1、 第五章第五章 地层压力和地层温度地层压力和地层温度第五章第五章 地层压力和地层温度地层压力和地层温度Formation pressure and temperature油气意义 地质：生烃，运移动力，保存条件，储量地质：生烃，运移动力，保存条件，储量 开发：能量（自喷、注水）、连通性、储开发：能量（自喷、注水）、连通性、储层改造层改造 钻井：泥浆、井身结构钻井：泥浆、井身结构授课内容授课内容第一节第一节 原始地层压力及其在油气藏中的分布原始地层压力及其在油气藏中的分布第二节第二节 异常地层压力异常地层压力第三节第三节 地层温度地层温度第一节原始地层压力第一节原始地层压力Initial for
2、mation pressure 一、有关地层压力的基本概念一、有关地层压力的基本概念二、原始地层压力在油气藏中的分布二、原始地层压力在油气藏中的分布三、折算压力三、折算压力四、原始地层压力的来源四、原始地层压力的来源五、利用原始地层压力预测气五、利用原始地层压力预测气-水、油水、油-水界面水界面一、有关地层压力的基本概念一、有关地层压力的基本概念1.液柱静压力液柱静压力由垂直的液柱重量（高度）所产生的压力叫静由垂直的液柱重量（高度）所产生的压力叫静水压力，也称流体静压力或静水压力水压力，也称流体静压力或静水压力。液柱静压力的大小与流体密度和液柱的高度有液柱静压力的大小与流体密度和液柱的高度有关
3、，而与液柱的形状和大小无关。关，而与液柱的形状和大小无关。式中：液柱静压力，式中：液柱静压力，MPa106Pa；流体密度，流体密度，Kg/m；g 重力加速度，重力加速度，9.8m/s2；H液柱高度，。液柱高度，。gHP6101100m水柱的压力？水柱的压力？2.上覆岩层压力上覆岩层压力由上覆岩层的重量引起，即岩石骨架由上覆岩层的重量引起，即岩石骨架重量和孔隙中流体重量所引起的压力叫上重量和孔隙中流体重量所引起的压力叫上覆岩层压力，也称地静压力覆岩层压力，也称地静压力。上覆岩层压力随上覆岩层骨架的增厚上覆岩层压力随上覆岩层骨架的增厚而加大，也与岩层及其孔隙空间流体的密而加大，也与岩层及其孔隙空间
4、流体的密度大小有关。度大小有关。gHPrr6101gHfma1101Pr63地层压力地层压力（Formation pressure)作用于岩层孔隙中流体上的压力叫地作用于岩层孔隙中流体上的压力叫地层压力，也有叫孔隙流体压力或孔隙压力层压力，也有叫孔隙流体压力或孔隙压力。常用常用Pf表示。在含油、气区内的地层表示。在含油、气区内的地层压力又可称为油层压力或气层压力。压力又可称为油层压力或气层压力。在油气层未被钻开之前，油气层内各在油气层未被钻开之前，油气层内各处的压力保持相对平衡状态，一旦油气层处的压力保持相对平衡状态，一旦油气层被钻开并投入开采，原来油气层内压力的被钻开并投入开采，原来油气层内
5、压力的相对平衡状态就被打破，在油气层压力与相对平衡状态就被打破，在油气层压力与油气井井底压力之间生产压差的作用下，油气井井底压力之间生产压差的作用下，油气层内的流体就会流向井底，甚至会强油气层内的流体就会流向井底，甚至会强烈地喷出地面。烈地喷出地面。地层流体能够由地层流到井底，并由地层流体能够由地层流到井底，并由井底到达地面，均由于地层压力的作用。井底到达地面，均由于地层压力的作用。4.压力梯度和压力系数压力梯度和压力系数 压力梯度压力梯度是指每增加单位深度所增加的压力值，是指每增加单位深度所增加的压力值，单位为单位为MPa/m。相应地有液柱静压力梯度、上覆岩层压力梯度相应地有液柱静压力梯度、
6、上覆岩层压力梯度和地层压力梯度。和地层压力梯度。所谓所谓压力系数压力系数就是实测地层压力与相同深度静就是实测地层压力与相同深度静水压力的比值水压力的比值。原始地层压力与目前地层压力原始地层压力与目前地层压力 原始地层压力是指油层在未被钻开或钻开后未被原始地层压力是指油层在未被钻开或钻开后未被开采时的地层压力开采时的地层压力。人们通常用第一口井或第一批探井测得的油层压人们通常用第一口井或第一批探井测得的油层压力值近似代表原始地层压力。力值近似代表原始地层压力。随着流体的不断采出，能量逐渐消耗，地层压力随着流体的不断采出，能量逐渐消耗，地层压力下降。油层开采到某一时刻的地层压力称为该时下降。油层开
