地层压力基本知识
一、孔隙压力术语
• 静水压力(normal or hydrostatic pressure)
➢斜率(slope)
纯水(1.0g/cm3)：0.433psi/ft 盐水(1.07g/cm3) ：0.465psi/ft 地层水：0.45～0.465psi/ft
1g/cm3 = .433 pst/ft ➢开放系统(open system)
前言
• 针对胜利地质录井公司而言，由于它是一个 集钻前地质设计、随钻地质录井、钻后研究、 解释、评价于一体的综合性服务机构，因而 异常地层压力预测与监测技术贯穿于公司各 个主营环节，搞好这项工作有助于提高地质 设计水平、提高随钻监测精度、提高地质研 究深度、提高解释评价水准，从而提高公司 的整体技术势力，为油气勘探、开发提供更 深入、更准确、更优质的服务。
一、孔隙压力术语
Typical trend curves for resistivity, sonic velocity, and density. Blue curves denote normal compaction trends. Arrows indicate deviations due to overpressure.
前言
• 研究异常地层压力的成因、分布及其与油气藏的形 成及分布之间的关系是成藏动力学的核心内容，是 成藏动力学系统研究和划分的依据。在油气田的滚 动勘探开发过程中，准确的压力预测及细致而系统 的油气层压力分布规律研究，一方面，可以帮助我 们认识和发现新的油气层，对于了解地下油气层的 能量，控制油气层压力变化，并合理地利用油气层 能量以最大限度地采出地下油气具有十分重要的意 义；另一方面，对于做好钻井、地质设计，在施工 过程中保障钻井安全、提高钻探效率、降低钻井成 本及合理保护油气层具有重要的指导意义。
随钻地层压力的预测与评价
王志战
胜利地质录井公司地质研究解释中心
目录
前言 一、孔隙压力术语 二、温压场的划分 三、国内外研究现状 四、异常压力预测的发展趋势 五、异常高压的成因机制
前言
• 异常压力与油气的生成、运移和聚集关系密切。据 Hunt(1990)统计，世界上已发现180个超压盆地，其 中有160多个为富油气盆地，其中多数为超压。在油气 生成方面，异常高压可降低烃源岩的成熟度，延缓烃源 岩热演化的进程，当地层压力超过一定门限时，压力对 成烃有明显的抑制甚至是阻止作用，表现为压力系数与 烃源岩生烃门限深度、石油窗下限深度的正相关。在油 气运移和聚集方面，异常高压具有建设和破坏双重作用： 发育异常高压的泥岩可作为良好的盖层，尤其是作为良 好的区域性盖层，有利于油气成藏；异常高压可以成为 泥岩排水、排烃的动力，产生的裂缝既可作为良好的油 气运移通道，也可能导致油气盖层的破坏，促使油 气重新分布，导致幕式成藏。
In overpressure, fluids are trapped in the pores and bear part of the weight of the overlying solids.
Any pressure over the hydrostatic pressure is overpressure（超压）. The
amount of pore pressure exceeding the hydrostatic line.
Effective stress（有效应力） is the amount of overburden stress that is
supported by the rock grains.
Depth
异常高压发生在静岩 压力梯度线和清水静 压梯度线之间的区域
静岩压力的性质
• 决定静岩压力的三个变量
★ 与盐度有关的地层水密度 ★ 各种岩性的净厚度 ★ 各种岩性的孔隙度 PG=[岩柱的重量]+[水柱的重量] PG=[ρm×（1-φ）×d]+[ρw×φ×d]
静岩压力梯度的变化原因
★ 岩石体积密度随压实作用的增大而增加 ★ 地层水密度的增加（溶解在水中的固体总量（TDS)
一、孔隙压力术语
• Another concept implied in the figure is that pore pressure does not reach overburden stress. As pore pressure approaches overburden stress, fractures in the rock open and release fluids and pressures.
a质
压力值随深度而增加 • 压力变化率只依赖于水的密度变化 • 代表压力增加最大速率的方向向量是垂
直的 • 压力—深度的关系与流体容器的形状完
全无关
一、孔隙压力术语
• 上覆应力/静岩压力/地静压力（overburden stress)
➢固体+流体
美国海湾盆地水饱和的沉积 岩密度为2.3g/cm3，静岩压 力梯度为：.433psi/ft×2.3g /cm3=1.0psi/ft
一、孔隙压力术语
Cross-section of hypothetical reservoir unit. In the absence of fluid flow, the difference in pore pressure between points A and B is simply the weight of the fluid in the vertical reservoir column.
