上升，使上覆地层受到剥蚀，原地层的埋藏深度变浅（升，使上覆地层受到剥蚀，原地层的埋藏深度变浅（h h2 2），因为地层仍），因为
28、地层仍然是封闭的，古压力保持不变。所以，对于变浅以后的深度来说，其正然是封闭的，古压力保持不变。所以，对于变浅以后的深度来说，其正常地层压力显然小于这一古压力，成为高压异常地层。常地层压力显然小于这一古压力，成为高压异常地层。（6 6） 构造作用构造作用 异常高压可能起因于断裂、褶皱、侧向滑动、崩塌、断异常高压可能起因于断裂、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。块下降等引起的挤压、刺穿盐丘或页岩的运动、地震等。 盐丘盐丘 盐岩有两个特点（盐岩有两个特点（1 1）不渗透；（不渗透；（2 2）易溶解并）易溶解并以不同形状再结晶。因此，以不同形状再结晶。因此，在
29、盐丘下面，往往被隔成在盐丘下面，往往被隔成高压。如果是盐丘，则它高压。如果是盐丘，则它向周围地层施加压力，同向周围地层施加压力，同构造运动一样，促使盐丘构造运动一样，促使盐丘附近地层变为异常高压附近地层变为异常高压。断裂断裂 开启的断裂：深层流开启的断裂：深层流体向浅层低压流体的注入作体向浅层低压流体的注入作用可在浅层形成高压异常。用可在浅层形成高压异常。 正正常常压压力力正常正常压力压力正常正常压力压力超压超压正常正常压力压力低压低压断裂断裂 封闭型断裂：封闭型断裂： a.a.未发生断裂前：正常。未发生断裂前：正常。 b.b.发生断裂，研究井处地发生断裂，研究井处地层相对上升，埋深减小，高层
30、相对上升，埋深减小，高压异常。压异常。 c.c.发生断裂，研究井处地发生断裂，研究井处地层相对下降，埋深增大，低层相对下降，埋深增大，低压异常。压异常。(7)(7)测压水位的影响测压水位的影响 我们计算正常地层压力时，是根据流体静压力来计算的我们计算正常地层压力时，是根据流体静压力来计算的，而这种计算是在一种理想情况下进行的，即测压水位（供，而这种计算是在一种理想情况下进行的，即测压水位（供水区露头海拔高度）与研究井井口的海拨高度相同（供水区水区露头海拔高度）与研究井井口的海拨高度相同（供水区露头与研究井井口是处于同一水平面上）。然而，事实上，露头与研究井井口是处于同一水平面上）。然而，事实上
31、，由于地壳不均匀的剥蚀作用，其表面总是凹凸不平的。由于地壳不均匀的剥蚀作用，其表面总是凹凸不平的。 如果测压水位高于如果测压水位高于井口海拨，油井显示异井口海拨，油井显示异常高压（常高压（2 2井）。井）。 如果测压水位低于如果测压水位低于井口海拨，油井显示异井口海拨，油井显示异常低压（常低压（1 1井）。井）。（8 8）流体密度差异）流体密度差异 背斜油气藏，特背斜油气藏，特别是气水系统别是气水系统, ,油藏顶油藏顶部的气井往往显示出部的气井往往显示出异常高的压力。异常高的压力。（9 9）注入作用）注入作用( (储油层重新加压储油层重新加压) ) 较深剖面生成的高流体压力通过断层或裂缝注入到
32、浅较深剖面生成的高流体压力通过断层或裂缝注入到浅处储层中，这样使浅处的地层产生高压异常。处储层中，这样使浅处的地层产生高压异常。 或者，在钻井过程中，由于固井质量差，未能将深层或者，在钻井过程中，由于固井质量差，未能将深层与浅层的油层分隔开，使深部具有较高压力的油层与浅部与浅层的油层分隔开，使深部具有较高压力的油层与浅部较低压力的油层连通，流体将从高压层窜入到低压层，而较低压力的油层连通，流体将从高压层窜入到低压层，而使浅层的油层增压，而造成浅层高压异常的出现。使浅层的油层增压，而造成浅层高压异常的出现。 超压正常压力正常压力（1010）胶结作用）胶结作用 储层发生胶结作用，使胶结矿物充填了孔
33、储层发生胶结作用，使胶结矿物充填了孔隙空间，在封闭的地质环境中，体积的缩小，隙空间，在封闭的地质环境中，体积的缩小，就会使压力增高而产生高压异常。就会使压力增高而产生高压异常。（1111）渗析作用渗析作用 当粘土或页岩两侧的溶当粘土或页岩两侧的溶液浓度存在着差别时，粘土液浓度存在着差别时，粘土或页岩起着半渗透膜的作用或页岩起着半渗透膜的作用。浓度低的溶液通过半渗透。浓度低的溶液通过半渗透膜向浓度高的溶液渗流，从膜向浓度高的溶液渗流，从而在浓度高的一侧就产生了而在浓度高的一侧就产生了渗析压力渗析压力。若。若这一过程若发这一过程若发生在封闭的地质环境中就造生在封闭的地质环境中就造成了异常高压的形成
34、成了异常高压的形成。淡水向盐水方向流动渗滤示意图淡水向盐水方向流动渗滤示意图（据（据Jones，1969）（1 1）测压水位的影响）测压水位的影响（2 2）古压力）古压力（3 3）构造作用）构造作用（4 4）页岩减压膨胀）页岩减压膨胀（5 5）温度降低）温度降低（6 6）地下流体的开采）地下流体的开采2 2、异常低压的形成机理、异常低压的形成机理如果测压水位高于井口海拨，油井显示异常高压（如果测压水位高于井口海拨，油井显示异常高压（2 2井）。井）。如果测压水位低于井口海拨，油井显示异常低压（如果测压水位低于井口海拨，油井显示异常低压（1 1井）。井）。（1 1）测压水位的影响）测压水位的影响
