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油氣田地下地質學 第七章 地層壓力與地層溫度_圖文

油氣田地下地質學   第七章 地層壓力與地層溫度_圖文

油氣田地下地質學

第七章

地層壓力和地層溫度

地層壓力、地層溫度是油氣田開發的能量和基礎參 數,對合理開發油田具有十分重要的意義,決定著: 油/氣等流體的性質; 開發方式; 最終采收率。

第一節 第二節 第三節

地層壓力 地層溫度

★ ★

油氣藏驅動類型

油氣田地下地質學

第一節

地層壓力

一、有關地層壓力的概念
二、異常地層壓力研究

三、油層壓力研究

第一節

地層壓力
★★

油氣田地下地質學

一、有關地層壓力的概念

1、靜水壓力--指由靜水柱造成的壓力。

PH ? H? w g


PH--靜水壓力,Pa; ρW--水的密度,kg/m3; H--靜水柱高度,m; g--重力加速度,9.8m/s2。

1帕=1牛頓/米2(10達因/厘米2) 105 Pa ≈ 1atm

油氣田地下地質學

2、上覆巖層壓力
壓力。



--指上覆巖石骨架和孔隙空間流體總重量所引起的

Pr ? H? r g ? H (?? f ? (1 ? ?) ? ma ) g
Pr--上覆巖層壓力,Pa; H --上覆巖層的垂直高度,m; ρr--上覆沉積物總平均密度,kg/m3; g--重力加速度,9.8m/s2; Φ--巖層平均孔隙度,小數; ρf--孔隙中流體平均密度,kg/m3; ρma--巖層骨架平均密度,kg/m3。

油氣田地下地質學

3、地層壓力--作用于巖層孔隙空間內流體上的壓力!
又稱孔隙流體壓力,常用Pf 表示。

含油氣區內,地層壓力被稱為油層壓力或氣層壓力。

4、壓力系數
--實測地層壓力(pf)與同一地層深度 靜水壓力(pH)的比值。 ★

pf ?p ? pH

5、壓力梯度--每增加單位深度所增加的壓力,Pa/m。
如:上覆巖層壓力梯度、靜水壓力梯度

油氣田地下地質學

6、地層壓力的來源
● ●

--主要有2個來源:

地層孔隙空間內地層水重量產生的水柱壓力--靜水壓力。

上覆巖層重量產生的巖石壓力--地靜壓力:
地層與地表連通時: 地靜壓力僅由巖石顆粒 質點承擔,靜水壓力與 地靜壓力無關。


地層封閉條件下:地靜 壓力由組成巖石的顆粒質 點和巖石孔隙中的流體共 同承擔。


勘探開發中,把油層中流體所承受的所有壓力統稱為油 層壓力。一般情況下,油層壓力與地靜壓力關系不大。


油氣田地下地質學

二、異常地層壓力研究
研究和預測壓力異常的意義:對認識油層能量特征,評 價油氣藏形成條件,指導安全生產、保護油氣層等極為重要
(鉆遇壓力異常低時易產生井漏;鉆遇壓力異常高時易產生井噴)。

(一) 異常地層壓力的概念
異常地層壓力--偏離靜水柱壓力的地層孔隙流體壓力。
或稱為壓力異常。
★★

表示方法:常用壓力系數或壓力梯度來表示。

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壓力系數--指實測地層壓力(Pf)與同一深度
靜水壓力PH的比值,可用αP來表示:



PH αp=1,屬正常地層壓力; ▲ αP>1,稱為高異常地層壓力,或稱高壓異常; ▲ αP<1,稱為低異常地層壓力,或稱低壓異常。
壓力梯度GP表示異常地層壓力的大。 ▲ GP =0.01MPa/m時,屬正常地層壓力; ▲ GP >0.01MPa/m時,屬高異常地層壓力; ▲ GP <0.01MPa/m時,屬低異常地層壓力。

?P ?

Pf

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(二) 異常地層壓力預測方法


預測異常地層 壓力的任務

▲ ▲

確定異常壓力帶的層位和頂部深度 計算出異常地層壓力值的大小

異常地層壓力部位特點:(異常)高壓油氣層周圍的泥、 頁巖層處于從異常壓力到正常壓力過渡帶上,該過渡帶 的泥、頁巖由于欠壓實而具有某些特征:

過渡帶巖石密度較小、 鉆入過渡帶時,可能產生 孔隙度較大→電阻率低、 井噴、井漏、井涌以及鉆井 聲波時差大。 參數出現異常等現象。

油氣田地下地質學

異常地層壓力預測方法:
--預測砂/泥巖剖面異常地層壓力方法

1、地球物理勘探方法



地震波傳播速度--層速度偏離正常壓實趨勢線;

2、鉆井地質資料分析法
3、地球物理測井方法

★★
★★

頁巖密度測井--密度向降低方向偏離正常趨勢線; 電阻率測井--電阻率向降低方向偏離正常趨勢線; 聲波測井--傳播時間向增加方向偏離正常趨勢線。

油氣田地下地質學

異常地層壓力預測方法:
--預測砂/泥巖剖面異常地層壓力方法

1、地震勘探法
地震波傳播速度(層速度)或旅行時間與巖石密度密切相關


正常壓實情況下:泥巖、頁巖密度隨埋深增加而增加 --隨埋深增加,層速度加大,旅行時間減小。



異常壓力過渡帶:由于頁巖欠壓實,頁巖孔隙度增

大,密度減小,地震波傳播的層速度將偏離正常壓實 趨勢線向著減小的方向變化,地震波傳播旅行時間向 著增加的方向變化。

油氣田地下地質學

在尚未鉆探地區,利用地震勘探: ※ 可確定異常壓力過渡帶的 層位與頂部位置, ※ 獲得鉆探目的層的壓力數據, 為探井設計提供依據。
圖為美國灣岸地區的深度與旅

行時間關系曲線。約在3352.8m 深處,旅行時間偏離正常壓實趨
勢線而突然劇增--該深度為高異

常壓力過渡帶頂部位置。
深度與地震波旅行時間關系曲線
(據Pennebaker,1968)

