地层压力基本知识

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1、王志战王志战目目 录录前言前言一、孔隙压力术语一、孔隙压力术语二、温压场的划分二、温压场的划分三、国内外研究现状三、国内外研究现状四、异常压力预测的发展趋势四、异常压力预测的发展趋势五、异常高压的成因机制五、异常高压的成因机制斜率斜率(slope)纯水纯水(1.0g/cm3)：0.433psi/ft 盐水盐水(1.07g/cm3)：0.465psi/ft 地层水：地层水：0.450.465psi/ft 1g/cm3=.433 pst/ft开放系统开放系统(open system)a column of water固体固体+流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

2、：.433psi/ft2.3g/cm3=1.0psi/ft异常高压发生在静岩异常高压发生在静岩压力梯度线和清水静压力梯度线和清水静压梯度线之间的区域压梯度线之间的区域PressureDepthThe“pore pressure”is the pressure of the fluid in the pore space of the rock.The point at which pore pressures exceed hydrostatic pressures is the“top ofoverpressures.”In overpressure,fluids are trapped i

3、n 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.Another concept impl

4、ied 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.Typical trend curves for resistivity,sonic velocity,and density.Blue curves denote normal compaction trends.Arrows indica

5、te deviations due to overpressure.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.A local pressure gradient defines how pressure varies over small depth

6、 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 weight(EMW).Pressure profile for hypothetical reservoir unitIts utility is that for any depth below the surface,we can derive the pressure of the borehole

7、 fluids by drawing a line from the origin through the appropriate mud weight to the depth and get the pressure for that depth.Pressure plotted against depth with mud weight scale added1 lb/gal=.0519 psi/ft*气体气体=84.3%C1+14.4%C2+0.5%CO2+0.8%N2Diagram illustrating pore pressure between hydrostatic grad

8、ient and fracture gradientUsing mud weight changes pressure axis to gradient axis.This is the view preferred by drillers.Casing points and mud weight profile for hypothetical situation Because overpressure of a sand is constant,pore pressure must follow a hydrostatic gradient.Shale pore pressure doe

9、s not.The sand acts as 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 em

10、phasizes the difference 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 mechani

11、sm for vertical and lateral transfer of pressures.As basins subside and dewater,the sands provide the mechanism for fluid escape including hydrocarbons.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 b

12、urial is sufficiently fast that the shale cant dewater quickly enough,it becomes overpressured.This is known as disequilibrium compaction.a.单一型温单一型温压系统压系统 b.高压型复式温高压型复式温压系统压系统 c.低压型复式温低压型复式温压系统压系统 -4 0 41.21.00.9压力系数地温异常（）济阳坳陷温济阳坳陷温压系统平面分区标准压系统平面分区标准 用三维叠前时间偏移求得高分辨率、高密度的速度用三维叠前时间偏移求得高分辨率、高密度的速度函数预测孔

13、隙压力梯度和压裂梯度；函数预测孔隙压力梯度和压裂梯度；结合结合VSP等井内信息提高压力预测精度；等井内信息提高压力预测精度；通过对通过对AVO梯度的低频部分求积校正叠偏速度；梯度的低频部分求积校正叠偏速度；通过速度模拟、小波处理、地震反演等处理手段提通过速度模拟、小波处理、地震反演等处理手段提取层速度；取层速度；测井（声波、密度等）与地震联合进行异常压力预测井（声波、密度等）与地震联合进行异常压力预测。测。异常高压的成因机制有异常高压的成因机制有10几种，包括：几种，包括：泥岩欠压泥岩欠压实；实；水热增压；水热增压；粘土矿物脱水；粘土矿物脱水；地层水渗透；地层水渗透；生烃体积膨胀；生烃体积膨胀