7、采到某一时刻的地层压力称为该时刻的目前地层压力，通常在该时刻通过一段时间刻的目前地层压力，通常在该时刻通过一段时间的关井，待压力恢复到稳定状态后，测得的井底的关井，待压力恢复到稳定状态后，测得的井底产层中部产层中部压力获得。压力获得。流动压力与生产压差流动压力与生产压差在正常生产条件下，井底所具有的回在正常生产条件下，井底所具有的回压压称为称为流动压力流动压力。它实际代表井口剩余压。它实际代表井口剩余压力与井筒内液柱重量对井底产生的回压。力与井筒内液柱重量对井底产生的回压。油气井生产时，井底流动压力小于油油气井生产时，井底流动压力小于油层静止压力（地层压力），油层中的流体层静止压力（地层压力）
8、，油层中的流体正是在这个压差（生产压差）的作用下流正是在这个压差（生产压差）的作用下流人到井筒中，甚至喷出地面。人到井筒中，甚至喷出地面。概念小结 静液柱压力静液柱压力 上覆岩层压力上覆岩层压力 地层压力地层压力 压力梯度压力梯度 流动压力流动压力 生产压差生产压差油压油压套压套压如何获得压力？二、原始地层压力在油气藏中分布二、原始地层压力在油气藏中分布自流水盆地的水压头与自喷泉和非自喷泉的关系自流水盆地的水压头与自喷泉和非自喷泉的关系大气降水或地表水从供给区进入含水层，在含水层中从大气降水或地表水从供给区进入含水层，在含水层中从水压头高的地区向水压头低的地区渗流，至泄水区流出地表。水压头高的
9、地区向水压头低的地区渗流，至泄水区流出地表。供水区与泄水区之间叫承压区，图中虚线表示承压区内的水供水区与泄水区之间叫承压区，图中虚线表示承压区内的水头分布，即该区内所钻孔中静水面能达到的高度。头分布，即该区内所钻孔中静水面能达到的高度。如无泄水区，会怎么样？带气顶背斜油藏原始地层压力分布带气顶背斜油藏原始地层压力分布 假设地层水和原油的密度分别为假设地层水和原油的密度分别为103Kg/m3和和0.85103Kg/m3，天然气对空气的相对密度为天然气对空气的相对密度为0.78，我们来观察各个油、气、，我们来观察各个油、气、水井产层中部的原始地层压力以及它们彼此之间的区别和联水井产层中部的原始地层
10、压力以及它们彼此之间的区别和联系。系。5井：3.92MPa1井：5.88MPa2井钻过油层，油层中部海拔与井钻过油层，油层中部海拔与1井相同也是井相同也是-500m。考虑到油井中有游离气比。考虑到油井中有游离气比水井复杂，不便用油柱直接计算原始地层压力。油藏的油水井复杂，不便用油柱直接计算原始地层压力。油藏的油水界面海拔为水界面海拔为-700m，则油则油水界面压力应为水界面压力应为7.84MPa。因。因2井产层中部至油水界面处的油柱高度为井产层中部至油水界面处的油柱高度为-500-（-700）=200m，于是，于是2井原始地层压力为井原始地层压力为7.84-1.67=6.17MPa。2井：6.
11、17MPa3井为气井，它钻在气顶上，产层中部井深为井为气井，它钻在气顶上，产层中部井深为600m，关井后井口静止压力为，关井后井口静止压力为5.67MPa。HgePP410293.1井口 3井：6.02MPa4井：8.82MPa5井：3.92MPa1井：5.88MPa第一，同一层的原始地层压力，构造部位高的较构造部第一，同一层的原始地层压力，构造部位高的较构造部位低的要低。位低的要低。第二，同一产层，如两口井产层中部海拔相同，而所钻第二，同一产层，如两口井产层中部海拔相同，而所钻遇的流体也一样，则原始地层压力相等；若钻遇的流体性质遇的流体也一样，则原始地层压力相等；若钻遇的流体性质不同，则流体
12、密度大的原始地层压力较低，密度小的原始地不同，则流体密度大的原始地层压力较低，密度小的原始地层压力较高。流体的密度相差越大，则原始地层压力之差就层压力较高。流体的密度相差越大，则原始地层压力之差就越悬殊。越悬殊。2井：6.17MPa 2井：6.02MPa4井：8.82MPa三、折算压力三、折算压力在油气藏开发过程中，为了正确掌握油层压力在油气藏开发过程中，为了正确掌握油层压力大小、分布及其变化规律，必须消除构造因素（即大小、分布及其变化规律，必须消除构造因素（即油层埋藏深度对油层压力的影响）和流体密度不同油层埋藏深度对油层压力的影响）和流体密度不同对地层压力的影响，以便于比较同层或不同层压力对
13、地层压力的影响，以便于比较同层或不同层压力的高低，因而提出折算地层压力的概念。的高低，因而提出折算地层压力的概念。人们往往习惯地认为地下流体是由地层压力高人们往往习惯地认为地下流体是由地层压力高的地方流向地层压力低的地方，然而，实际情况是的地方流向地层压力低的地方，然而，实际情况是怎样的呢？现在用一个例子来说明。怎样的呢？现在用一个例子来说明。有两口油井，它们分别位于油层有两口油井，它们分别位于油层顶部海拔为顶部海拔为-380m与翼部海拔与翼部海拔-470m处，经过一段时间开采后，关井测处，经过一段时间开采后，关井测得得1号井油层静止压力为号井油层静止压力为2.82MPa；2号井油层静止压力为