油氣田地下地質學

異常地層壓力預測方法
2、鉆井資料分析法
鉆井速度、 d指數、返出鉆井液溫度、頁巖巖屑密度

⑴ 鉆井速度
在正常壓實的砂、頁巖剖面中,當鉆壓、轉速、鉆頭類 型以及水力條件一定時,頁巖的鉆速隨井深增加而減小。

鉆入高異常地層壓力過渡帶,鉆速立即增大。根據該

現象可判定地下存在高異常地層壓力過渡帶。

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⑵ d 指數
影響鉆速的因素較多,為了較準確反映鉆速與高異常地 層壓力間的關系,必須消除其他因素對鉆速的影響。 Jorden和Shirley(1966)提出用d指數替代鉆井速度

(d指數是用來標定鉆進速度的)
d指數計算公式:

N d? P lg 0.672 D

lg 0.054

?m

υm--鉆速,m/h
N--轉速,r/min P--鉆壓,t D--鉆頭直徑,mm

油氣田地下地質學

為了消除鉆井液密度對d指數的影響,可用dc指數代 替d指數,其間關系為:

?1 dc ? d ? ?2
● ●

ρl--正常地層壓力下鉆井液密度 ρ2--實際使用的鉆井液密度

正常壓實情況下: 深度↑, d(dc)指數↑。 鉆遇高壓異常過渡帶時,深度↑,d(dc)指數↓

偏離正常壓實趨勢線。
→ 繪制研究井的d(dc)指數與深度關系曲線, 可預測過渡帶的頂部位置和異常地層壓力。

油氣田地下地質學

右圖為同一口井
的d指數--深度、dc 指數--深度關系曲 線:高異常地層壓 力過渡帶頂面位置

約在2652m處。

d指數與dc指數曲線對比

由于dc指數消除了鉆井液密度的影響, dc指數比d指數
更能清楚地反映出高異常地層壓力過渡帶的存在。

油氣田地下地質學

2、地球物理測井法預測異常地層壓力
⑶ 返出鉆井液溫度--異常高壓帶常伴有異常高溫帶出現
在鉆遇高異常地層壓

力過渡帶時,地層溫度遠
遠超過了正常情況,鉆井 液出口的鉆井液溫度突然 增高,該現象可判斷鉆遇 高異常地層壓力過渡帶。
返出鉆井液溫度與井深關系曲線
(據Wilson和Bush,1973)

油氣田地下地質學

鉆井資料預測異常地層壓力
⑷ 頁巖巖屑密度
在異常高壓過渡帶,欠壓實→ 頁巖巖屑的密度急劇變小而偏離 正常壓實趨勢線。 該方法簡便、見效快、精度高


4114.8m

注意,當頁巖中含有大量碳酸

鹽礦物和重礦物時,將影響解釋 精度,所以,應當對碳酸鹽礦物 和重礦物的含量進行校正。
頁巖巖屑密度與井深關系曲線

油氣田地下地質學

異常壓力的其它鉆井資料判斷方法:
除上述4種方法(鉆井速度、d/dc指數、
返出鉆井液溫度、頁巖巖屑密度)之外;

鉆井過程中的 井噴、井涌、
轉盤扭距突然增大、 起鉆時阻力加大 等現象, 均可作為鉆遇高壓異常的顯示。

油氣田地下地質學

3、地球物理測井法預測異常地層壓力
⑴ 電阻率測井
若巖石為純頁巖,地層水礦化度為一定值, 則地層(頁巖)的電阻率主要受孔隙度的影響。


正常壓實下:頁(泥)巖的孔隙度隨埋深增加而減小,
電阻率隨埋藏深度的增加而加大。



高異常壓力井段:由于孔隙度增加,其中所含地層水 數量增加→電阻率向降低方向偏離正常趨勢線。

油氣田地下地質學

以純頁巖井段的電阻率對數 值 lgRsh 為橫坐標,井深為縱 坐標,將頁巖電阻率數據按相 應深度點投點→獲得一散點圖 →回歸分析求出 lgRsh 與井深 的關系曲線,曲線上開始偏離 正常趨勢線的位置即為高壓異 常過渡帶頂部位置。 右圖中,高異常地層壓力過 渡帶頂部大約在4038.6m處。
1gRsh

墨西哥灣岸某井的頁巖 電阻率曲線(據瓦爾特,1976)

油氣田地下地質學

⑵ 聲波測井--預測異常地層壓力
聲波的縱向傳播速度主要是巖 性和孔隙度的函數。對頁巖或泥 巖,聲波測井曲線基本上為一條 反映孔隙度變化的曲線。

正常壓實時:隨埋深增加,聲 波傳播速度↑,傳播時間↓。
高異常壓力過渡帶:聲波傳播 時間向增大方向偏離正常趨勢。
聲波時差與深度關系曲線

油氣田地下地質學

⑶ 頁巖密度測井
預測方法與電阻率測井或聲 波測井相同。右圖2條曲線均

較清晰地反映出高異常地層壓
力過渡帶頂面約在3352.8m, 兩種資料所得結果吻合較好。

密度測井受井眼大小影響,在
預測異常地層壓力時,其精度和 效果不及電阻率及聲波測井。

密度測井

巖屑

頁巖密度資料分析對比
(據 Fertl 和 Tomko,1970)

