油氣層的壓力與溫度培訓(xùn)范本課件

第九章油氣層的壓力和溫度

壓力和溫度不但在油氣生成、油氣運(yùn)移、聚集過(guò)程中，起著極為重要的作用，而且在油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中也是至關(guān)重要的。地層壓力和地層溫度是開(kāi)發(fā)油氣田的能量，也是油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中重要的基礎(chǔ)參數(shù)。油氣藏地層壓力和溫度的高低不僅決定著油氣等流體的性質(zhì)，還決定著油氣田開(kāi)發(fā)的方式、油氣開(kāi)采的技術(shù)特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)成本，以及油氣的最終采收率。因此，研究壓力和溫度，在油氣田勘探和開(kāi)采中具有重要意義。1第九章油氣層的壓力和溫度1第1節(jié)油、氣層的壓力一、地層壓力及其來(lái)源1．概念：1）地層壓力（Pf）：作用于巖層孔隙空間內(nèi)流體上的壓力稱(chēng)為地層壓力或孔隙流體壓力。對(duì)于油、氣藏來(lái)說(shuō)，則分別稱(chēng)為油層壓力和氣層壓力。2）靜水壓力（PH）：地層中孔隙空間內(nèi)地層水重量產(chǎn)生的水柱壓力。方向：垂直向下。

PH=H·w·g

P—靜水壓力，Pa；H—測(cè)壓點(diǎn)的水柱高度（水壓頭），m；

w—水的密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。

2第1節(jié)油、氣層的壓力23）地靜壓力：上覆巖層重量所產(chǎn)生的巖石壓力。4）上覆負(fù)荷壓力（S）：上覆巖層和孔隙空間內(nèi)流體的總重量所產(chǎn)生的壓力。5）壓力系數(shù)：實(shí)測(cè)的地層壓力與按同一地層深度計(jì)算的靜水壓力的比值。遼東灣地區(qū)地層壓力與埋深關(guān)系正常地層壓力：在一般地質(zhì)條件下，地層壓力與靜水壓力相當(dāng)，即壓力系數(shù)≈1，異常地層壓力：偏離靜水壓力的地層孔隙流體壓力。

異常高壓：地層壓力高于靜水壓力，壓力系數(shù)大于1。也稱(chēng)壓力過(guò)剩。

異常低壓：地層壓力低于靜水壓力，壓力系數(shù)小于1。也稱(chēng)壓力不足。33）地靜壓力：上覆巖層重量所產(chǎn)生的巖石壓力。遼東灣地區(qū)地層壓

6）動(dòng)水壓力

也叫水動(dòng)力：同一巖層具有不同海拔高度的供水區(qū)和瀉水區(qū)，由于水位面傾斜引起地層水流動(dòng)而產(chǎn)生的壓力。是二次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿χ弧?）壓力梯度：地層壓力隨深度的增加率。有兩種壓力梯度，一是靜水壓力梯度，即靜水壓力隨深度的增加率。一般105Pa/10m。

二是動(dòng)水壓力梯度：沿水流方向上，單位距離的壓力降。46）動(dòng)水壓力42．地層壓力來(lái)源：主要有兩個(gè)來(lái)源：（1）地層孔隙空間內(nèi)地層水重量所產(chǎn)生的靜水壓力；（2）上覆巖層重量所產(chǎn)生的壓力，即地靜壓力。一般情況下，地層與外界聯(lián)系，即開(kāi)放體系，地靜壓力主要由巖石骨架承擔(dān)，巖層連通孔隙中的流體只承擔(dān)地層水重量產(chǎn)生的靜水壓力，地層壓力為靜水壓力。此時(shí)為正常地層壓力。在一些比較特殊的情況下，例如封閉的體系，如孤立的砂巖透鏡體，或流體排出不暢通的體系，隨著上覆負(fù)荷增加，地層孔隙中的流體不能及時(shí)排出，地層孔隙中的地層水不但要承受靜水壓力，還要承受一部分地靜壓力，就產(chǎn)生超壓。52．地層壓力來(lái)源：5其它來(lái)源：流體膨脹力、巖石彈性力等。