14、号井油层静止压力为3.25MPa。就。就油层压力大小而论，油层压力大小而论，2号井的油层压号井的油层压力比力比1号井多号井多0.43MPa。若油藏的原油密度为若油藏的原油密度为0.8g/cm3，经计算后得到经计算后得到1号井内油柱静液面海号井内油柱静液面海拔高度为拔高度为-20 m，而，而2号井内油柱静号井内油柱静液面的海拔高度为液面的海拔高度为-55m。就压头而言，就压头而言，1号井则比号井则比2 号井高号井高35m。油藏内流体实际上是从。油藏内流体实际上是从1号号井流向井流向2号井。号井。流体是从压头高的地方流向压头低的地方，而不能说从压力大流体是从压头高的地方流向压头低的地方，而不能说从
15、压力大的地方流向压力小的地方。的地方流向压力小的地方。折算压头（折算压头（m）折算压头是指井内静液折算压头是指井内静液面距某一折算基准面的面距某一折算基准面的垂直高度垂直高度。折算基准面可以是海平折算基准面可以是海平面，或原始油水（或油面，或原始油水（或油气）界面，或任意水平气）界面，或任意水平面。面。当静液面在折算基准面以上时，折算压头为正值；当静液面在折算基准面以上时，折算压头为正值；当静液面在折算基准面以下时，折算压头为负值。当静液面在折算基准面以下时，折算压头为负值。HLhl折算压力折算压力 由折算压头产生的压力，可利用静液柱压力公式由折算压头产生的压力，可利用静液柱压力公式导出。导出
16、。gSHPPfL6101折 地下流体的流动方向是受折算压力控地下流体的流动方向是受折算压力控制的，是从折算压力高的地方向折算压力制的，是从折算压力高的地方向折算压力低的地方流动。低的地方流动。为了消除流体性质不一致造成的压力为了消除流体性质不一致造成的压力差别，此时折算面必须选择在两种流体的差别，此时折算面必须选择在两种流体的分界面上。为了对比油藏上各井压头的大分界面上。为了对比油藏上各井压头的大小，应将所有的井都折算到同一个折算面小，应将所有的井都折算到同一个折算面基准上。基准上。p地层压力，MPa；H油层海拔高度，m；S折算面海拔高度，m；流体密度，。HLhl四、原始地层压力的来源四、原始
17、地层压力的来源1.静水压头：静水压头：当油层有供水区时，原始地层压力与供水区水压头和当油层有供水区时，原始地层压力与供水区水压头和泄水区的高低有关；如果无供水区，则与油层含水部分所具有的泄水区的高低有关；如果无供水区，则与油层含水部分所具有的压头有关。压头有关。2.地静压力：地静压力：上覆岩层或沉积物重量所形成的压力。地静压力对地上覆岩层或沉积物重量所形成的压力。地静压力对地层压力的影响大小，将视储层是否封闭的程度而定。层压力的影响大小，将视储层是否封闭的程度而定。3.天然气补给：天然气补给：油气藏形成之后，沉积物或岩层中的有机物会继续油气藏形成之后，沉积物或岩层中的有机物会继续转变成烃类或非
18、烃类气体，当油气藏处于被隔绝状态时这些天然转变成烃类或非烃类气体，当油气藏处于被隔绝状态时这些天然气的聚集会提高地层压力。气的聚集会提高地层压力。4.构造应力：构造应力：地壳运动所产生的构造应力，会使孔隙缩小压力升高；地壳运动所产生的构造应力，会使孔隙缩小压力升高；也可能因断层和裂缝的产生，为油、气的逸散构成通道，使已有也可能因断层和裂缝的产生，为油、气的逸散构成通道，使已有压力下降。压力下降。5.地温：地温：总的趋势是岩层埋藏深度越大，其温度越高。温度升高，总的趋势是岩层埋藏深度越大，其温度越高。温度升高，会使孔隙流体发生体积膨胀，也增高地层压力。会使孔隙流体发生体积膨胀，也增高地层压力。五
19、、利用原始地层压力预测气五、利用原始地层压力预测气水、水、油油水界面水界面 ghhghPPwggwgggw66101101gwgWwgwggPPghh66101101ghhghPPoggogggO66101101ghhghPPwoowooOW66101101gPPghhgogOogog66101101gPPghhowOWwowo66101101大体位置大体位置公式全部未考虑由于毛细管压力所导公式全部未考虑由于毛细管压力所导致的界面上移距离，因此只能说是油致的界面上移距离，因此只能说是油气气或油或油水界面的大体位置。精确测量油、水界面的大体位置。精确测量油、气、水井的地层压力是预测油、气、水界气