油氣田地下地質學

應用時,應盡可能選用多種地球物理測井方法和其它 方法進行綜合分析,相互驗證,以獲得較可靠結果。

高異常壓力過 渡帶頂部位置 約在3749m

綜合利用各種資料預測異常地層壓力(據Fertl和Timko,1970)

油氣田地下地質學

五、異常地層壓力研究
(四)研究異常地層壓力的意義-- 一般了解
1、研究高異常地層壓力與油氣藏工業價值之間關系, 指導找油、找氣

2、預測異常地層壓力,實現平衡鉆井

油氣田地下地質學

1、研究高異常地層壓力與油氣藏工業價值之間關系, 指導找油、找氣
墨西哥灣岸等地區油氣藏工業價值與頁巖電阻率比值關系 頁巖電阻率比值 Rn/Rob <1.6 1.6<Rn/Rob≤3.0 3.0<Rn/Rob≤3.5 >3.5 頁巖附近砂巖有無工業性油氣藏 大多數為具有工業價值的油藏 可找到超壓油氣藏, 該范圍內油氣田不到 10% 砂巖為小油、氣藏(延伸范圍有限) 無工業價值油、氣藏(以初產量高, 但壓力降落極快為其特征)

油氣田地下地質學

2、預測異常地層壓力,實現平衡鉆井
在高壓異常地區鉆探時,為了順利地完成鉆探任務, 并為油氣開采提供優質井身,在開鉆之前做兩項工作:


確定兩個關鍵地質參數:

孔隙流體壓力、巖石破裂壓力。


再根據上述兩個關鍵地質參數進行鉆探設計。

--主要包括:鉆井液密度、套管程序。

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三、原始油層壓力研究
(一)原始油層壓力 1.原始油層壓力及其分布 原始油層壓力--油層未被打開之前所具有的壓力!铩
通常將第一口探井或第一批探井測得的油層壓力 近似代表原始油層壓力。

原始油層壓力來源:

基本來源--靜水壓頭

次要來源: ▲ 天然氣壓力--將增加油層的壓力; ▲ 地靜壓力--在地靜壓力作用下,巖石孔隙容積縮小 , 造成油層中原始壓力的增加。

油氣田地下地質學

油層在海拔+100m的地表出露,具供水區;另一側,因 巖性尖滅或斷層封隔未露出地表,無泄水區。 油藏的測壓面:以供水露頭海拔(+100m)為基準的水平面


1號井底原始地層壓力(靜水壓力)= 5.88MPa
測壓面

供水區

天然氣

原油



原始油層壓力分布示意圖

油氣田地下地質學

油水界面原始地層壓力=1井原始地層壓力+1井底至油水 界面水柱產生壓力 =7.84MPa 油氣界面原始地層壓力=油水界面壓力-300m油柱產生 壓力 =5.34MPa
測壓面

油水界面

天然氣

原油



原始油層壓力分布示意圖

油氣田地下地質學
2井(4井)原始油層壓力=油水界面壓力值-油水界面至 井底油柱重量產生的壓力= 6.17MPa

油柱 740.7m

2井液面海拔240.7m低于井口海拔(+350m),原油不能自噴 4井液面海拔240.7m高于井口海拔(+100m),為自噴井
ρo=0.85×103kg/m3

7.84MPa 天然氣 原油 水

原始油層壓力分布示意圖

油氣田地下地質學

3號井原始壓力:該井鉆開氣頂部分,因天然氣密度受 溫度和壓力影響,該井原始壓力值不能直接由油氣界面 上的壓力導出,可由近似公式 求出:

Pf ? Pmax e

(1.293?10?4 d g H )
求出3號井的原始油 層壓力 5.3MPa


Pmax--氣井井口最大關井壓力 dg--天然氣對空氣的相對密度(0.8)

H--井深或氣柱高度 天然氣 原油 e--自然對數的底 原始油層壓力分布示意圖

油氣田地下地質學

井號
1 2 3 4

鉆開位置
含水部分 含油部分 氣頂部分 含油部分

井底海拔
-500m -500m -350m -500m

原始地層壓力
5.88MPa 6.17MPa 5.3MPa 6.17MPa
▲ ▲ ▲

井底海拔高度相同條件下:
井內流體性質相同,原始地層(油層)壓力相同;

井內流體性質不同,原始地層(油層)壓力不同。

油氣田地下地質學

原始油層壓力分布特點:

★★

A、原始油層壓力隨油層埋藏深度的增加而加大;

B、流體性質對原始油層壓力分布有著極為重要的影響: 井底海拔相同的各井: 井內流體性質相同→原始油層壓力相等; 井內流體性質不同→流體密度小,原始油層壓力大。
C、氣柱高度變化對氣井壓力影響很小。 當油藏平緩、含氣面積不大時,油-氣或氣-水界面上 的原始油層壓力可以代表氣頂內各處的壓力。

油氣田地下地質學

2、原始油層壓力的確定方法--主要有4種 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 實測法 壓力梯度法 計算法 試井分析法
▲ ▲



⑴ 實測法--油井完井后關井,待井口壓力表上壓力穩定
后,把壓力計下入井內油氣層中部所測得的壓力→油氣層
的原始地層壓力。---關井測壓

油氣田地下地質學

⑵ 壓力梯度法--具有統一水動力系統的油氣藏,其壓 力梯度值為常數--即地層壓力與油氣層埋深呈直線關系。
因此,實測不同海拔的 原始地層壓力, 作出壓力-海拔關系曲線; →對新鉆井,可根據設計 深度,得原始地層壓力