在一個(gè)盛滿水的圓筒內(nèi)裝有幾層帶孔的金屬板，金屬板之間由金屬?gòu)椈蓙?lái)支撐。金屬?gòu)椈赡M巖石骨架。在圓筒頂部施加一負(fù)荷S。當(dāng)水排出暢通時(shí)（C），負(fù)荷S由彈簧承擔(dān)，流體壓力為靜水壓力；當(dāng)水排出不暢通時(shí)（B），負(fù)荷S一部分由彈簧承擔(dān)，一部分由筒內(nèi)的水承擔(dān)，流體壓力大于靜水壓力；當(dāng)水不排出時(shí)（A），負(fù)荷S全部由筒內(nèi)的水承擔(dān)，彈簧高度保持不變，流體壓力遠(yuǎn)大于靜水壓力。6其它來(lái)源：流體膨脹力、巖石彈性力等。在一個(gè)盛滿二、原始油層壓力（一）原始油層壓力及其分布

原始油層壓力：在未投入開(kāi)發(fā)之前油氣層內(nèi)流體所承受的壓力。一般用第一口或第一批探井試油時(shí)所測(cè)得的壓力數(shù)值代表。

在正常的地質(zhì)條件下，具有統(tǒng)一水動(dòng)力系統(tǒng)的油氣藏，原始油層壓力主要源于流體壓力，其分布規(guī)律遵循連通器的原理，即在同一壓力系統(tǒng)中流體處于平衡的條件下，任何深度上的壓力大小，取決于該深度上流體液柱的高度和流體的密度?，F(xiàn)以背斜油氣藏為例，說(shuō)明其原始油層壓力的分布狀況。7二、原始油層壓力在正常的地質(zhì)條件下，具有統(tǒng)一水下圖是一具有原生氣頂?shù)谋承庇蜌獠兀蛯右粋?cè)在海拔+100米的地表出露，具供水區(qū)，油層的另一側(cè)，或因巖性尖滅，或因斷層的封隔未能出露地表，故無(wú)泄水區(qū)。因此油氣藏的測(cè)壓面是以供水露頭海拔（+100米）為基準(zhǔn)的水平面?？碧匠跗?，鉆了4口探井，各井的原始地層壓力可按靜水壓力公式求得。

1號(hào)井鉆在油藏的含水部位，井底海拔高度為-500米，井內(nèi)液柱高h(yuǎn)1=600米，若地層水的密度為w=1.0×103kg/m3,則其原始地層壓力為

P01=h1·w·g=600×1.0×103×10=6×106Pa=6MPa

油-水界面的海拔高度為-700米，則油—水界面上的原始地層壓力為1號(hào)井的原始地層壓力值加上1號(hào)井至油—水界面這段水柱重量所產(chǎn)生的壓力，即P0w=P01+h0·w·g

=6×106+（700-500）×1.0×103×10=8MPa10zhi8下圖是一具有原生氣頂?shù)谋承庇蜌獠兀蛯右粋?cè)2號(hào)井鉆在油藏的含油部位，井底海拔高度為-500米，若原油密度為o=0.85×103kg/m3，則其原始油層壓力要從油—水界面上的壓力減去自油—水界面至該井井底這一段油柱的壓力，即P02=P0w-h0·o·g=8×106-（700-500）×0.85×103×10=6.3MPa

在2號(hào)井內(nèi)，相當(dāng)于6.3Mpa的油柱高度為h2=P02/（o·g）=6.3×106/(0.85×103×10)=741.2米

由于2號(hào)井內(nèi)液面海拔為-500+741.2=241.2米，低于井口海拔（+350米），故2號(hào)井的原油不能自噴。

4號(hào)井也是鉆在油藏的含油部分，井口海拔為+100米，井底海拔與2號(hào)井的相同，故其原始油層壓力相等，井內(nèi)液面海拔也應(yīng)為241.2米，高于該井的井口海拔(100米)，故4號(hào)井為自噴井。92號(hào)井鉆在油藏的含油部位，井底海拔高度為-5

3號(hào)井鉆在油氣藏的氣頂上，因天然氣的密度隨溫度和壓力的變化而變化，故其壓力不能從油—?dú)饨缑嫔系膲毫χ苯訉?dǎo)出，而必須根據(jù)井口最大關(guān)井剩余壓力來(lái)計(jì)算。但是，因氣體的密度小，因此氣柱高度變化對(duì)氣井壓力影響較小，所以當(dāng)氣頂?shù)母叨炔淮髸r(shí)，可用油—?dú)饣驓狻缑嫔系脑加蛯訅毫Υ須獠兀ɑ驓忭敚﹥?nèi)各處的壓力。油-氣界面的海拔高度為-400米，3號(hào)井的原始油層壓力等于2號(hào)井的原始油層壓力減去該井至油—?dú)饨缑?海拔-400米)間的油柱壓力，即