20、、水井的地层压力是预测油、气、水界面的先决条件。只要有了可靠的压力资料，面的先决条件。只要有了可靠的压力资料，特别是气特别是气水，气水，气油界面的预测，往往油界面的预测，往往会得到比较满意的结果。会得到比较满意的结果。第二节第二节 异常地层压力异常地层压力一、异常地层压力的概念一、异常地层压力的概念二、异常地层压力的形成机理二、异常地层压力的形成机理三、异常地层压力的预测方法三、异常地层压力的预测方法一、概念所谓异常地层压力是相对于正常所谓异常地层压力是相对于正常地层压力而言的。通常所说的正地层压力而言的。通常所说的正常地层压力，是指地层压力等于常地层压力，是指地层压力等于从地表到目的层中部的
21、静水柱压从地表到目的层中部的静水柱压力力。实际测量获得的地层压力值不同实际测量获得的地层压力值不同于计算所得的静水压力时称之为于计算所得的静水压力时称之为异常地层压力。实测地层压力值异常地层压力。实测地层压力值高于同深度正常压力值的叫高异高于同深度正常压力值的叫高异常地层压力或超压，低于同深度常地层压力或超压，低于同深度正常压力值的叫低异常地层压力。正常压力值的叫低异常地层压力。常用常用压力系数压力系数或或压力梯度压力梯度来表示来表示异常地层压力的大小。异常地层压力的大小。所谓压力系数就是实测地层压力所谓压力系数就是实测地层压力与相同深度静水压力的比值与相同深度静水压力的比值。压力系数为压力系
22、数为1时，实测地层压力与静水压力相等，这时属时，实测地层压力与静水压力相等，这时属于正常地层压力；当压力系数不等于于正常地层压力；当压力系数不等于1时，则为异常地层压力。时，则为异常地层压力。当压力系数大于当压力系数大于1时，称为高异常地层压力，或称为超压；当时，称为高异常地层压力，或称为超压；当压力系数小于压力系数小于1时，称为低异常地层压力时，称为低异常地层压力。在实际应用中很难或很难严格地按在实际应用中很难或很难严格地按1.0这个压力系数值作这个压力系数值作为衡量标准，这是因为地层压力值的精确取得往往需要一个为衡量标准，这是因为地层压力值的精确取得往往需要一个相对较长的时间；正常静水压力
23、计算时又涉及到流体密度的相对较长的时间；正常静水压力计算时又涉及到流体密度的可靠性；同时还应当考虑工程运算时的简便易行，因此可以可靠性；同时还应当考虑工程运算时的简便易行，因此可以用密度为用密度为1.0103 Kg/m3的淡水来计算静水压力，而把异常的淡水来计算静水压力，而把异常定义在一定的范围之内。定义在一定的范围之内。如压力系数在如压力系数在0.901.20范围之内可称为正常压力；压范围之内可称为正常压力；压力系数在力系数在1.20以上可称为高异常地层压力；低异常地层压力以上可称为高异常地层压力；低异常地层压力则泛指压力系数小于则泛指压力系数小于0.90者。者。地层压力梯度地层压力梯度 有
24、时也用地层压力梯度来表示异常地层压力的大小。有时也用地层压力梯度来表示异常地层压力的大小。当时，属于正常地层压力；当时，属于高异常地层当时，属于正常地层压力；当时，属于高异常地层压力；当时，即每增加压力；当时，即每增加1m地层深度时，地层压力地层深度时，地层压力的增加值小于的增加值小于0.01MPa时，属于低异常地层压力。时，属于低异常地层压力。对国内外从新生界的更新统到古生界的寒武系的油对国内外从新生界的更新统到古生界的寒武系的油气田地层压力进行统计可以得出，碎屑岩地区和碳气田地层压力进行统计可以得出，碎屑岩地区和碳酸盐岩地区异常地层压力普遍存在。压力系数最高酸盐岩地区异常地层压力普遍存在。
25、压力系数最高可达可达2.33，即压力梯度接近或等于上覆岩层的压力，即压力梯度接近或等于上覆岩层的压力梯度。梯度。mMPaGP/01.0mMPaGP/01.0异常高压表征流体封闭性异常高压表征流体封闭性在没有地表露头提供高压的前提下，也在没有地表露头提供高压的前提下，也就是说在没有明显地表露头补给的盆地内，就是说在没有明显地表露头补给的盆地内，高异常地层压力表征了地下流体具有严格的高异常地层压力表征了地下流体具有严格的封闭性。封闭性。二、异常地层压力的形成机理二、异常地层压力的形成机理1.成岩作用成岩作用2.热力作用热力作用3.生物化学作用生物化学作用4.渗析作用渗析作用5.构造作用构造作用6.