俄羅斯地臺某油田上泥盆 統油藏原始地層壓力與平均 埋藏深度關系曲線。
壓力與深度關系曲線
(據B·A·特哈斯托維,1975)

油氣田地下地質學

⑶ 計算法--對于新勘探或新開發油氣藏
如果鉆井的海拔高度和深度已知,且測定了原油、地 層水或天然氣密度:


應用靜水壓力公式計算原始地層壓力;
對于高壓氣井(超高壓氣井),不能直接下入井底壓力計
(1.293?10?4 d g H )
Pmax--氣井井口最大關井壓力 dg--天然氣對空氣的相對密度(0.8) H--井深或氣柱高度



測量,可利用井口最大關井壓力求得原始氣層壓力。

Pf ? Pmax e

油氣田地下地質學

3、原始油層壓力等壓圖的編制與應用
⑴ 原始油層壓力等壓圖的編制 繪制方法與構造圖相同--在目的層構造圖上進行: 根據各井原始油層壓力,選擇壓力間隔值, 在相鄰兩井間進行線性內插 、圓滑曲線 等。 原始油層壓力分布主要受構造因素影響→


油層厚度均勻,壓力等值線與構造等高線基本平行;



若兩類等值線形態差異較大,必須檢查原因-地層厚度不均,或因測量、計算導致數據不準等。

油氣田地下地質學

⑵ 原始油層壓力等壓圖的應用--主要有4個方面
① 通過等壓圖預測新井的原始油層壓力
--便于在探井設計中確定新鉆井的套管程序與洗井液密度。

② 計算油藏的平均原始油層壓力(常用面積權衡法求取) --平均值越大,天然能量越大,越有利于油藏開采。

③ 判斷水動力系統--對制定開發方案、分析開發動態十分重要。 水動力系統--指在油氣層內流體連續流動的范圍。 ◆ 同一水動力系統內,原始地層壓力等值線分布連續; ◆ 不同水動力系統,原始地層壓力等值線分布不連續: --因斷層或巖性尖滅等因素被分割。

油氣田地下地質學
150

14 0
130

140 130 120 110 -700 120 140

-1 1
-9 0 0

- 1 20

0

00

1 20

-7
-1 1 00

- 90 0

00

構造等高線

等壓線

斷層

井點

某油田原始油層壓力等壓圖

油氣田地下地質學

⑵ 原始油層壓力等壓圖的應用
④ 計算油層的彈性能量
油層的彈性能量--指油田在開發過程中,地層壓力每

下降0.1MPa時,依靠彈性膨脹力所能采出的油量。
若油藏無邊水或底水,又無原生氣頂 但原始油層壓力遠超過飽和壓力




開采時,驅油動力
為彈性膨脹力

彈性能量--取決于地飽壓差、含油面積、油層厚度、
綜合彈性壓縮系數等。

地飽壓差差值越大→彈性能量越大,排出流體量越多。

油氣田地下地質學

第一節

地層壓力

(二)目前油層壓力 1、目前油層壓力及其分布
⑴ 單井生產時油層靜止壓力的分布 ⑵ 多井生產時油層靜止壓力的分布

2、油層靜止壓力等壓圖的編制

油氣田地下地質學

1、目前油層壓力及其分布
目前油層壓力--油藏投入開發后某一時期的地層壓力。
又分為:油層靜止壓力 和 井底流動壓力。


★★

油層靜止壓力--油田投入生產后關閉油井,待壓力恢

復到穩定狀態以后測得的井底壓力,常用PS表示。


井底流動壓力--油井生產時測得的井底壓力(井底流

壓),用符號Pb表示。

油層靜止壓力PS>井底流壓Pb

油氣田地下地質學

1、目前油層壓力及其分布
⑴ 單井生產時油層靜止壓力的分布
假定:油層均質、各向同性, 只有1口井; 油井生產時,流體從供給邊 緣流向井底的滲流過程中:


流線呈徑向分布



壓力分布呈規則同心圓狀
平面徑向流滲流場示意圖

油氣田地下地質學

從供給邊界到井底,地層中的壓力降落過程按對數關 系分布?臻g形態上形似漏斗,習慣上稱“壓降漏斗”。

Q? R Pf ? PS ? ln 2?Kh r
Pf --距井軸r處地層壓力,Pa PS—油層靜止壓力,Pa R--油井供給半徑,m r--研究點與井筒軸距離,m Q--地層條件下產量,m3/s μ--地層原油粘度,Pa· s K--油層滲透率,μm2 h--油層有效厚度,m
r處地層 壓力 油層靜止壓力PS 井底流動壓力

研究點與井筒軸距離

油井供給半徑

壓降漏斗示意圖

油氣田地下地質學

⑵ 多井生產時油層靜止壓力的分布
多口井同時生產時產生相互干擾。此時,任意一點的壓 力是油層上各井(產油井、注水井)在該處所引起壓力的疊加。

油藏中任一點A壓力降落 △PA=△P1+△P2+△P3

A
總的壓降漏斗

3口井同時生產油層壓力分布示意圖

油氣田地下地質學

2、油層靜止壓力等壓圖的編制



油層靜止壓力的獲。
在油井中 →定期測壓力恢復曲線;




在水井中 →定期測壓力降落曲線;
將不同時期壓力值換算為同一作圖時期壓力值 (換算時多采用油藏平均壓力遞減曲線法); 相鄰兩井之間某點油層靜止壓力— 一般采用線性內插法求取。