随深度而增加
一、孔隙压力术语
• 孔隙压力（pore pressure）
The “pore pressure” is the pressure of the fluid in thePproersesusrpeace of the rock.
The point at which pore pressures exceed hydrostatic pressures is the “top of overpressures.”
地层压力专业知识
使用c指数法旳注意事项
泥浆密度旳拟定.在计算c 指数和地层压力 时,应采用井底压力当量泥浆密度. 钻遇压力过渡带时,为防止不久钻遇高压过 渡带,往往把vh钻压转K速e P降N低,已达到减慢钻速 旳目旳.在这种情况下,用' c指a 数法监测地层 压力需要对机械钻速加以校正,修正公式如 下: 当泥浆密度较底时,c值对地层压力变化很 敏感,只要地层压力稍有变化,C值变化很大.
1.声波测井法
地层声波时差与孔隙度旳关系
t tma
t f tma
式中 φ-- 岩石孔隙度,%；
Δt--岩层声波时差测量值，μs/m； Δtma --岩层骨架声波时差，μs/m；
Δtf--岩层孔隙中旳流体声波时
差,μs/m 。
地层声波时差与孔隙度在正常压实旳地层 中旳相同公式：
t t0ecH
式中 A--系数； W--井底压力,KN； N--转速,r/min； R--钻速,m/h； ΔBBLSTiP--t-h----钻钻井-地头头底层直类压岩径型差性；,,mM；；pa； HEyfdf----水钻利头原磨因损；原因。
(2)对公式可作进一步简化得
RS
A
W N R (Bs )r3
(
Ed
)
r1
岩石强度法 dc 指数法预测值一实测值对比
实测压力梯
岩石强度法
Dc 指数法
度当量密度 压力梯度
误差 压力梯度 误差
(g/cm3)
(g/cm3)
(%)
(g/cm3)
(%)
1.56
1.59
1.92
1.46
6.41
1.83
1.86
1.64
1.61
12.02
1.81
第5章 地层压力和地层温度
ρ—流体密度，。
四、原始地层压力的来源
1. 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 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。
2. 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 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：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。 4. 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； 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。 5. 地温：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。
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：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 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。
• 温度增加还可以引起岩石中流体相态的变化，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 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。
三、折算压力
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 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 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 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。