26、古压力古压力7.高水头供水区高水头供水区8.油气水密度差异油气水密度差异 7、8与封闭性没有关系（2）热力作用和生物化学作用）热力作用和生物化学作用 热力作用热力作用：世界钻探经验表明，异常高压地带总是伴随着：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，温度对压力的影响是不容忽视的。在异常高温地带出现，温度对压力的影响是不容忽视的。在一个封闭系统中，温度增加将引起岩石和岩石孔隙中流体一个封闭系统中，温度增加将引起岩石和岩石孔隙中流体的膨胀，从而使该系统的压力增大。的膨胀，从而使该系统的压力增大。温度增加还可以引起岩石中流体相态的变化，析出二氧化温度增加还可以引起岩石中流体相态的变
27、化，析出二氧化碳等气相物质。高温能使油页岩中的干酪根热裂解，生成碳等气相物质。高温能使油页岩中的干酪根热裂解，生成烃类气体。在封闭的地质环境中，这些气体将大大提高该烃类气体。在封闭的地质环境中，这些气体将大大提高该系统的压力而促使该系统高异常地层压力的形成。系统的压力而促使该系统高异常地层压力的形成。生物化学作用生物化学作用：经研究证明，催化反应、放射性衰变、细：经研究证明，催化反应、放射性衰变、细菌作用等，均可使烃类的微小颗粒裂解为较简单的化合物菌作用等，均可使烃类的微小颗粒裂解为较简单的化合物,从而增大了体积，在封闭的系统中形成高异常地层压力。从而增大了体积，在封闭的系统中形成高异常地层压
28、力。（3）渗析作用）渗析作用 在粘土或页岩地层两侧的液体的含盐在粘土或页岩地层两侧的液体的含盐浓度不同时，浓度低的液体就会以粘土或页浓度不同时，浓度低的液体就会以粘土或页岩作为半渗透膜，向着浓度高的液体中渗流，岩作为半渗透膜，向着浓度高的液体中渗流，从而产生渗析压力，在封闭的地质环境中，从而产生渗析压力，在封闭的地质环境中，这种渗析压力也是形成高异常地层压力的原这种渗析压力也是形成高异常地层压力的原因。因。(1)成岩作用：蒙脱石的脱水作用成岩作用：蒙脱石的脱水作用 粘土沉积物中的蒙脱石含有大量的晶格层间粘土沉积物中的蒙脱石含有大量的晶格层间水和吸附水，随着粘土埋藏深度不断加大，地层水和吸附水，
29、随着粘土埋藏深度不断加大，地层温度不断升高。当温度升至蒙脱石的脱水门限值温度不断升高。当温度升至蒙脱石的脱水门限值时，蒙脱石将释放出大量的晶格层间水和吸附水，时，蒙脱石将释放出大量的晶格层间水和吸附水，并向伊利石转化。如果上述过程是处于封闭的地并向伊利石转化。如果上述过程是处于封闭的地质条件下，所释放出来的水就在粘土孔隙中积蓄质条件下，所释放出来的水就在粘土孔隙中积蓄起来，从而增加了孔隙流体的压力，使地层具有起来，从而增加了孔隙流体的压力，使地层具有高异常地层压力。高异常地层压力。泥、页岩压实作用泥、页岩压实作用 泥、页岩压实作用：疏泥、页岩压实作用：疏松多孔粘土沉积物在埋藏过松多孔粘土沉积物
30、在埋藏过程中不断被压实，孔隙中的程中不断被压实，孔隙中的流体被排挤出来，这时孔隙流体被排挤出来，这时孔隙体积也随之减小。在上覆沉体积也随之减小。在上覆沉积物连续沉积的情况下，随积物连续沉积的情况下，随粘土埋藏深度增加粘土孔隙粘土埋藏深度增加粘土孔隙度不断减小，直到粘土不再度不断减小，直到粘土不再被压实为止。被压实为止。cze0泥、页岩压实曲线(1)成岩作用：泥、页岩压实作用成岩作用：泥、页岩压实作用 如果上覆沉积物增加的速度与其中如果上覆沉积物增加的速度与其中孔隙内流体被排出的速度协调一致孔隙内流体被排出的速度协调一致属于正常地层压力；属于正常地层压力；而当上覆沉积物增加的速度与其中而当上覆沉
31、积物增加的速度与其中孔隙内的流体被排出的速度不一致孔隙内的流体被排出的速度不一致时，即出现欠压实时，其中的水不时，即出现欠压实时，其中的水不能充分排出，就会出现高异常地层能充分排出，就会出现高异常地层压力。压力。造成欠压实的原因主要是沉积速度造成欠压实的原因主要是沉积速度过快过快,泥岩中的地层水来不及排出泥岩中的地层水来不及排出.在一个盛满水的圆筒中，每隔一定距离安置一块孔板，孔板与孔板之间用弹簧来支撑，孔板筒壁之间接触很严密，水不能通过。孔板模拟岩层的孔渗性，而弹簧则模拟粘土骨架，流体压力P可由筒子上的压力计测量出。圆筒顶部有一加压装置，相对于上覆岩层压力。特察模型当在圆筒顶部施加一负荷S，