14、；地层抬升剥蚀；地层抬升剥蚀；油藏中水对油藏中水对油气的浮力；油气的浮力；压力渗透；压力渗透；构造挤压；构造挤压；等势面等势面的不规则性等。但对具体盆地而言，起主导作用的的不规则性等。但对具体盆地而言，起主导作用的往往是其中几个因素甚至一两个因素。国内学者将往往是其中几个因素甚至一两个因素。国内学者将这些超压成因机制归结为沉积型和构造型两类或沉这些超压成因机制归结为沉积型和构造型两类或沉积成岩型、成烃型、构造型三类。积成岩型、成烃型、构造型三类。异常低压的成因机制有：异常低压的成因机制有：地层抬升遭受剥蚀；地层抬升遭受剥蚀；温度降低；温度降低；生烃作用减弱或停止；生烃作用减弱或停止；气体散失；

15、气体散失；地下水流动等。地下水流动等。在海陆相地层中广泛分布；在海陆相地层中广泛分布；异常压力主要分布在第三系和白垩系年轻地层中，异常压力主要分布在第三系和白垩系年轻地层中，空间上分布广泛，压力系数大（空间上分布广泛，压力系数大（22），压力系数），压力系数随地层时代而降低。随地层时代而降低。总体上，异常压力的分布深度在总体上，异常压力的分布深度在270027003000m3000m以下，以下，而在松辽盆地，地温梯度较高，异常压力可在而在松辽盆地，地温梯度较高，异常压力可在1500m1500m埋深发生；在东部第三系拉张盆地中可发生埋深发生；在东部第三系拉张盆地中可发生于于19001900240

16、0m2400m以下。以下。在地层时代相同、岩性变化不大的情况下，压力在地层时代相同、岩性变化不大的情况下，压力系数和剩余压力通常随埋深而增大。系数和剩余压力通常随埋深而增大。对于陆相地层，异常压力的分布常与深湖相和半对于陆相地层，异常压力的分布常与深湖相和半深湖相沉积有关。深湖相沉积有关。研究较多的仍然是超压对油气成藏的影响，研究较多的仍然是超压对油气成藏的影响，主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：超压是烃类初次运移的动力；超压是烃类初次运移的动力；超压层可成为良好的盖层；超压层可成为良好的盖层；超压可引起幕式排烃成藏；超压可引起幕式排烃成藏；超压不仅影响油气生成的相态，而且会延缓

17、烃超压不仅影响油气生成的相态，而且会延缓烃源岩热演化生烃的进程。源岩热演化生烃的进程。在上述研究的基础上提出：超压体系油气藏在上述研究的基础上提出：超压体系油气藏是未来油气勘探的重要方向之一。是未来油气勘探的重要方向之一。超压体系由封隔层（顶、底板）及其之间具有超压流体的超压体系由封隔层（顶、底板）及其之间具有超压流体的储集层组成。不同成因的超压体系具有不同的油气成藏特储集层组成。不同成因的超压体系具有不同的油气成藏特征。孙冬胜等将库车坳陷的超压体系划分为征。孙冬胜等将库车坳陷的超压体系划分为深部超压体系深部超压体系和上部超压体系和上部超压体系两类，并指出深部超压体系的形成与生烃两类，并指出深

18、部超压体系的形成与生烃作用关系密切，而上部超压体系的形成则是后期构造侧向作用关系密切，而上部超压体系的形成则是后期构造侧向挤压的结果。徐士林等在纵向上将库车坳陷中、新生界地挤压的结果。徐士林等在纵向上将库车坳陷中、新生界地层流体压力分为三个逐层升高的台阶式压力结构带：层流体压力分为三个逐层升高的台阶式压力结构带：浅层浅层正常压力带、压力过渡带和异常高压带正常压力带、压力过渡带和异常高压带。张卫海等将准噶。张卫海等将准噶尔盆地南缘古近系尔盆地南缘古近系-新近系异常高压系统按封闭形式的不新近系异常高压系统按封闭形式的不同分为同分为滞排型和顶封滞排型滞排型和顶封滞排型。刘晓峰等提出储层超压流体。刘晓

