地层压力基本知识.ppt
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1、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
2、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。,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。,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
3、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。,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
4、.07g/cm3):0.465psi/ft 地层水:0.450.465psi/ft 1g/cm3=.433 pst/ft开放系统(open system),a column of water,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,静水压力的性质,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/ft2.3g/cm3=1.0psi/ft,异常高压发生在静岩压力梯度线和清水静压梯度线之
5、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=m(1-)d+wd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)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 the pore space of the rock.,The point at which pore pressures exceed hydrostat
6、ic pressures is the“top ofoverpressures.”,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 amoun
7、t of overburden stress that is supported by the rock grains.,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.,一、孔隙压力术语,一、孔隙压力术语,Typical trend curves
8、for resistivity,sonic velocity,and density.Blue curves denote normal compaction trends.Arrows indicate deviations due to overpressure.,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
9、 fluid in the vertical reservoir column.,一、孔隙压力术语,一、孔隙压力术语,压力梯度(Pressure gradients),A local pressure gradient defines how pressure varies over small depth ranges.At the smallest scale,it equals the slope of a pressure versus depth curve.The most basic pressure gradient that we use is equivalent mud
10、weight(EMW).,Pressure profile for hypothetical reservoir unit,一、孔隙压力术语,Its utility is that for any depth below the surface,we can derive the pressure of the borehole fluids by drawing a line from the origin through the appropriate mud weight to the depth and get the pressure for that depth.,Pressure
11、 plotted against depth with mud weight scale added,1 lb/gal=.0519 psi/ft,静水压力梯度的性质,控制流体密度的因素 温度 压力 流体成分(包括溶解气和固体)流体相态气体或液体流体密度和梯度变化范围,*气体=84.3%C1+14.4%C2+0.5%CO2+0.8%N2,一、孔隙压力术语,Diagram illustrating pore pressure between hydrostatic gradient and fracture gradient,一、孔隙压力术语,Using mud weight changes pr
12、essure axis to gradient axis.This is the view preferred by drillers.,一、孔隙压力术语,Casing points and mud weight profile for hypothetical situation,一、孔隙压力术语,质心(centroid)Because overpressure of a sand is constant,pore pressure must follow a hydrostatic gradient.Shale pore pressure does not.The sand acts as
13、 a conduit to transfer pressures updip.At depth shale pore pressures exceed sand pore pressures but shallow sand pore pressures exceed shale pore pressures.The centroid is the depth at which sand and shale pore pressures are equal.The value of the centroid concept is that it emphasizes the differenc
14、e between sand and shale pore pressures.Most pore-pressure prediction techniques emphasize shale properties such as velocity and resistivity but do not address this essential mismatch of the shale and sand pore pressures.This concept also points out that sands provide a mechanism for vertical and la
15、teral transfer of pressures.As basins subside and dewater,the sands provide the mechanism for fluid escape including hydrocarbons.,一、孔隙压力术语,Simple illustration of lateral transfer when one side of a basin subsides and fills with shale.Overburden in the subsided portion is higher and,if burial is suf
16、ficiently fast that the shale cant dewater quickly enough,it becomes overpressured.This is known as disequilibrium compaction.,二、温压场的划分,压力场 压力系数(pressure coefficient)是地层某处的地层压力相对于该点正常压力的偏离程度,是该点实际地层压力和静水压力的比值,无量纲。地层压力系数消除了深度对压力场评价的影响,是压力场划分的首选参数。结合济阳坳陷的实际情况,根据压力系数(Pc)的大小将济阳坳陷的压力场划分为高压(Pc1.2)、常压(0.9P
17、c1.2)和低压(Pc0.9),二、温压场的划分,地温场地温场是指某一地质空间内的地温变化特征及热量释放情况,通常主要用地温梯度及大地热流值等参数来描述,它们在地层中的直接反映就是地层温度。地温异常反映了某深度的地层温度相对于该深度的区域地温背景值的偏离程度,用该点的测温值与区域背景值的差值表示。t=T-kZ结合研究区的实际情况,根据地温异常可以把济阳坳陷地温场分为高温区(t4)、常温区(-4 t4)和低温区(t-4),温压系统地温场与地压场的耦合,a.单一型温压系统 b.高压型复式温压系统 c.低压型复式温压系统,温压系统地温场与地压场的耦合,-4 0 4,1.21.00.9,压力系数,地温
18、异常(),济阳坳陷温压系统平面分区标准,三、国内外研究现状,国外研究现状自1951年Dickinson首次明确提出异常压力在油气地质研究及勘探中的意义以来,异常地层压力的研究取得了重大进展。Hunt在1990年提出的“异常流体压力封存箱”的概念,进一步推动和深化了不同压力系统与油气分布关系的研究,出版了大量专著和论文,成为动态分析盆地内油气成藏过程的一项重要技术。,国外研究现状,异常地层压力的成因研究 异常压力的成因研究是异常压力体系研究的基础,这方面的代表作有Studies in abnormal pressures(Developments in petroleum science 38)
19、、Origin and prediction of abnormal formation pressures(Developments in petroleum science 50,2002)。国外将异常高压的产生机制归结为:泥岩欠压实;构造活动(断层、褶皱、侧滑或平移、来自断层下降盘的挤压、盐丘或泥岩底辟运动、地震);生长断层;压力传递;水热增温;有机质降解;气体运移;渗透作用;密度差异(浮力作用)。这些成因可按性质分为物理的、化学的;或按作用过程分为有效应力成因的和流体扩张成因的。异常低压来源于:永冻土退化;气藏内气的快速泄露;温度降低;天然气水合物的形成;由于剥蚀或冰盖消失导致上覆岩层
20、的压力降低,从而引起岩石体积的膨胀。,国外研究现状,异常压力的分布研究 在世界油气勘探过程中,各个大陆都钻遇到异常地层压力。异常压力可发生在浅至地下数百米,或超过六、七千米的深度中。可存在于碎屑岩、厚层蒸发岩和碳酸盐岩地层中。可分布于区域范围或极有限的范围。可分布于前寒武系更新世地层。北美地区已发现的深盆气藏气层压力总是低于区域静水压力或高于区域静水压力,等于区域性静水压力的情况较少。阿尔伯达盆地、圣胡安盆地和丹佛盆地的白垩系深盆气藏多具异常低压特征,大绿河盆地、皮申斯盆地和尤因塔盆地的白垩系第三系深盆气藏多具异常高压特征。,国外研究现状,异常压力对储层物性的影响位于异常高压带的储层孔隙度通常
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