32、弹簧因为受压而缩短，孔板将随之而下降。此时水将通过孔板向上流动，其流动的快慢与孔板的渗透性及所加负荷大小有关。如果孔板的渗透性很好，水能从中快速通过，则所加载荷就全部作用在弹簧上，流体压力计上的指针保持在原来的位置，保持正常静水压力。假设孔板的渗透性差，水不能尽快通过孔板，则所加载荷会又一部分由水来承担，流体压力计的读数会升高。但是经过一段时间后，水通过孔板达到平衡状态时，即载荷已经全部作用在弹簧上，流体压力计上的指针又恢复到原来的位置。如果把最上一层孔板换为不渗透的隔板时，水不能被排出，所加载荷将分别由弹簧和水体承受，这时流体承受了较高压力，并不再下降。这种情况相当于砂泥岩剖面中的快速沉积、
33、泥岩排水不畅情况，泥岩保持欠压实状态，其中的流体压力为高异常。若不让水从筒里排出（阶段A），弹簧高度将保持不变，所加负荷S全部由流体所承担，此时有S=P；倘若从筒中放出一些水（阶段B），弹簧将被压缩，圆筒顶部的负荷S，一部分由筒内的流体压力P所承担，一部分则由弹簧来支撑。假设，由弹簧支撑的那一部分力用表示，则有S=P+。水从筒中流出得越多，筒内含水体积越小，则弹簧就压缩得越紧，在总负荷S为定值的情况下，筒内流体所承受的压力也就越小，当圆筒内的水不断被排出直到弹簧不再继续压缩时，便达到压实平衡阶段（阶段C），此时流体压力就为静水压力。蒙脱石的脱水作用与泥、页岩的欠压蒙脱石的脱水作用与泥、页岩的欠
34、压实作用同时出现，实作用同时出现，因为泥、页岩的欠压实作用不仅形成因为泥、页岩的欠压实作用不仅形成高的孔隙度和高异常地层压力，而且也形高的孔隙度和高异常地层压力，而且也形成异常高的地温梯度，因而促进了蒙脱石成异常高的地温梯度，因而促进了蒙脱石的脱水作用。的脱水作用。三、异常地层压力的预测方法三、异常地层压力的预测方法 确定异常地层压力带的层位确定异常地层压力带的层位和顶部深度，计算出异常地层压和顶部深度，计算出异常地层压力值的大小。力值的大小。目前的预测方法均建立在粘目前的预测方法均建立在粘土岩欠压实引起异常地层压力这土岩欠压实引起异常地层压力这一地质背景。一地质背景。与远离高压异常带的，属于
35、正常压实的泥岩、与远离高压异常带的，属于正常压实的泥岩、页岩相比，过渡带的泥岩、页岩由于是欠压实的，页岩相比，过渡带的泥岩、页岩由于是欠压实的，因此，其密度较小，孔隙度较大，其地球物理特性因此，其密度较小，孔隙度较大，其地球物理特性为：电阻率值低、声波时差大。为：电阻率值低、声波时差大。在钻井过程中，当钻入过渡带时，还可能产生在钻井过程中，当钻入过渡带时，还可能产生井喷、井漏、井涌以及钻井参数出现异常等现象。井喷、井漏、井涌以及钻井参数出现异常等现象。人们对过渡带的这些显示进行仔细的观察和研究，人们对过渡带的这些显示进行仔细的观察和研究，便可以预测异常地层压力。便可以预测异常地层压力。国内外在
36、预测砂国内外在预测砂泥岩剖面中的异常地层压力泥岩剖面中的异常地层压力方面，广泛地采用了地球物理勘探、地球物理测井方面，广泛地采用了地球物理勘探、地球物理测井以及钻井地质资料分析法等。以及钻井地质资料分析法等。1地震勘探法地震勘探法 在异常压力的过渡带在异常压力的过渡带,由于泥页岩欠压实，随着埋由于泥页岩欠压实，随着埋藏深度的增加，页岩孔隙度藏深度的增加，页岩孔隙度相对较大，密度相对较小，相对较大，密度相对较小，地震波传播的层速度将偏离地震波传播的层速度将偏离正常压实趋势线向着减小的正常压实趋势线向着减小的方向变化，而地震波传播的方向变化，而地震波传播的旅行时间则向着增加的方向旅行时间则向着增加
37、的方向变化。变化。美国湾岸地区的深度与地震波传播旅行时间的关系曲线 2钻井参数分析法钻井参数分析法（1）钻井速度）钻井速度 在正常压实的砂在正常压实的砂页岩剖面中，由于页岩密页岩剖面中，由于页岩密度随井深的增大而加大，因此，当钻压、转速、度随井深的增大而加大，因此，当钻压、转速、钻头类型以及水力条件一定时，页岩的钻速随井钻头类型以及水力条件一定时，页岩的钻速随井深的增加而减小。但是，当钻入高异常地层压力深的增加而减小。但是，当钻入高异常地层压力过渡带，钻速就立即增大。根据钻速突然加大的过渡带，钻速就立即增大。根据钻速突然加大的现象，可以判定地下可能存在高异常地层压力过现象，可以判定地下可能存在