P03=p0g-h3·o·g=6.3×106-

(500-400)×0.85×103×10=5.45MPa103號(hào)井鉆在油氣藏的氣頂上，因天然氣的密度隨溫度和（二）原始油層壓力的測(cè)定

1）實(shí)測(cè)法：

在油氣田勘探階段，常以第一批探井打開(kāi)油層后，下入井底壓力計(jì)，關(guān)井待油層壓力恢復(fù)穩(wěn)定后，所測(cè)得的油層中部壓力值，即為原始油層壓力。

2）試井法：

油田開(kāi)發(fā)初期，可根據(jù)試井資料繪制油層壓力恢復(fù)曲線求得。一般根據(jù)井口最大套管壓力計(jì)算原始油層壓力：

Po=Pmax+H·O·g

Pｏ—原始油層壓力，Pa；Ｐｍａｘ—最大套管壓力，H—油層深度，即油柱高度，m；

o—油的密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。

時(shí)間套管壓力11（二）原始油層壓力的測(cè)定時(shí)間套管壓力11三、原始油層異常壓力原始油層異常壓力：偏離靜水壓力的地層孔隙流體壓力。或稱(chēng)壓力異常。（一）異常壓力判斷方法

1）壓力系數(shù)判斷法：

>1，有異常高壓；<1，有異常低壓。

2）壓力梯度法：

一些國(guó)家常用壓力梯度法判斷異常地層壓力的存在。當(dāng)壓力梯度Gp=0.1Mpa/10m(Gp=1atm/10m)時(shí)，屬正常地層壓力；當(dāng)壓力梯度Gp>0.1Mpa/10m時(shí)，屬高異常地層壓力；當(dāng)壓力梯度Gp<0.1Mpa/10m時(shí)，屬低異常地層壓力；12三、原始油層異常壓力12（二）異常壓力形成原因1）有機(jī)質(zhì)生烴及流體熱增壓作用：

這是地層中產(chǎn)生超壓的首要原因。隨著地層埋藏深度加大，經(jīng)受地溫升高，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)成熟生成大量石油和天然氣，地層水也會(huì)出現(xiàn)水熱增壓現(xiàn)象，在烴源層及儲(chǔ)集層中都會(huì)造成異常高地層壓力，在含油氣盆地中這是非常普遍的事實(shí)。2）風(fēng)化剝蝕作用：

剝蝕作用常常引起地形起伏甚大,而測(cè)壓面的位置未變,于是測(cè)壓面與地面的高低關(guān)系可能因地而異，造成A、B兩個(gè)油藏分別出現(xiàn)壓力過(guò)剩與壓力不足的現(xiàn)象。13（二）異常壓力形成原因133）斷層與巖性封閉作用：

在厚層泥巖中所夾的砂巖透鏡體油藏，原來(lái)埋藏較深，原始地層壓力較大。后來(lái)，在塊斷升降運(yùn)動(dòng)作用下，油藏所在斷塊上升，深度變淺，但原始地層壓力仍然保持下來(lái)，形成高壓異常；相反，也可造成低壓異常。

4）刺穿作用：

在鹽丘和泥火山發(fā)育區(qū)，由于不均衡壓力而使可塑性巖體發(fā)生侵入刺穿作用，致使上覆一些軟的頁(yè)巖和未固結(jié)砂層發(fā)生擠壓與斷裂變動(dòng)，減少孔隙容積，流體壓力增大，造成高壓異常。143）斷層與巖性封閉作用：4）刺穿作用：14

5）浮力作用：

氣、油、水的密度差引起的浮力作用，也可使油氣藏內(nèi)出現(xiàn)過(guò)剩壓力。如下圖表示一個(gè)背斜氣藏，測(cè)壓面(水位面)處于水平狀態(tài)氣-水界面上的1井（A點(diǎn)）與水層中的2井（B點(diǎn)）海拔高度相同，兩點(diǎn)的壓力相等。而海拔高度相同的C、D兩點(diǎn)，分別位于氣藏內(nèi)部和水層之中，因氣、水比重不同，而兩點(diǎn)的壓力不等，氣藏內(nèi)的C點(diǎn)由于受浮力作用所具有的過(guò)剩壓力為：

式中，hg—C、D點(diǎn)與氣-水界面的海拔高差；w、ｇ—地層條件下水、氣的密度。155）浮力作用：式中，hg—C、D點(diǎn)與氣-水界面的海拔高差；6）泥質(zhì)巖類(lèi)的壓欠實(shí)作用：