油氣田地下地質學
100 90 80 80 70 60
110

50 50
14 0
150 140 130

80
130

構造等高線

等壓線

-1 1 與該油藏原始油層壓力等壓圖比較,油層壓力分布發生 00 較大變化;油層靜止壓力等壓圖與構造等高線相交。 140

120 110 120 斷層 -700 -7 00 - 90 0 120

我國某油藏某 00 -900 一時期油層靜 止壓力等壓圖

-1 1

- 1 20

0

構造等高線

等壓線

斷層

井點

油氣田地下地質學

(三)油層折算壓力 1、油層折算壓力的概念 ⑴ 折算壓頭--指井內靜液面距
某一折算基準面的垂直高度。
0

折算基準面可以是海平面、 原始油水(或油氣)界面等!
假設:折算基準面為海平面, 折算壓頭 l 為:

L′

l ? h? L? H
l

折算壓頭換算示意圖

--折算壓頭/m; h --靜液柱高度/m; H--井口海拔高度/m L --井口至油層頂面(或中部)的垂直距離,m

油氣田地下地質學

⑵ 折算壓力:指折算壓頭產
生的壓力,指測點相對于某基
準面的壓力,數值上等于由測 壓面到折算基準面的靜液柱產 生的壓力--可用靜水壓力公
L′

0

式導出。


靜液面在折算基準面以上時,
折算壓頭取 + 靜液面在折算基準面以下時, 折算壓頭取 -
折算壓頭換算示意圖



油氣田地下地質學

當基準面設為油水 界面時:

折算壓力=
井底壓力+

基準面距井底
油柱高度產生 的壓力
基準面 折算壓頭換算示意圖

油氣田地下地質學

兩口井,鉆遇油層頂部海拔-380m、-470m。經過一段 時間開采后,關井測得1井油層靜止壓力=2.82?,2井 油層靜止壓力=3.25?。求:兩口井此時的折算壓頭。 原油密度=0.8×103㎏/?。
先求靜液柱高度:H1、H2

pH ? H? o g

基準面

PH--靜止壓力,Pa H--靜液柱高度,m。

H1=360

H2=410

-380m -470m

1井折算壓頭=360-380=-20m 2井折算壓頭=410-470=-60m

油氣田地下地質學

2、折算壓力等壓圖的編制
--編圖方法與油層靜止壓力等壓圖相同。
高壓區 低壓區 低壓區 高壓區

油藏折算壓力等壓圖

油藏中流體流動方向:從南、北兩翼向軸部及東、西兩端

油氣田地下地質學


油層折算壓力等壓圖的作用:

A)更直觀、準確地反映油藏的開采動態及地下流體 的流動狀況--由折算壓力高處向折算壓力低處流動;
B)利用壓頭或壓力分布與變化特征,可擬定油藏分

區的配產、配注方案等等。
C)判斷水動力系統--靜水條件下,若油藏各井原始油

層壓力的折算壓頭或折算壓力相等,則該油藏為一個 統一的水動力系統;反之,則為多個水動力系統

油氣田地下地質學

第五章

地層壓力和地層溫度
地層壓力
地層溫度



第一節
第二節

第三節

油氣藏驅動類型

油氣田地下地質學

第二節

地層溫度

一、有關地層溫度的概念
研究地層溫度的主要意義 地殼的地溫帶劃分

地溫梯度與地溫級度

二、地溫場研究 地溫測量
地溫場特征
地溫場與油氣分布的關系 影響地溫場分布的主要因素

油氣田地下地質學

一、有關地層溫度的概念
(一)研究地層溫度的主要意義
① 現代生油理論認為地溫是有機質向油氣演化過程中 最為重要、最有效的因素; ② 理論和實際資料證明,油氣田上方常常存在地溫的 正異常,利用地溫場的局部正異?梢詫ふ矣蜌馓;

③ 地熱是一種寶貴的熱能資源,具有成本低、使用簡
便、污染小等優點。

油氣田地下地質學

(二)地殼的地溫帶劃分
根據地下溫度變化,常把地殼劃分為下4個地溫帶:




▲ ▲

日變化帶:該帶溫度受每天氣溫的影響, 該帶深度范圍一般為1~2m。 年變化帶:該帶溫度受季節性的氣溫變化影響, 深度變化范圍一般為15~30m左右。 恒溫帶:30m以下,不受季節性氣溫變化的影響。 增溫帶:恒溫帶之下,地層溫度隨埋深增加而升高。

油氣田地下地質學

(三)地溫梯度與大地熱流
1.地溫梯度
地溫梯度G--在恒溫帶 之下,埋藏深度每增加 100m地溫增高的度數。 地溫級度Dt:在恒溫帶之 下,地溫每增高1℃時,深 度的增加值。

t ? to G? ?100 H

H Dt ? t ? to

t--井深H 處的溫度,℃; to—年平均地面溫度或恒溫帶溫度,℃; H--井下測溫點與恒溫帶深度差,m。

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右圖為根據東營凹陷133

口預探井資料編繪的地溫與
深度關系圖。從該圖可得地 溫與深度的線性關系式:

t ? 0.036H ?14
▲ ▲

地溫梯度:3.6℃/100m 平均地面溫度:14℃
東營凹陷地溫與深度關系圖
(據楊緒充,1984)

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地球的平均地溫梯度3℃/100m --正常地溫梯度。 <3℃/100m--地溫梯度負異常;

>3℃/100m--地溫梯度正異常。
國內部分地區地溫梯度資料(據西北大學編《石油地質》) 油田或盆地 準噶爾盆地(T-J) 酒泉盆地(E+N) 四川盆地(J) 陜甘寧盆地(J) 地溫梯度/℃/100m 2.2~2.3 2.3 (2.6) 2.2~2.4 (2.7) 2.75 (2.8) 油田或盆地 松遼盆地(K 1 ) 大慶油田 濟陽坳陷(E+N) 冀中坳陷(Z) 地溫梯度/℃/100m 3.1~4.8 (6.2) 4.5~5.0 3.1~3.9 3.7 (4.2)