地层压力
地层压力(formation pressure)是指由于沉积物的压实作用，地层中孔隙流体(油、气、水)所承受的压力，又称之孔隙流体压力(pore fluid pressure)或孔隙压力(pore pressure)。
正常压实情况下，孔隙流体压力与静水压力一致，其大小取决于流体的密度和液柱的垂直高度，凡是偏离静水压力的流体压力即称之为异常地层压力(abnormal pres．sure)，简称异常压力。
孔隙流体压力低于静水压力时称为异常低压或欠压，这种现象主要发现于某些致密气层砂岩和遭受较强烈剥蚀的盆地。
孔隙流体压力高于静水压力时称为异常高压或超压，其上限为地层破裂压力(相当于最小水平应力)，可接近甚至达到上覆地层压力。
地层压力分类常用的指标是地层压力梯度(单位长度内随深度的地层压力增量，单位为MPa／km)和压力系数(实际地层压力与静水压力之比)。
本文来自: 博研石油论坛详细出处参考/thread-27166-1-5-1.html压力系数：指实测地层压力与同深度静水压力之比值。
压力系数是衡量地层压力是否正常的一个指标。
压力系数为0.8~1.2为正常压力，大于1.2称高压异常，低于0.8为低压异常。
摘自《油气田开发常用名词解释》压力梯度：首先理解什么是梯度：假设体系中某处的物理参数(如温度、速度、浓度等)为w，在与其垂直距离的dy处该参数为w+dw，则其变化称为该物理参数的梯度，也即该物理参数的变化率。
如果参数为速度、浓度或温度，则分别称为速度梯度、浓度梯度或温度梯度。
当涉及到压力的变化率时，即为压力梯度。
区别之处就在于，压力系数为衡量地层压力是否正常的一个指标，压力梯度为压力的变化率。
压力系数就是实际地层压力与同深度静水压力之比。
压力梯度即地层压力随深度的变化率。
地层的压力系数等于从地面算起，地层深度每增加10米时压力的增量。
压力梯度是指地层压力随地层深度的变化率。
储集层的基本特征是具孔隙性和渗透性，其孔隙渗透性的好坏、分布规律是控制地下油气分布状况、油气储量及产量的主要因素。
地层压力和深度的关系
地层压力和深度的关系
地层压力和深度之间存在着密切的关系，这种关系主要受到地
球内部岩石的重力和地表以上的岩石层的压力所影响。
首先，随着深度的增加，地下岩石受到的上方岩石和地球自身
重力的作用会逐渐增大，从而导致地层压力的增加。
这是因为地球
内部岩石的重力会随着深度的增加而逐渐增大，使得下方的岩石承
受着来自上方岩石和地球自身的重力作用，从而产生了地层压力。
其次，地层压力还受到地表以上的岩石层的压力所影响。
随着
地表以上岩石层的厚度增加，其对下方岩石的挤压作用也会增大，
从而使得地层压力随着深度的增加而增大。
此外，地下水的存在也会对地层压力产生影响。
当地下水位上
升时，地下水的重量会增加地层的压力，从而导致地层压力的增加。
总的来说，地层压力和深度之间的关系是一个复杂的物理过程，受到地球内部岩石重力、地表以上岩石层厚度和地下水位等多种因
素的影响。
深入了解地层压力和深度之间的关系对于地质勘探和地
下工程具有重要意义。
地层压力检测技术知识讲解
(3)Sigmalog法 ①简介： Sigmalog法是1984年，美国AGP公司开发的一种
地层压力检测方法。此法克服了因井径、参数变化、岩 性等因素对检测精度的影响。较适合4000m以上的深井。
②原理：利用欠压实地层岩石强度不按压实规律变化的特 性检测地层压力。
岩石强度公式： （未考虑钻井液及地层流体的影响）
a、加岩屑于钻井液密度秤钻井液杯中，加盖后，使游 码指示读数为1g/cm³。 b、加清水充满钻井液杯，加盖后测定密度值ρT
c、计算页岩密度值ρsh=1/（2- ρT ） e、列表作H- ρsh关系曲线
ρsh
H
f、用标准透明密度图版覆盖于 H- ρsh图上，使图版的正常 地层压力当量钻井液密度线与H- ρsh上的正常密度趋势
② dc指数方程： dc=
㏒（0.0547R/N） ρn
㏒（0.0673W/D） ρm
式中：R---机械钻速 m/h
N---转速
r/min