7）粘土礦物的成巖演變粘土礦物的壓實(shí)成巖演變中，即在蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，有大量層間水析出，成為粒間水。若排泄不暢，可形成異常高地層壓力。166）泥質(zhì)巖類(lèi)的壓欠實(shí)作用：16四．折算壓力的概念及其應(yīng)用在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中均需判斷油層內(nèi)流體運(yùn)移方向。由于構(gòu)造變形或地形起伏的影響，往往根據(jù)絕對(duì)地層壓力值并不能判斷儲(chǔ)集層內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的方向，而必須把地層壓力換算成折算壓力，用折算壓力才能闡明流體在層間或?qū)觾?nèi)運(yùn)移的方向。（一）概念

折算壓力：為消除構(gòu)造因素的影響和正確判斷地下流體的運(yùn)動(dòng)方向，把所測(cè)得的油層真實(shí)壓力折算到某一水平基準(zhǔn)面上的壓力?；鶞?zhǔn)面可任意選擇一水平面，但通常選海平面或油水界面。17四．折算壓力的概念及其應(yīng)用17（二）折算壓力的應(yīng)用

研究油氣層內(nèi)流體是否流動(dòng)或其流動(dòng)方向。

流體總是從折算壓力高向折算壓力低的方向流動(dòng)。①靜水環(huán)境

測(cè)壓面為水平的，取海平面為折算平面（基準(zhǔn)面）。

對(duì)Ⅰ層而言，1、2號(hào)井的測(cè)壓面至海平面的高度相等，折算壓頭均為H1，即折算壓力相等，因此1、2井間液體不能流動(dòng)，即在每個(gè)儲(chǔ)集層內(nèi)，流體不發(fā)生運(yùn)移。對(duì)于有兩個(gè)以上的儲(chǔ)集層同時(shí)存在的情況下，由于每個(gè)層的供水區(qū)海拔高度不同，各層的測(cè)壓面位置就有高低之別，這樣，若有通道，就可能發(fā)生流體向上、下儲(chǔ)集層的層間垂向運(yùn)移。

1井2井結(jié)論：1）對(duì)于同層來(lái)說(shuō)，若水位面水平，在層內(nèi)各點(diǎn)折算壓力相等，層內(nèi)流體不流動(dòng)；2）對(duì)于不同層來(lái)說(shuō)，只要有折算壓差存在，流體就會(huì)發(fā)生層間流動(dòng)。流體總是從測(cè)壓面高的層向測(cè)壓面低的層運(yùn)移；若兩層測(cè)壓面高度相同，則不發(fā)生層間垂向運(yùn)移。例如1號(hào)井鉆穿Ⅰ、Ⅱ兩層，折算壓頭分別為H1和H2，由于Ⅰ層測(cè)壓面比Ⅱ?qū)訙y(cè)壓面高，所以H2>H1。折算壓頭差Hb=H2－H1，即在折算壓差的作用下，液體從I層向下流往Ⅱ?qū)?。測(cè)壓面2測(cè)壓面118（二）折算壓力的應(yīng)用1井2井結(jié)論：1）對(duì)于同層來(lái)說(shuō)，若水位面②動(dòng)水環(huán)境

儲(chǔ)集層供、泄水區(qū)的海拔高程不同，測(cè)壓面呈傾斜狀，因而折算壓力都沿測(cè)壓面傾斜方向有規(guī)律地遞減。例如圖中A、B兩點(diǎn)的絕對(duì)地層壓力：PA=hA

×(ρwg)PB=hB

×(ρwg)

∵h(yuǎn)A<hB∴PA<PB而兩點(diǎn)的折算壓力

P′A=(hA+h1)×(ρwg)P′B=(hB+h2)×(ρwg)

∵h(yuǎn)A+h1>hB+h2∴P′A>P′B所以盡管A點(diǎn)的地層壓力小于B點(diǎn)，但由于A點(diǎn)折算壓力大于B點(diǎn)，水從A點(diǎn)流向B點(diǎn)。19②動(dòng)水環(huán)境所以盡管A點(diǎn)的地層壓力小于B點(diǎn)，但由于A點(diǎn)折算壓力