注:括號中的數值為最大地溫梯度值。

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2.大地熱流
大地熱流:是巖石熱導率與地溫梯度的乘積

q ? ?kG
大地熱流能從本質上揭示區域地溫場的固有特征, 反映出地球內熱提供的總熱量 評價區域總油氣生成量

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第二節

地層溫度

二、地溫場研究
指某一地質空間內的地溫變化特征及熱量釋放狀況

1、地溫測量

2、地溫場特征
3、影響地溫場因素

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(一)、地溫測量
1.今地溫測定 關井實測:在打開油層的第一批探井中實測。
關井,待井內流體溫度與圍巖原始溫度一致時測量。

2.古地溫測定 一是:利用各種古溫標模擬盆地的熱歷史, 主要有:有機質成熟度指標;孢子顏色;自 生礦物;流體包裹體;磷灰石裂變徑跡等 二是:利用盆地演化的地球物理模型來研究 古地溫

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(二)地溫場的分布特征
地溫梯度在縱向上、平面上都具有明顯的規律性變化。

1. 地溫梯度的縱向變化
下表為東營凹陷6口井的系統井溫資料。
東營凹陷地溫梯度縱向變化表
測溫井號 東風 1 東風 2 坨 29 濱 99 濱 258 濱試 6 實測井段/m 1050~3050 500~4900 1650~2500 1500~2500 900~1500 950~1575 N 3.63 3.32 地溫梯度 / (℃/l00m) Ed-Es3 Es4 -Ek 前寒武紀 3.61 4.03 2.55 2.16 3.63 3.76 5.02 5.73 3.00

3.87 4.32

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溫 度/℃

根據井溫資料可編制井溫 與深度關系圖,了解地溫梯 度在縱向上的變化:
上第三系稍高, 3.61~4.08℃/100m; 下第三系Ed-Es3較高; 下第三系Es4-Ek稍低, 2.55℃/100m; 前寒武系較低,2.16℃/100m

500 1000 1500 2000 2500

40

60

80

100 120

140

160

稍高
濱試6 濱258

較高
坨29 濱99 東風1

深 度 3000 /m
3500 4000 4500

稍低

較低
東風2

這種變化主要受各段 巖石熱導率控制。

東營凹陷系統測溫井溫度與深度關系圖 東營凹陷系統測溫井

溫度與深度關系圖

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2.地溫場平面展布
整體來看,地溫異常的平面分布明顯受區域構造和大 斷層控制;地溫梯度等值線與區域構造輪廓基本一致。
陳南斷層

東營凹陷地溫梯度(℃/100m)等值線圖(楊緒充,1984)

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第二節

地層溫度

(三)影響地溫場因素
地溫場是很不均一的,影響地溫場分布的主要因素:

大地構造性質;
巖漿活動; 斷層; 地下水活動;

基底起伏;
巖性; 蓋層褶皺; 烴類聚集 等。

具全局性和主導作用的因素: 大地構造的性質(如:地殼的穩定程度及地殼的厚度等)。

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(四)影響地溫場分布的主要因素
1. 大地構造性質
大地構造性質及所處構造部位是決定區域地溫場基 本背景的最重要的控制因素: ● 大洋中脊---高地溫;
● ●

海溝部位---低地溫; 海盆部位---一般地溫;




穩定的古老地臺區---較低地溫; 中新生代裂谷區---較高地溫。

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地殼厚度對地溫也有重要影響。 如我國東部地區地殼普遍薄于西部,故東部各盆地的 地溫及地溫梯度一般均高于西部。

中國東西向地殼厚度變化與地溫關系示意圖(據王鈞等,1990)

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2.基底起伏


由于基底的熱導率往往高于蓋層,
---深部熱流向基底隆起處集中, 使基底隆起區具有高熱流、高地溫梯度特征, 坳陷(凹陷區)具有低地溫特征。



地溫異常與重力異常吻合--重力異常是基巖埋深的反映:
兩者的低值區同處于凹陷內部、 兩者的高值區同處于凹陷的邊部和基巖潛山凸起帶。

---地溫分布在平面上與基底起伏密切相關。

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東營凹陷布格重力異常(mGal)圖(據楊緒充,1984)

東營凹陷地溫梯度(℃/100m)等值線圖(楊緒充,1984)

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3.巖漿活動
巖漿活動對現今地溫場的影響,主要從2方面考慮: ① 巖漿侵入或噴出的地質年代: 時代越新,所保留的余熱就越多,對現今地溫場的 影響就越強烈,有可能形成地熱高異常區。

② 侵入體的規模、幾何形狀及圍巖產狀和熱物理性質等 如:冷卻速率與巖漿侵入體半徑的平方成反比; 冷卻的延續時間與巖體半徑平方成正比: ---巖體半徑增大1倍,冷卻時間延長4倍。

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(四)影響地溫場分布的主要因素
4.巖性(巖石的導熱能力) 一般同一地區不同深度地層中,其熱流值不變。 地溫梯度隨巖石熱導率發生變化

導熱能力可用導熱率表示。巖石的導熱率大,
巖層剖面上地溫梯度小。 東營凹陷地溫梯度的縱向變化情況


巖性差異導致了縱向上不同組段地溫梯度明顯變化;



隨地層埋深和年齡增加,地溫梯度總體呈下降趨勢。

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5.蓋層褶皺
熱流傳導具各向異性:順 層面比垂直層面更易傳播。 背斜使熱流聚斂, 向斜使熱流分散。