35、（2 2）古压力）古压力（3 3）构造作用）构造作用（4 4）页岩减压膨胀）页岩减压膨胀（5 5）温度降低）温度降低（6 6）地下流体的开采）地下流体的开采2 2、异常低压的形成机理、异常低压的形成机理（1 1）测压水位的影响）测压水位的影响（2 2）古压力）古压力（3 3）构造作用）构造作用（4 4）页岩减压膨胀）页岩减压膨胀（5 5）温度降低）温度降低（6 6）地下流体的开采）地下流体的开采2 2、异常低压的形成机理、异常低压的形成机理超压超压正常正常压力压力低压低压（1 1）测压水位的影响）测压水位的影响（2 2）古压力）古压力（3 3）构造作用）构造作用（4 4）页岩减压膨胀）页岩减压
36、膨胀（5 5）温度降低）温度降低（6 6）地下流体的开采）地下流体的开采2 2、异常低压的形成机理、异常低压的形成机理 上覆岩层由于风化或剥蚀作上覆岩层由于风化或剥蚀作用而减小了对下部页岩的压力用而减小了对下部页岩的压力，因而引起页岩体积膨胀，压，因而引起页岩体积膨胀，压力释放。而邻近的、呈透镜状力释放。而邻近的、呈透镜状的砂岩中的压力为了与减小的的砂岩中的压力为了与减小的页岩压力平衡，它也将减小，页岩压力平衡，它也将减小，这样，就引起了砂岩储油层压这样，就引起了砂岩储油层压力的降低，从而造成低压异常力的降低，从而造成低压异常。2 2、异常低压的形成机理、异常低压的形成机理 由于地壳上隆或风化
37、剥蚀作由于地壳上隆或风化剥蚀作用，使上覆岩层的厚度减小，用，使上覆岩层的厚度减小，导致地层温度降低，而温度的导致地层温度降低，而温度的降低将导致部分矿物发生转换降低将导致部分矿物发生转换，新的矿物对水的吸附作用就，新的矿物对水的吸附作用就会降低页岩的孔隙流体压力，会降低页岩的孔隙流体压力，造成低压异常。造成低压异常。（1 1）测压水位的影响）测压水位的影响（2 2）古压力）古压力（3 3）构造作用）构造作用（4 4）页岩减压膨胀）页岩减压膨胀（5 5）温度降低）温度降低（6 6）地下流体的开采）地下流体的开采2 2、异常低压的形成机理、异常低压的形成机理 在有些地区，由于大量地在有些地区，由于
38、大量地开采油、气和地下水，当地层开采油、气和地下水，当地层能量得不到补充时，随着流体能量得不到补充时，随着流体的采出，压力就会降低，从而的采出，压力就会降低，从而形成低压异常。形成低压异常。（1 1）测压水位的影响）测压水位的影响（2 2）古压力）古压力（3 3）构造作用）构造作用（4 4）页岩减压膨胀）页岩减压膨胀（5 5）温度降低）温度降低（6 6）地下流体的开采）地下流体的开采 由上述形成压力异常的各种因素分析中，我们可以看出由上述形成压力异常的各种因素分析中，我们可以看出：形成压力异常的关键是要有一个良好的、由非渗透性或渗：形成压力异常的关键是要有一个良好的、由非渗透性或渗透性极差的物
39、质所组成的透性极差的物质所组成的“封闭封闭”的地质环境，这种封闭的的地质环境，这种封闭的地质环境能防止流体的逸散。地质环境能防止流体的逸散。 异常地层压力的形成是一个非常复杂的地质过程，影响异常地层压力的形成是一个非常复杂的地质过程，影响因素很多。因此，要弄清一个地区压力异常的形成机理，必因素很多。因此，要弄清一个地区压力异常的形成机理，必须综合该区的各种地质资料来进行分析。须综合该区的各种地质资料来进行分析。 对异常地层压力的预测，主要是确定异常地层压力带的层对异常地层压力的预测，主要是确定异常地层压力带的层位和深度（顶深），计算出异常压力值。位和深度（顶深），计算出异常压力值。 具有高压异
40、常的油、气层在地下并不是孤立存在的，在其具有高压异常的油、气层在地下并不是孤立存在的，在其周围岩层特别是作为盖层的泥、页岩层，是处于正常地层压力周围岩层特别是作为盖层的泥、页岩层，是处于正常地层压力到异常地层压力的过渡带上的，这个过渡地带必然具有异常压到异常地层压力的过渡带上的，这个过渡地带必然具有异常压力带的一些特殊性质。力带的一些特殊性质。 1、地质特征、地质特征 2、地球物理特征、地球物理特征 这些特征，是我们进行异常地层压力预测的基础。这些特征，是我们进行异常地层压力预测的基础。1 1、岩性的致密程度、岩性的致密程度 在碎屑岩地层中，异常地层压力在碎屑岩地层中，异常地层压力( (常指异
41、常高压常指异常高压) )由于普遍与欠压实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。钻井过程中可以根据地层的可钻性加以判断。2 2、储层的发育程度、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
42、普层相对缺乏的区段。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。压油藏，其勘探风险大，埋藏深，规模有限。3 3、孔渗性、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具有异