19、峰等提出储层超压流体系统的概念，包括系统的概念，包括压力封闭层、超压流体、岩石骨架和输压力封闭层、超压流体、岩石骨架和输导通道导通道四个基本要素。赵靖舟则分不同的压力组合模式，四个基本要素。赵靖舟则分不同的压力组合模式，并研究其与前陆盆地天然气成藏模式之间的关系。并研究其与前陆盆地天然气成藏模式之间的关系。限于技术方面的原因，国内在异常压力预测方限于技术方面的原因，国内在异常压力预测方面的研究相对较为薄弱。面的研究相对较为薄弱。地震方面地震方面 通过井约束反演数据体提取层速度，建立精确通过井约束反演数据体提取层速度，建立精确速度场；从井出发，应用傅里叶趋势分析求取速度场；从井出发，应用傅里叶趋

20、势分析求取正常压实趋势层速度；经过衍生正常压实趋势层速度；经过衍生Fillippone法法计算压力系数；计算压力系数；应用地震叠加速度谱求取层速度，建立对应剖应用地震叠加速度谱求取层速度，建立对应剖面上深度与层速度之间的关系，然后将整个测面上深度与层速度之间的关系，然后将整个测线上的层速度数据以等值线图的形式显示在地线上的层速度数据以等值线图的形式显示在地震深度剖面上，探讨层速度与超压带之间的关震深度剖面上，探讨层速度与超压带之间的关系；系；地震、测井联合预测地层压力。地震、测井联合预测地层压力。测井方面测井方面 研究声波测井、补偿密度测井、电阻率测井及自然电研究声波测井、补偿密度测井、电阻率

21、测井及自然电位测井资料与异常压力地层的对应关系；位测井资料与异常压力地层的对应关系；与地震、钻井资料联合进行地层压力预测。与地震、钻井资料联合进行地层压力预测。随钻方面随钻方面 岩石强度法：根据钻井参数评估岩石强度，通过建立岩石强度法：根据钻井参数评估岩石强度，通过建立岩石强度与孔隙压力之间的关系模型，来预测地层压岩石强度与孔隙压力之间的关系模型，来预测地层压力。力。泥（页）岩密度法：通过随钻测量泥（页）岩的体积泥（页）岩密度法：通过随钻测量泥（页）岩的体积密度，建立与深度的关系图，根据趋势线的偏移情况密度，建立与深度的关系图，根据趋势线的偏移情况预测异常地层压力，适用于欠压实地层；预测异常地

22、层压力，适用于欠压实地层；dc指数检测法：指数检测法：dc是压实指数，应用于欠压实成因是压实指数，应用于欠压实成因的异常压力预测。解释方法与泥（页）岩密度法类似；的异常压力预测。解释方法与泥（页）岩密度法类似；Sigma录井法：根据钻井参数计算出的一个反映地录井法：根据钻井参数计算出的一个反映地层可钻性的指数，适用于粘土质地层。层可钻性的指数，适用于粘土质地层。随着异常地层压力与油气成藏关系研究的不随着异常地层压力与油气成藏关系研究的不断深入，异常压力预测将成为油气勘探的一断深入，异常压力预测将成为油气勘探的一项重要手段项重要手段盆地模拟和数学建模技术是异常压力研究和预盆地模拟和数学建模技术是

23、异常压力研究和预测的有效工具。国外一、二维盆地模拟技术已测的有效工具。国外一、二维盆地模拟技术已经成熟，并研制了许多软件被推广应用。目前，经成熟，并研制了许多软件被推广应用。目前，正在向三维发展，力求实现的定量化、动态化正在向三维发展，力求实现的定量化、动态化和可视化。纵观国内外异常压力预测模式，无和可视化。纵观国内外异常压力预测模式，无一不是建立在相应的数学模型基础之上。异常一不是建立在相应的数学模型基础之上。异常压力的形成、发展、演化及其预测是复杂的，压力的形成、发展、演化及其预测是复杂的，建立有效而简单的模型是其走向成功的关键。建立有效而简单的模型是其走向成功的关键。Pore structure models used to characterize shale behavior.Pores with aspect ratios in the 0.001-0.1 range undergo most rebound.Higher aspect ratio pores are too rigid.Crack-like pores are too flexible(Bowers,2001)1.粘土矿物成岩转变粘土矿物成岩转变2.粘土矿物对烃类生成的催化作用及其机理粘土矿物对烃类生成的催化作用及其机理