所以，在動(dòng)水壓力作用下，儲(chǔ)集層內(nèi)的流體沿測(cè)壓面傾斜的方向流動(dòng)，并不決定于層內(nèi)的絕對(duì)地層壓力，而是受折算壓力所控制。無(wú)論各點(diǎn)的絕對(duì)地層壓力如何，水的流動(dòng)方向總是從折算壓力高向折算壓力低的方向流動(dòng)。因此，應(yīng)將測(cè)得的各井油層壓力換算成折算壓力后，繪制出折算壓力等值線圖作為油田開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析的重要資料。20所以，在動(dòng)水壓力作用下，儲(chǔ)集層內(nèi)的流體沿測(cè)壓面傾第2節(jié)油氣層的溫度一、地下溫度及其來(lái)源（一）基本概念：

1．地溫梯度：在地表上層（恒溫帶）以下，深度每增加100米地溫的增加值。GT=100（T-t）/（H-h）式中，GT——地溫梯度，℃/100mT——深度為H處的地層溫度，℃，H——測(cè)溫點(diǎn)的深度t——恒溫帶的溫度，℃，h——恒溫帶的深度

地球的平均地溫梯度為3℃/100m，稱(chēng)為正常地溫梯度。低于此值的為地溫梯度的負(fù)異常（冷盆地），高于此值的為地溫梯度的正異常（熱盆地）。

21第2節(jié)油氣層的溫度21由于地球熱力場(chǎng)的非均質(zhì)性，地溫梯度在各地不一。如松遼盆地4.0℃/100m，四川盆地川南地區(qū)2.4℃/100m。地溫梯度的高低，對(duì)油氣生成、運(yùn)移、聚集乃至開(kāi)采等都有很大的影響。2．地溫級(jí)度：地溫每升高1℃時(shí)，深度的增加值。實(shí)際上是地溫梯度的倒數(shù)。

DT=（H-h）/（T-t）22由于地球熱力場(chǎng)的非均質(zhì)性，地溫梯度在各地不一。（二）地溫的影響因素：

1．大地構(gòu)造性質(zhì)

影響地溫的因素很多，其中起主導(dǎo)作用和全局性影響的是大地構(gòu)造性質(zhì)。1）所處的構(gòu)造部位：是決定區(qū)域地溫分布的最重要的控制因素。從全球來(lái)看，在板塊構(gòu)造的不同部位，反映了截然不同的地溫特征。如大洋中脊的高地溫，海溝部位的低地溫，海盆部位的一般地溫。在穩(wěn)定的古老地臺(tái)區(qū)具有較低的地溫，而在中新生代裂谷區(qū)則具有較高的地溫。2）地殼厚度：對(duì)地溫也有重要的影響。地殼厚度薄，地溫及地溫梯度一般較高。如我國(guó)東部地區(qū)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。23（二）地溫的影響因素：232．巖石熱導(dǎo)率巖石傳導(dǎo)熱的能力，用巖石熱導(dǎo)率表示。巖性不同，熱導(dǎo)率不同，例如玄武巖>碳酸鹽巖>碎屑巖>水>油>氣。一般，在同一井中，導(dǎo)熱性差的巖石具有較高的地溫梯度，導(dǎo)熱性好的巖石具較小的地溫梯度。3．地下水循環(huán)地下水是一種良好的載熱體，在地下水活動(dòng)過(guò)程中，深層的熱水上升可引起周?chē)鷧^(qū)地溫普遍增高；地表溫度較低的地下水也可通過(guò)開(kāi)啟性斷層流到深部，從而使地溫降低。242．巖石熱導(dǎo)率244．局部構(gòu)造影響

如背斜構(gòu)造，頂部地溫梯度高，兩翼低。原因：熱流傳導(dǎo)的各向異性。當(dāng)?shù)貙觾A斜時(shí)，熱流將偏向地層上傾方向傳播，結(jié)果造成背斜使熱流聚斂，向斜使熱流分散，所以背斜頂部比翼部熱流密度大。

除上述原因之外，還有其它因素，如巖漿侵入、放射性元素蛻變等。254．局部構(gòu)造影響25（三）地溫來(lái)源：

1）太陽(yáng)輻射帶：地溫受太陽(yáng)能影響的地殼表層。隨晝夜和季節(jié)變化。約20米。2）常（恒）溫帶：是地球內(nèi)部熱與太陽(yáng)輻射熱的相互影響達(dá)到平衡的地帶，約20-130米厚。3）地?zé)釒Вㄔ鰷貛В撼貛е?，溫度隨深度增加而有規(guī)律的增大。