W---钻压 KN
D---钻头直径 mm
ρn—该地区地层流体密度
ρm—钻井液密度
③dc指数方程中各参数录取原则： a、在钻速慢的地层中，可按1.5-3m录取； b、在钻速快的地层中，可按7.5或15m录取； c、求dc指数时，各参数的录取必须在泥页岩井段，其它岩 层的参数不能用。 ④数据处理
求出岩石总强度（σt）¹⁄² 通过（σr） ¹⁄²=aH/1000+b，求该深度在正常趋势线上
所对应的岩石强度（σr） ¹⁄² 设Y=（σr） ¹⁄²/（σt）¹⁄²
则地层压力梯度为： Gp=Gm- [ 20（1-Y）]/ [nY （2-Y）H ] 式中： Gm---钻井液压力梯度 100kpa/m n=3.25/ [640 （σt）¹⁄²] 当 (（σt）¹⁄²≤1)时 n=(1/640 ) [4-0.79/（σt）¹⁄²]当(（σt）¹⁄²＞1)时
3第一章 钻井工程地质条件—压力
p 2. 上覆岩层压力： o 上覆岩层压力：
3. 基岩应力： 基岩应力： 4. 地层压力
=
= ∫0 0.00981 o (D)dD ρ
D
Po = P p + σ
正常地层压力： 正常地层压力：Pp=Ph=0.00981ρh1，水力学开启系统 异常高压： 异常高压： pp=po-σ＞ph，水力学封闭系统 ＞
在地层的沉积过程中，随着上覆沉积物不断增多，地层逐渐被压实，孔 隙度减小。如果地层是可渗透的、连通的，地层中流体的流动不受限制（称 之为水力学开启系统），地层孔隙中的流体则随着地层的压实被排挤出去， 建立起静液压力条件。 在地层被不渗透的围栅包围，流体被圈闭在地层的孔隙空间内不能自由 流通（称之为水力学封闭系统）的条件下，随着地层的不断沉积，上覆岩层 压力逐渐增大，而圈闭在地层孔隙内的流体排不出去，必然承受部分上覆岩 层重力。结果是地层流体压力升高，地层得不到正常压实，孔隙度相对增大， 岩石密度相对减小，基岩应力相对降低。这种作用称为欠压实作用 欠压实作用。 欠压实作用
p p = 0.00981 ρ p D
注意： 注意：声波时差不仅与地层孔隙度有关，而且受岩石弹性、地层流 体性质、钻井液性能、测井误差等因素的影响，因此预测结果存 在一定的误差。
第一章 钻井的工程地质条件
上节小结
第一节 地下压力特性
一、地下各种压力的概念
1. 静液压力： ph=0.00981ρhl 静液压力： ρh
第一节 地下压力特性
3. 地层压力的计算方法
经验图版法、经验公式法 当量（等效）深度法 经验公式法、当量 等效） 经验公式法 当量（ （1）经验公式法 ）
ρ
p
=ρ
正常地层压力当量密度
正常地层压力当量密度
地层压力是指地下岩石受到的压力，它是由岩石的重量和上面
的地层所施加的压力组成的。
正常地层压力是指在没有外部影响的
情况下，地层处于平衡状态时所受到的压力。
当地层处于正常状态时，压力会随着深度的增加而增加，这是由于上面的岩石重量和地
层本身的重量所导致的。
正常地层压力的大小取决于地层的深度、
岩石的密度和重力加速度等因素。
当量密度是指岩石的密度与地层压力的乘积，它反映了岩石在
地层中所受到的压力对岩石密度的影响。
当量密度可以用来描述岩
石在地下深部的物理性质，它是岩石力学性质的重要参数之一。
当
量密度的大小取决于岩石的实际密度和地层压力，通常以兆帕（MPa）或千克/立方米（kg/m³）为单位。
在实际地质勘探和工程中，正常地层压力和当量密度的准确计
算对于油气勘探、地质灾害防治、地下工程等方面具有重要意义。
通过对正常地层压力和当量密度的研究和分析，可以更好地了解地
下岩石的物理性质，为工程设计和施工提供科学依据。
因此，对于
正常地层压力和当量密度的研究具有重要的理论和实际意义。
地层压力和抗压的关系
地层压力和抗压的关系
在石油工业中，常用压力表示物体单位面积上所受的垂直力，即物理学上的压强。
由此可见，压力与力和面积有关。
压力的基本单位是帕，符号是Pa。
1Pa是1m²面积上受到1N 的垂直力时所形成的压力。
即1 Pa=1 N/m²。
在正常情况下，地下某一深度的地层压力等于地层流体作用于该处的静液压力，这个压力就是由某深度以上地层流体静液压力所形成的。