38、高异常地层压力过渡带。渡带。2钻井参数分析法钻井参数分析法（2）d指数法指数法DPNvd672.0lg054.0lgmwdcdv钻速，m/h；N转速，r/min；P钻压，t；D钻头直径，mm。消除钻井液密度对消除钻井液密度对d指数的影响，可用指数的影响，可用dc指数代替指数代替d指数指数 w正常地层压力的钻井液密度，正常地层压力的钻井液密度，m实际使用的钻井液密度，实际使用的钻井液密度，3地球物理测井方法地球物理测井方法 利用地球物理测井预测异常地层压力利用地球物理测井预测异常地层压力的方法较多，但广泛采用的是电阻率测井、的方法较多，但广泛采用的是电阻率测井、声波测井和体积密度测井。声波测井和
39、体积密度测井。关键：关键：欠压实带泥岩孔隙度偏大欠压实带泥岩孔隙度偏大1.电阻率测井电阻率测井 影响地层电阻率的因素有岩石性质、孔隙度、孔影响地层电阻率的因素有岩石性质、孔隙度、孔隙中所含流体的矿化度、地层温度等隙中所含流体的矿化度、地层温度等。如果岩石为纯页岩，且地层水矿化度一定时，则如果岩石为纯页岩，且地层水矿化度一定时，则地层（页岩）的电阻率主要受孔隙度的影响。在正常地层（页岩）的电阻率主要受孔隙度的影响。在正常压实的情况下，页岩或泥岩的孔隙度随埋藏深度的增压实的情况下，页岩或泥岩的孔隙度随埋藏深度的增加而减小，而电阻率则随埋藏深度的增加而加大。加而减小，而电阻率则随埋藏深度的增加而加大
40、。倘若钻遇高异常地层压力井段，由于孔隙度增倘若钻遇高异常地层压力井段，由于孔隙度增加，其中所含地层水数量增加，因而页岩电阻率必然加，其中所含地层水数量增加，因而页岩电阻率必然朝着电阻率降低的方向偏离正常趋势线。朝着电阻率降低的方向偏离正常趋势线。地层压力预测页岩电阻率比值页岩电阻率比值压力梯度压力梯度关系曲线法关系曲线法 等效深度是指具有相同孔隙度值或者相同有效应力值（即值）的两点的深度。它们的孔隙度或者有效应力相同。压力预测的等效深度法BrrBDGpBHfBDGpBHrfBrBBDGGppArrADGpArAAffApDGpABBHrArfADGGDGpGr：上覆岩层的平均压力梯度 Gh：流
41、体静水压力梯度 上覆岩层的平均压力梯度，一般可取上覆岩层的平均压力梯度，一般可取为为0.0231 流体静水压力梯度，淡水地区取值为流体静水压力梯度，淡水地区取值为0.01 S=P+（2）声波测井法（3）页岩密度测井）页岩密度测井 利用页岩密度测井资料预测异常地层利用页岩密度测井资料预测异常地层压力的基本原理同页岩岩屑录井，其方法压力的基本原理同页岩岩屑录井，其方法同电阻率测井或声波测井。同电阻率测井或声波测井。第三节第三节 地层温度地层温度 含油气区地层温度研究包括两个方面，即古地温研含油气区地层温度研究包括两个方面，即古地温研究和含油气区地温场分布和变化规律的研究究和含油气区地温场分布和变化
42、规律的研究。古地温的研究主要解决古地温与油气生成的关系，古地温的研究主要解决古地温与油气生成的关系，而地温场研究主要解决油、气分布与地层温度的关系而地温场研究主要解决油、气分布与地层温度的关系。本节仅对地温场的研究加以讨论，以便在综合勘探本节仅对地温场的研究加以讨论，以便在综合勘探中有效地利用地温资料。中有效地利用地温资料。地温场研究基本方法，观测含油气区内地温纵横向地温场研究基本方法，观测含油气区内地温纵横向上的变化情况，其目的在于了解含油气区的地温状况，上的变化情况，其目的在于了解含油气区的地温状况，探索地温场与构造和油气的关系，总结适合于油气聚集探索地温场与构造和油气的关系，总结适合于油
43、气聚集的范围和深度，寻找有利地区。的范围和深度，寻找有利地区。一、有关地层温度的概念一、有关地层温度的概念1地壳温度带的划分地壳温度带的划分 地壳浅表温度场从地表向下大致可分为三带，即变温带（外热地壳浅表温度场从地表向下大致可分为三带，即变温带（外热带）、恒温带（中性层）及增温带（内热带）。带）、恒温带（中性层）及增温带（内热带）。（1）变温带是地壳最表层的温度场，主要受太阳辐射的影响而发生日）变温带是地壳最表层的温度场，主要受太阳辐射的影响而发生日变化、月变化、年变化和多年变化。一般情况下，日变温带底面的深变化、月变化、年变化和多年变化。一般情况下，日变温带底面的深度为度为12m，年变温带底
44、面的深度为日变温带底面深度的，年变温带底面的深度为日变温带底面深度的15倍，即倍，即1530m左右。左右。（2）恒温带是地球内热与太阳辐射热的相互影响达到平衡的地带。恒）恒温带是地球内热与太阳辐射热的相互影响达到平衡的地带。恒温带一般很薄，有的可视为一个面。这个带内的温度相对保持恒定，温带一般很薄，有的可视为一个面。这个带内的温度相对保持恒定，常采用变温带底面的深度。常采用变温带底面的深度。（3）增温带的地温状况和温度场主要受制于地球的内热。一般情况下，）增温带的地温状况和温度场主要受制于地球的内热。一般情况下，越向深处，地温越高。但不能将地壳浅部的温度曲线无限延伸，因为越向深处，地温越高。但