對(duì)于油氣田勘探和開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，主要研究增溫帶。地殼上層10km以?xún)?nèi)，熱能可能來(lái)自地核熱源。包括巖漿侵入與冷卻、地?zé)彷椛渑c對(duì)流、放射性元素蛻變、地殼變動(dòng)摩擦熱、滲透層內(nèi)放熱化學(xué)反應(yīng)等。26（三）地溫來(lái)源：26二、地溫的測(cè)定

對(duì)于研究油氣生成來(lái)說(shuō)，應(yīng)恢復(fù)古地溫，以求得生油巖所經(jīng)受的最高溫度。對(duì)于研究油層物理、石油鉆井和油氣田開(kāi)發(fā)等方面的問(wèn)題來(lái)說(shuō)，應(yīng)用現(xiàn)今地溫即可。測(cè)定現(xiàn)今地溫的兩種方法：

1、電測(cè)溫度：電測(cè)溫度在完鉆后進(jìn)行。由于泥漿溫度往往低于井底的地層溫度，致使井溫測(cè)量記錄的溫度一般比真正的地層溫度低，因此，要進(jìn)行多次井溫測(cè)量，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算真正的地溫。

Tf--真正的地下溫度；t1，t2，t3-各次測(cè)井時(shí)泥漿循環(huán)停止的時(shí)間。T1，T2，T3-各次測(cè)井時(shí)的井底溫度。=27二、地溫的測(cè)定=272．采油溫度：

在采油過(guò)程中所測(cè)得的井底油層溫度。在實(shí)際工作中，常用采油溫度校正電測(cè)溫度。對(duì)同一深度，采油溫度都高于電測(cè)溫度，平均差值達(dá)22%。常用這個(gè)平均差值做為校正系數(shù)，對(duì)沒(méi)有采油溫度的油氣田將電測(cè)溫度校正為地層溫度。282．采油溫度：28三、油氣田分布與地溫關(guān)系1．油氣藏形成的可能性與地溫的關(guān)系

油氣初次運(yùn)移主要時(shí)期，即生油巖成巖的中期階段，其孔隙度為30-10%，埋深1500-2800米；有機(jī)質(zhì)生成石油的有利溫度范圍為60-100℃。由此預(yù)測(cè)，地溫梯度在2.5-4℃/100米有利于油氣藏形成。29三、油氣田分布與地溫關(guān)系292．油氣藏平面分布與地溫的關(guān)系

油氣藏形成的最佳溫度范圍為52.5-127℃，若地下溫度過(guò)高，會(huì)使石油變質(zhì)，直接影響油氣的平面分布。例如美國(guó)阿巴拉契亞盆地，自西向東依次為油藏—油氣藏—?dú)獠氐姆植家?guī)律，主要是熱變質(zhì)作用造成的。302．油氣藏平面分布與地溫的關(guān)系303．油氣藏的縱向分布與地溫的關(guān)系

地下溫度不僅影響油氣的平面分布，而且對(duì)油氣縱向分布的影響更為明顯。隨埋深增加，地溫有規(guī)律的升高，油氣縱向分布則表現(xiàn)出明顯的分帶性。

1）深度范圍：

深度小于1500米，氣藏為主。1500-4000米，油氣藏為主。大于4000米氣藏和凝析氣藏為主。

2）時(shí)代：

時(shí)代變老，石油成分低分子增加，密度減小等。

地下溫度不僅影響油氣的地下分布，而且影響油氣藏中流體的物理性質(zhì)。溫度升高，石油的粘度降低，易于流動(dòng)。所以研究地下溫度，對(duì)油氣田開(kāi)發(fā)意義重大。313．油氣藏的縱向分布與地溫的關(guān)系31思考題1、何謂地層壓力、靜水壓力、壓力系數(shù)、壓力梯度？2、地層壓力的主要來(lái)源？3、何謂異常地層壓力？異常壓力形成的原因主要有哪些？4、何謂折算壓力？如何根據(jù)折算壓力判斷儲(chǔ)集層內(nèi)流體流動(dòng)的方向？5、何謂地溫梯度？32思考題32演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！第九章油氣層的壓力和溫度