背斜頂部地溫梯度大,

翼部地溫梯度小。


背斜與向斜區熱流分布示意圖

兩翼傾角越陡,背斜頂部與兩翼的溫差就更大。

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6. 斷 層
研究斷層與地溫場的關系時,應考慮兩個方面: ※ 在主斷層線上是否出現地溫異常; ※ 沿著斷層走向熱流是否有變異。


一般的封閉性斷層或壓扭性斷層: 因壓扭、摩擦產生熱量,形成附加熱源--地溫增高。



一般的開啟性斷層:可作為地下水循環通道, ▲ 將近地表及淺處低溫地下水引至深部--地溫降低; ▲ 或因深部地下水沿斷層上升--地溫增高。 ---應視具體情況區別對待。

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7.地下水活動 由于地質條件和水文地質條件的差異,地下水與圍

巖溫度場的相互關系復雜多變。
● 地下水活動可引起圍巖溫度降低:

地表水補給、徑流條件良好,地下水側向活動強烈。
如華北盆地西部山前在相當深度內呈現低溫狀況。 ● 區域性地下水循環將深部熱水帶至淺層,

使地溫普遍增高,地溫梯度變大。

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8. 烴類聚集--油氣分布
烴類聚集(油氣田)上方往往存在地溫高異常(地溫梯度高); 而且,氣田區高于油田區。 ● 地溫異常很微弱,一般為0.2~4.5℃左右; ● 相當普遍地分布在油氣田上方的淺部和地面。
100m深度的溫 度曲線在油藏 正上方顯示出 升高趨勢。
前蘇聯的什羅卡盆地內油田上地溫剖面圖

油氣田地下地質學

★ 導致烴類聚集上方地溫異常的主要原因: ● 首先,油氣藏本身提供了附加熱源: 主要來自:烴類需氧和乏氧的放熱反應、

和放射性元素的集中等。
● 流體向上滲逸時將油氣藏中的過剩熱量帶至 淺部和地表。

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小結--影響地溫場分布的主要因素:
⑴ 大地構造性質--活動性、地殼厚度等 ⑵ 基底起伏--隆起區高地溫梯度、坳陷區低地溫梯度 ⑶ 巖漿活動--活動規模、幾何形狀、年代等 ⑷ 巖性--巖石的導熱能力不同 ⑸ 蓋層褶皺--背斜頂部地溫梯度大,翼部地溫梯度小 ⑹ 斷層--封閉性斷層或壓扭性斷層一般導致高異常

⑺ 地下水活動--深部熱水至淺層、地表水補給
⑻ 烴類聚集--上方往往存在地溫高異常

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第三節

油氣藏驅動類型

油氣藏驅動類型--指地層中驅動油、氣流向井底 以至采出地面的能量類型。(也稱驅動方式) ★★ 油氣藏的驅動類型:
→決定油氣藏的開發方式以及油氣井的開采方式, →直接影響油氣開采的成本和油氣的最終采收率。 一次采油:利用天然能量開采的過程

二次采油:采用外部補充地層能量(注水、注氣)以保 持地層能量為目的的提高采收率的采油方法
三次采油:通過注入其它流體,采用物理、化學、熱量、 生物等方法改變油藏巖石及流體性質,提高采收率的方法。

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一、油氣藏驅動能量(驅動方式)
油層巖石和其中流體彈性能--彈性驅動

天然驅動 能 量

含水區彈性能和露頭水柱壓能--水壓驅動 油藏含油區內溶解氣的彈性能--溶解氣驅 油藏氣頂的彈性膨脹能--氣頂驅動 油藏的重力驅動能--重力驅動

人工驅動 能量

人工注水、注氣 氣體混相驅 熱力驅 化學驅

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1、油層巖石和其中流體的彈性能
條件:地層壓力>飽和壓力

彈性能驅動

鉆開油氣層后,油氣層平衡狀態遭到破壞:
● ●

油氣層巖石受上覆巖柱壓力而變形,巖石孔隙縮; 油氣層孔隙內的流體也因壓力減小而產生彈性膨脹。

彈性能量的受控因素
①油層巖石和其中流體的壓縮系數大小 壓縮系數大,在壓力作用下出現的體積變化也 大,因而積蓄或釋放的彈性能量也大。

油氣田地下地質學

②油藏原始壓力系數的高低 油藏原始系數越高,它積蓄的彈性能量就越大; 油藏原始壓力系數越低,其積蓄的彈性能量也越

少。因此,異常高壓油藏的彈性能量比異常低壓
油藏要高很多。 ③開采中降壓的幅度大小 油藏彈性能量的利用程度,取決于油藏在開發 中能夠降低壓力的幅度。降壓幅度越大,彈性能 量釋放就越多,獲得的彈性采收率也就越高;反

之則低。

油氣田地下地質學
油藏飽和壓力與飽和程度 飽和壓力的概念 當地層原油中溶解的天然氣達到飽和狀態時所測定的壓 力。 油藏原油中一般都溶解有天然氣。如果原油中溶解的天然 氣達到飽和狀態,則多余的天然氣就會呈氣態形成帶氣頂 的油藏,這時的飽和壓力就與油藏地層壓力相等。但如果 原油中溶解的天然氣尚未達到飽和,其飽和壓力就需要進 行地層原油高壓物性(又稱PVT)取樣在室內分析測定。 油藏飽和壓力表示該油藏的地層原油在低于該壓力時, 就會有多余的溶解氣從原油中分離逸出,從而出現油氣兩 相共存的狀態。但如果高于該壓力,則原油不飽和,其中 的溶解氣不會逸出。