45、不能将地壳浅部的温度曲线无限延伸，因为到一定的深度后，增温的速率即逐渐减缓。到一定的深度后，增温的速率即逐渐减缓。2地温梯度与地温级度地温梯度与地温级度 在恒温带之下，地下温度随深度增加而升高。在恒温带之下，地下温度随深度增加而升高。地温随深度的变化率称为地温梯度，它是指埋藏深度每增地温随深度的变化率称为地温梯度，它是指埋藏深度每增加加100m地温所增高的度数。地温所增高的度数。它是表征地下温度状况的一个重要的地质它是表征地下温度状况的一个重要的地质地球物理参数。地球物理参数。地温梯度的计算公式为：地温梯度的计算公式为：式中：式中：地温梯度，地温梯度，C/100m；T深度为深度为H处的地温，处
46、的地温，C；T0平均地面温度或恒温带温度，平均地面温度或恒温带温度，C；H井下测温点深度，井下测温点深度，m；h恒温带的深度，恒温带的深度，m。hHTTGT01000TThHDT地温级度是地温级度是地温每增加地温每增加1 C时深度的增加值。时深度的增加值。1地温测量地温测量 目前国内外常常采用以下两种方法获得地温资料：目前国内外常常采用以下两种方法获得地温资料：（1）关井实测地温）关井实测地温 为了获得真实的地温资料，必须在打开油层的第一批为了获得真实的地温资料，必须在打开油层的第一批探井中实测，这是因为油层未受后来采油和注水的影响，探井中实测，这是因为油层未受后来采油和注水的影响，地温场基本
47、保持原始状态。在测井温之前，将井关闭一段地温场基本保持原始状态。在测井温之前，将井关闭一段时间，待井内流体温度与围岩的原始温度达到平衡后，通时间，待井内流体温度与围岩的原始温度达到平衡后，通过井底最高温度计直接读取地温数据。关井时间的长短应过井底最高温度计直接读取地温数据。关井时间的长短应根据研究区的具体情况来确定。例如恩瓦楚古对尼日尔三根据研究区的具体情况来确定。例如恩瓦楚古对尼日尔三角洲的研究表明，关井角洲的研究表明，关井48h就可以使井内流体温度与围岩温就可以使井内流体温度与围岩温度基本达到平衡，而我国东营地区则需要关井度基本达到平衡，而我国东营地区则需要关井220d左右左右.（2）外推
48、法求地层温度）外推法求地层温度 图图5-24 外推法求静止地层温度外推法求静止地层温度 在难以实现长期关井的地区，在难以实现长期关井的地区，为求真正的地层温度，可以采用为求真正的地层温度，可以采用外推法。外推法。Fertl（1972）提出了利）提出了利用外推法求静止地层温度。用外推法求静止地层温度。把最高温度计下入到井底把最高温度计下入到井底（或研究井深），每隔一段时间（或研究井深），每隔一段时间测测1次温度，当测有次温度，当测有3点以上温度点以上温度数据后，便可绘制井底温度与时数据后，便可绘制井底温度与时间比值的关系曲线。间比值的关系曲线。将直线外推到无限远的时间，将直线外推到无限远的时间，
49、即即lg =1的时间，直线与纵轴交的时间，直线与纵轴交点之井底温度便是静止地层温度。点之井底温度便是静止地层温度。ttt2地温与油气分布的关系地温与油气分布的关系（1）油气生成与地温）油气生成与地温 石油是干酪根在热力作用下转化而成的。石油是干酪根在热力作用下转化而成的。温度太低，不足以使石油生成和运移，温度太温度太低，不足以使石油生成和运移，温度太高，又会使生成的石油遭到破坏，一般认为，高，又会使生成的石油遭到破坏，一般认为，石油生成的温度范围是石油生成的温度范围是60 C150 C。为了评。为了评价烃源层的好坏，既要掌握烃源层当今所处的价烃源层的好坏，既要掌握烃源层当今所处的温度环境，又要
50、了解它在地质历史上所经受过温度环境，又要了解它在地质历史上所经受过的最高温度。的最高温度。（2）油气分布与地温）油气分布与地温 据世界大油田的统计资料。油田分布深度一据世界大油田的统计资料。油田分布深度一般在般在600m5000m，其中绝大多数在，其中绝大多数在3000m以以内，多数为内，多数为1500m3000m。其对应的地温为。其对应的地温为60 C150 C，且大多数不超过，且大多数不超过100 C。由于影响地温的因素很多，不一定有局部地由于影响地温的因素很多，不一定有局部地温异常的地方就有油气聚集，要综合各种条件来温异常的地方就有油气聚集，要综合各种条件来寻找油气田。寻找油气田。地球的