43、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。要依据。4 4、成岩性、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
44、，油气的聚集就变成了不可能事件。本动力条件。否则，油气的聚集就变成了不可能事件。5 5、形成环境、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。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，而沉积环境因素一般为盆地深水环境。埋深因素是显而易见的，而沉积环境因素一般为盆地深水环境。6 6、构造特征、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
45、构造活动区，往往是断裂发育区，异常压力不易保存，并且系统，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。密切相关。1、速度特征、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。这就是我们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。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。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、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。与地层速度
46、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、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。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、自然电位 超压层的自然电位特征可由盐度原理来表述，超压层的自然电位特征可由盐度原理来表述，Overton & Timko提出了一个非提出了一个非常简单，清洁砂岩的含盐量常简单，清洁砂岩的含盐量Cw与相邻泥岩孔隙度与相邻泥岩孔隙度 sh之间的关系：之间的关系：Cw* sh
47、 = 常数。常数。 就是说，地层水含盐量就是说，地层水含盐量(假设砂岩与泥岩之间盐度是平衡的假设砂岩与泥岩之间盐度是平衡的)与邻近泥岩的孔隙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。而储层地层水含盐量异常减小。 过渡带 孔隙度 钻速 电阻率 电导率 含盐量 时差 速度 密度 异常压力顶面 超压带 正常趋势线
48、深 度 参数参数来源来源 实验分析实验分析 测井资料测井资料 测井资料测井资料 实验分析实验分析 声波测井声波测井 声波测井声波测井 实验分析实验分析测井计算测井计算 录井资料录井资料 泥浆录井泥浆录井 泥浆录井泥浆录井 地质录井地质录井 地震速度地震速度 密度测井密度测井录井计算录井计算 地质录井地质录井 目前异常地层压力的预测主要在碎屑岩中进行得比较成目前异常地层压力的预测主要在碎屑岩中进行得比较成功，而对于碳酸盐岩异常压力的预测方法到目前为止还没有功，而对于碳酸盐岩异常压力的预测方法到目前为止还没有一种比较完善和可靠的方法。一种比较完善和可靠的方法。 对于碎屑岩地区异常地层压力的预测，常
49、采用以下几种对于碎屑岩地区异常地层压力的预测，常采用以下几种方法：方法： （一）地震勘探法（一）地震勘探法 （二）钻井资料分析法（二）钻井资料分析法 （三）地球物理测井法（三）地球物理测井法（一）地震勘探法（一）地震勘探法 在新探区或海上无钻井资料可供参考的情况下，常采用地震资料在新探区或海上无钻井资料可供参考的情况下，常采用地震资料来预测异常地层压力。来预测异常地层压力。 地震波的传播速度（层速度）与岩性和埋深有关（即与密度有关地震波的传播速度（层速度）与岩性和埋深有关（即与密度有关），一般，随深度增加而增大。但是，在异常高压层段，由于页岩是），一般，随深度增加而增大。但是，在异常高压层段，
50、由于页岩是欠压实的，造成孔隙度增大，密度减小，使传播速度明显下降。欠压实的，造成孔隙度增大，密度减小，使传播速度明显下降。 实际工作中，按适当的深度间隔，如实际工作中，按适当的深度间隔，如25m25m、50m50m或或100m100m分别计算出分别计算出各层的传播时间各层的传播时间tt，绘出井深与，绘出井深与tt的关系图，对于正常情况下的岩的关系图，对于正常情况下的岩层，定出其变化的趋势线，即正常压实线，明显偏离正常压实线的可层，定出其变化的趋势线，即正常压实线，明显偏离正常压实线的可判断为异常压力，刚开始偏离的那一点为过渡带顶界，偏离幅度越大判断为异常压力，刚开始偏离的那一点为过渡带顶界，偏