若地层水为淡水，则密度为1.00g/cm³；若地层水为盐水，则密度随地层水的含盐量而变化；正常地层压力盐水是常见的地层流体，密度大约为1.07g/cm³；地层压力梯度大约是10.496kPa/m。
属于正常压力梯度范围，将深度乘以10.496kPa/m即可求得含盐水地层中的压力。
如所有静液压力计算一样，对斜井井深必须用垂直井深。
在我国正常地层压力的范围是9.8~10.496kPa/m或1.0~1.07g/cm³。
地层中某点的正常地层压力等于该点地层水的静液压力。
当作用在地层上的压力达到地层破裂压力时，会使地层原有的裂缝扩大延伸或使无裂缝的地层产生裂缝。
从井下作业安全方面讲，地层破裂压力越大，地层抗破裂强度就越大，越不容易被压漏，作业越安全。
地层压力当量密度
地层压力当量密度（最新版）目录1.地层压力当量密度的定义2.地层压力当量密度的计算方法3.地层压力当量密度的应用4.示例：计算地层压力当量密度正文地层压力当量密度是指将地层压力转换为等效的钻井液密度。
地层压力是指作用在岩石孔隙内流体（油、气、水）上的压力，也称为地层孔隙压力。
地层压力大小与沉积环境有关。
地层压力当量密度是一个重要的参数，因为它可以帮助工程师在钻井过程中选择合适的钻井液密度，以平衡地层压力，防止井漏和井涌等事故的发生。
地层压力当量密度的计算方法主要包括以下步骤：1.确定地层压力：通过测量井深和地层压力系数，可以计算出地层压力。
地层压力系数是一个比值，是地层压力与静液压力之比。
用公式表示为：地层压力系数 = 地层压力 / 静液压力。
2.确定静液压力：静液压力是由液柱重量引起的压力，它的大小与液体密度和垂直高度有关。
在钻井过程中，静液压力可以通过测量钻井液的密度和井深来计算。
3.计算地层压力当量密度：地层压力当量密度 = 地层压力 / 静液压力。
将地层压力和静液压力代入公式，即可计算出地层压力当量密度。
下面是一个示例，计算地层压力当量密度：已知地层压力为 25MPa，井深为 2000m，钻井液密度为 1.276 g/cm。
首先，计算静液压力：静液压力 = 钻井液密度 * 重力加速度 * 井深 =1.276 g/cm * 9.81 m/s * 2000 m = 259.82000 MPa。
然后，计算地层压力当量密度：地层压力当量密度 = 地层压力 / 静液压力 = 25 MPa / 259.82000 MPa = 1.276 g/cm。
地层压力当量密度的应用主要体现在钻井过程中。
在钻井过程中，为了防止井漏和井涌等事故的发生，需要选择合适的钻井液密度。
钻井液密度的选择要根据地层压力当量密度、钻井液的密度、井深等因素综合考虑。
地层压力和温度
一个具有统一水动力系统的油气藏， 其压力梯度值是一个常数，即地层压 力随油气层埋藏深度而呈直线增加。 当实测得到具不同海拔高度的原始地 层压力时，作压力随海拔高度变化的 关系曲线。对新井，只要准确测得其 深度，便可得该井的原始地层压力。
（一）原始油层压力
2、原始油层压力的确定方法 （3）计算法
压力（PH）的比值。
p
fH
1 p
正常地层压力 >1: 高压异常
1 p 异常地层压力 <1：低压异常
二、异常地层压力研究
（一）异常地层压力的概念 ② 压力梯度法：
用压力梯度GP来表示异常地层压力的大小。 GP = 0.01MPa/m: 正常地层压力 GP > 0.01MPa/m: 高异常地层压力 GP < 0.01MPa/m: 低异常地层压力
井底流动压力（井底流压）：油井生产时测得的井底压 力称为井底流压。它代表井口剩余压力与井筒内液柱重 量对井底产生的回压。用Pb表示。
油井生产时，井底流压Pb小于油层静止压力Ps，油层 中的流体正是在该压差的作用下流入到井筒。
（二）目前油层压力 1、目前油层压力及其分布 （1）单井生产时油层静止压力的分布
（二）目前油层压力
2、油层静止压力等压图的编制与应用 1）编制：
为了准确地绘制油层静止压力 等压图，需定期测得油井和水井 的油层静止压力。比较好的办法 是在油井中定期测压力恢复曲线， 而在水井中测压力降落曲线。
绘制某一时刻的等压图，不同 时期的压力值应该换算为同一作 图时期的压力值。换算时多采用 油藏平均压力递减曲线法。
（二）目前油层压力
1、目前油层压力及其分布
（2）多井生产时油层静止压力的分布