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油藏地飽壓差與油藏飽和程度 油藏地層壓力與飽和壓力的差值,稱該 油藏的地飽壓差。油藏地飽壓差一般都是指 油藏原始地層壓力與原始飽和壓力之差。油 藏地飽壓差大,說明油藏的彈性能量較大, 只要通過降壓開采,油藏的彈性能量就可以 釋放出來,驅使油氣流向井底,因此,油藏 具備一定的彈性驅開采條件。

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2、含水區彈性能和露頭水柱壓能
彈性水壓能驅動 條件:地層壓力遠遠>飽和壓力

天然水壓驅動

露頭供水充足 且露頭與油層高差大

它指油藏邊底水與地面或淺表水系的湖、河或海水 整個油藏與邊底水為一個統一的水動力系統,并 源有較好的連通時,在油藏投入降壓開發后,外界水 具有良好的封閉性。因此,這時的邊底水能量就 源會在壓差作用下源源不斷地流向油藏邊底水區域, 只是邊底水所具有的彈性能量,其大小只與邊底 釋放出強大的邊底水壓力能量(本質上是一種水壓勢 水的體積有關。因而,也有人稱封閉型邊底水能 能),它的大小取決于外界水源的豐富程度和向油藏 量為“彈性水驅”能量。 水體的補給速度,它比封閉型邊底水的彈性能量要強 大得多,因此,也有人稱其為“剛性水驅”能量

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3、油藏含油區內溶解氣的彈性能 溶解氣驅(油藏) ● 油層壓力降至飽和壓力以下時,溶解氣從溶解狀態 揮發出來,呈氣泡分散在油中,壓力降低時, 氣泡產生彈性膨脹。。
溶解氣彈性能量的受控因素 溶解氣能量的大小,與原始溶解氣油比的高低,溶解氣 成分,以及油層壓力和溫度都有一定關系。油藏原始溶解 氣油比高的油藏,其原始溶解氣數量大,所蘊含的溶解氣 能量就大;反之則小。溶解氣中重烴含量高者彈性能量相 對較小。油層壓力越高,其可能的降壓幅度就越大,因而 釋放出的溶解氣能量就越大。油層溫度越高,其溶解氣能 量也越大。 與彈性驅相比,油藏的溶解氣能量更為豐富,其溶解氣 驅采收率一般要高出彈性驅數倍。

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4、油藏氣頂的彈性膨脹能

氣頂驅動(油藏)

它指油氣藏氣頂中的游離氣由于地層高壓所蓄積的能量。 當油氣藏投入降壓開采時,氣頂氣由于降壓產生膨脹,就 釋放出這種能量。氣頂能量本質上仍然是彈性能,只是由 于氣體的壓縮系數極大(在20℃、6.8MPa壓力下甲烷的等 溫壓縮系數達1645×10-4MPa-1),因而在降壓膨脹時釋放 出的彈性能量就十分巨大

5、油藏的重力驅動能 重力驅動(油藏) ● 油層較厚或具較大傾角時, 原油依靠自身重力向低部位井內流動。 ● 其它能量均已消耗后,主要依靠重力驅油。

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第三節

油氣藏驅動類型

二、油氣藏驅動類型與油氣采收率

1、油氣采收率及其影響因素
2、驅動類型對采收率的影響 1、油氣采收率及其影響因素
油氣采收率--采出油氣量與原始地質儲量的比值。
影響油氣最終采收率的因素很多,可分為兩大類:

地質因素 和 開發因素。

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⑴ 主要地質因素
① 油氣藏類型:油氣藏類型不同,所能達到的最終 采收率會有很大差別。 ② 油氣藏儲層性質:即儲層的結構特征、潤濕性、 連通性、非均質程度,及φ、K、So大小。

③ 油氣藏的天然能量類型:如有無邊水、底水、氣頂, 以及能量的大小和可利用程度等。
④ 原油和天然氣的性質:如組成成分、原油粘度,氣油 比;氣田的天然氣中含其它氣體水化物情況等。

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⑵ 主要開發因素
① 開發方式,即選擇消耗性開發方式(天然能量),還是 選擇注水、注氣、干氣回注等哪一種補充能量方式; ② 布井方式,即采用何種布井方式和井網密度的大;
邊緣注水--水井位于油水邊界附近; 面積注水--將注水井和油井按一定幾何形狀和密度均勻 布置于整個開發區--四點、五點……等面積注水。 切割注水--利用注水井排將油藏切割為若干區(獨立開發)

③ 開采的技術水平和增產增注的效果; ④ 二、三次采油和提高最終采收率的方法及效果。

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2、驅動類型對采收率的影響
油氣藏驅動類型對采收率影響很大。


不同驅動類型之間最終采收率相差很大,一般而言: ※ 水壓驅動的采收率比較高 ※ 溶解氣驅的采收率比較低 ※ 封閉彈性驅時采收率更低
既使同一驅動類型的油氣藏,由于各種情況的差異, 其采收率存在一個較大的變化范圍,甚至相差懸殊。
(見下頁表)



油氣田地下地質學
不同驅動類型的采收率
類別 驅動類型
采收率,%

類別

驅動類型

采收率,%

一次采油 彈性驅 溶解氣驅 水 驅 油 藏 氣頂驅 重力驅 注 水 注 氣 混相驅 熱力驅 2~5 10~30 25~50 20~50 30~70 25~60 30~50 40~60 20~50 氣 藏 水 油 藏

三次采油
注聚合物、注 CO2、 注堿水、注表面活性 劑等類型的驅油劑

45~80

一次采氣 彈性驅 驅 二次采氣 回注干氣的 凝析氣藏 65~80 70~95 45~70

二次采油

油氣田地下地質學

第 七 章 地層壓力和地層溫度
( 結 束 )


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