壓力和溫度不但在油氣生成、油氣運(yùn)移、聚集過(guò)程中，起著極為重要的作用，而且在油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中也是至關(guān)重要的。地層壓力和地層溫度是開(kāi)發(fā)油氣田的能量，也是油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中重要的基礎(chǔ)參數(shù)。油氣藏地層壓力和溫度的高低不僅決定著油氣等流體的性質(zhì)，還決定著油氣田開(kāi)發(fā)的方式、油氣開(kāi)采的技術(shù)特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)成本，以及油氣的最終采收率。因此，研究壓力和溫度，在油氣田勘探和開(kāi)采中具有重要意義。34第九章油氣層的壓力和溫度1第1節(jié)油、氣層的壓力一、地層壓力及其來(lái)源1．概念：1）地層壓力（Pf）：作用于巖層孔隙空間內(nèi)流體上的壓力稱(chēng)為地層壓力或孔隙流體壓力。對(duì)于油、氣藏來(lái)說(shuō)，則分別稱(chēng)為油層壓力和氣層壓力。2）靜水壓力（PH）：地層中孔隙空間內(nèi)地層水重量產(chǎn)生的水柱壓力。方向：垂直向下。

PH=H·w·g

P—靜水壓力，Pa；H—測(cè)壓點(diǎn)的水柱高度（水壓頭），m；

w—水的密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。

35第1節(jié)油、氣層的壓力23）地靜壓力：上覆巖層重量所產(chǎn)生的巖石壓力。4）上覆負(fù)荷壓力（S）：上覆巖層和孔隙空間內(nèi)流體的總重量所產(chǎn)生的壓力。5）壓力系數(shù)：實(shí)測(cè)的地層壓力與按同一地層深度計(jì)算的靜水壓力的比值。遼東灣地區(qū)地層壓力與埋深關(guān)系正常地層壓力：在一般地質(zhì)條件下，地層壓力與靜水壓力相當(dāng)，即壓力系數(shù)≈1，異常地層壓力：偏離靜水壓力的地層孔隙流體壓力。

異常高壓：地層壓力高于靜水壓力，壓力系數(shù)大于1。也稱(chēng)壓力過(guò)剩。

異常低壓：地層壓力低于靜水壓力，壓力系數(shù)小于1。也稱(chēng)壓力不足。363）地靜壓力：上覆巖層重量所產(chǎn)生的巖石壓力。遼東灣地區(qū)地層壓

6）動(dòng)水壓力

也叫水動(dòng)力：同一巖層具有不同海拔高度的供水區(qū)和瀉水區(qū)，由于水位面傾斜引起地層水流動(dòng)而產(chǎn)生的壓力。是二次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿χ弧?）壓力梯度：地層壓力隨深度的增加率。有兩種壓力梯度，一是靜水壓力梯度，即靜水壓力隨深度的增加率。一般105Pa/10m。

二是動(dòng)水壓力梯度：沿水流方向上，單位距離的壓力降。376）動(dòng)水壓力42．地層壓力來(lái)源：主要有兩個(gè)來(lái)源：（1）地層孔隙空間內(nèi)地層水重量所產(chǎn)生的靜水壓力；（2）上覆巖層重量所產(chǎn)生的壓力，即地靜壓力。一般情況下，地層與外界聯(lián)系，即開(kāi)放體系，地靜壓力主要由巖石骨架承擔(dān)，巖層連通孔隙中的流體只承擔(dān)地層水重量產(chǎn)生的靜水壓力，地層壓力為靜水壓力。此時(shí)為正常地層壓力。在一些比較特殊的情況下，例如封閉的體系，如孤立的砂巖透鏡體，或流體排出不暢通的體系，隨著上覆負(fù)荷增加，地層孔隙中的流體不能及時(shí)排出，地層孔隙中的地層水不但要承受靜水壓力，還要承受一部分地靜壓力，就產(chǎn)生超壓。382．地層壓力來(lái)源：5其它來(lái)源：流體膨脹力、巖石彈性力等。

在一個(gè)盛滿水的圓筒內(nèi)裝有幾層帶孔的金屬板，金屬板之間由金屬?gòu)椈蓙?lái)支撐。金屬?gòu)椈赡M巖石骨架。在圓筒頂部施加一負(fù)荷S。當(dāng)水排出暢通時(shí)（C），負(fù)荷S由彈簧承擔(dān)，流體壓力為靜水壓力；當(dāng)水排出不暢通時(shí)（B），負(fù)荷S一部分由彈簧承擔(dān)，一部分由筒內(nèi)的水承擔(dān)，流體壓力大于靜水壓力；當(dāng)水不排出時(shí)（A），負(fù)荷S全部由筒內(nèi)的水承擔(dān)，彈簧高度保持不變，流體壓力遠(yuǎn)大于靜水壓力。39其它來(lái)源：流體膨脹力、巖石彈性力等。在一個(gè)盛滿二、原始油層壓力（一）原始油層壓力及其分布

