第5章 地层压力和地层温度分析

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 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。 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。
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103Kg/m3和0.85×103Kg/m3， 天然气对空气的相对密度为0.78，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 系。
油气田开发地质学
Development Geology of Oil and Gas Fields
第五章
地层压力和地层温度
第五章 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
• 开发：能量（自喷、注水）、连通性、储 层改造 • 钻井：泥浆、井身结构
• 常用压力系数或压力梯度来表示 异常地层压力的大小。
• 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。
压力系数为1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1时，则为异常地层压力。 当压力系数大于1时，称为高异常地层压力，或称为超压；当 压力系数小于1时，称为低异常地层压力。


3．地层压力（Formation pressurቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)
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。 常用Pf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。
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 被钻开并投入开采，原来油气层内压力的 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， 油气层内的流体就会流向井底，甚至会强 烈地喷出地面。 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。
hg 1 106 hgo o g PO Pg 1 106 o g g
PW PO 1106 ho o g 1106 how ho w g
1 106 how w g PW PO ho 1 106 w o g
一、概念
• 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 常地层压力，是指地层压力等于 从地表到目的层中部的静水柱压 力。 • 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 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 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。
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 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
封闭性。
二、异常地层压力的形成机理
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 成岩作用 热力作用 生物化学作用 渗析作用 构造作用 古压力 高水头供水区 油气水密度差异
P P井口 e
1井：5.88MPa 5井：3.92MPa 4井：8.82MPa 2井：6.17MPa
2井：6.02MPa
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。 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 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 越悬殊。
4. 压力梯度和压力系数
• 压力梯度是指每增加单位深度所增加的压力值， 单位为MPa/m。 • 相应地有液柱静压力梯度、上覆岩层压力梯度 和地层压力梯度。 • 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。
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 开采时的地层压力。
三、折算压力
在油气藏开发过程中，为了正确掌握油层压力 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。
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。
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。
• 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。 • 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 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 产层中部压力获得。
流动压力与生产压差
在正常生产条件下，井底所具有的回 压称为流动压力。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。
P P 110 H S g
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 低的地方流动。 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 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 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；
五、利用原始地层压力预测气—水、 油—水界面
hg 1 10 hgw w g PW Pg
6
1 10 g w g
6
Pw Pg 110 hg g g 110 hgw hg w g
6 6
PO Pg 1106 hg g g 1106 hgo hg o g
2. 上覆岩层压力
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 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 而加大，也与岩层及其孔隙空间流体的密 度大小有关。 6
Pr 110 H r g
6
Pr 110 H 1 ma f g
授课内容
第一节 原始地层压力及其在油气藏中的分布 第二节 异常地层压力 第三节 地层温度
第一节 原始地层压力 Initial formation pressure
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
三、折算压力
四、原始地层压力的来源
五、利用原始地层压力预测气-水、油-水界面
1井：5.88MPa 5井：3.92MPa 4井：8.82MPa 2井：6.17MPa
3井：6.02MPa
2井钻过油层，油层中部海拔与1井相同也是-500m。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—水界面海拔为700m，则油—水界面压力应为7.84MPa。因2井产层中部至油水界面处的油柱 高度为-500-（-700）=200m，于是2井原始地层压力为7.84-1.67=6.17MPa。 3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 5.67MPa。 1.29310 4 g H
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 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 用密度为1.0×103 Kg/m3的淡水来计算静水压力，而把异常 定义在一定的范围之内。 如压力系数在0.90～1.20范围之内可称为正常压力；压 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 则泛指压力系数小于0.90者。
折算压头（m）
• 折算压头是指井内静液 面距某一折算基准面的 垂直高度。 • 折算基准面可以是海平 面，或原始油水（或油 气）界面，或任意水平 面。
l hLH
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。
折算压力
• 由折算压头产生的压力，可利用静液柱压力公式 导出。 6 fL 折
一、有关地层压力的基本概念
1. 液柱静压力 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。 液柱静压力的大小与流体密度和液柱的高度有 关，而与液柱的形状和大小无关。
P 110 Hg
6
式中：Ｐ－液柱静压力，MPa＝106Pa； －流体密度，Kg/m３； g －重力加速度，9.8m/s2； H－液柱高度，ｍ。 100m水柱的压力？？