原始油層壓力：在未投入開(kāi)發(fā)之前油氣層內(nèi)流體所承受的壓力。一般用第一口或第一批探井試油時(shí)所測(cè)得的壓力數(shù)值代表。

在正常的地質(zhì)條件下，具有統(tǒng)一水動(dòng)力系統(tǒng)的油氣藏，原始油層壓力主要源于流體壓力，其分布規(guī)律遵循連通器的原理，即在同一壓力系統(tǒng)中流體處于平衡的條件下，任何深度上的壓力大小，取決于該深度上流體液柱的高度和流體的密度?，F(xiàn)以背斜油氣藏為例，說(shuō)明其原始油層壓力的分布狀況。40二、原始油層壓力在正常的地質(zhì)條件下，具有統(tǒng)一水下圖是一具有原生氣頂?shù)谋承庇蜌獠?，油層一?cè)在海拔+100米的地表出露，具供水區(qū)，油層的另一側(cè)，或因巖性尖滅，或因斷層的封隔未能出露地表，故無(wú)泄水區(qū)。因此油氣藏的測(cè)壓面是以供水露頭海拔（+100米）為基準(zhǔn)的水平面。勘探初期，鉆了4口探井，各井的原始地層壓力可按靜水壓力公式求得。

1號(hào)井鉆在油藏的含水部位，井底海拔高度為-500米，井內(nèi)液柱高h(yuǎn)1=600米，若地層水的密度為w=1.0×103kg/m3,則其原始地層壓力為

P01=h1·w·g=600×1.0×103×10=6×106Pa=6MPa

油-水界面的海拔高度為-700米，則油—水界面上的原始地層壓力為1號(hào)井的原始地層壓力值加上1號(hào)井至油—水界面這段水柱重量所產(chǎn)生的壓力，即P0w=P01+h0·w·g

=6×106+（700-500）×1.0×103×10=8MPa10zhi41下圖是一具有原生氣頂?shù)谋承庇蜌獠?，油層一?cè)2號(hào)井鉆在油藏的含油部位，井底海拔高度為-500米，若原油密度為o=0.85×103kg/m3，則其原始油層壓力要從油—水界面上的壓力減去自油—水界面至該井井底這一段油柱的壓力，即P02=P0w-h0·o·g=8×106-（700-500）×0.85×103×10=6.3MPa

在2號(hào)井內(nèi)，相當(dāng)于6.3Mpa的油柱高度為h2=P02/（o·g）=6.3×106/(0.85×103×10)=741.2米

由于2號(hào)井內(nèi)液面海拔為-500+741.2=241.2米，低于井口海拔（+350米），故2號(hào)井的原油不能自噴。

4號(hào)井也是鉆在油藏的含油部分，井口海拔為+100米，井底海拔與2號(hào)井的相同，故其原始油層壓力相等，井內(nèi)液面海拔也應(yīng)為241.2米，高于該井的井口海拔(100米)，故4號(hào)井為自噴井。422號(hào)井鉆在油藏的含油部位，井底海拔高度為-5

3號(hào)井鉆在油氣藏的氣頂上，因天然氣的密度隨溫度和壓力的變化而變化，故其壓力不能從油—?dú)饨缑嫔系膲毫χ苯訉?dǎo)出，而必須根據(jù)井口最大關(guān)井剩余壓力來(lái)計(jì)算。但是，因氣體的密度小，因此氣柱高度變化對(duì)氣井壓力影響較小，所以當(dāng)氣頂?shù)母叨炔淮髸r(shí)，可用油—?dú)饣驓狻缑嫔系脑加蛯訅毫Υ須獠兀ɑ驓忭敚﹥?nèi)各處的壓力。油-氣界面的海拔高度為-400米，3號(hào)井的原始油層壓力等于2號(hào)井的原始油層壓力減去該井至油—?dú)饨缑?海拔-400米)間的油柱壓力，即

P03=p0g-h3·o·g=6.3×106-

(500-400)×0.85×103×10=5.45MPa433號(hào)井鉆在油氣藏的氣頂上，因天然氣的密度隨溫度和（二）原始油層壓力的測(cè)定

1）實(shí)測(cè)法：

在油氣田勘探階段，常以第一批探井打開(kāi)油層后，下入井底壓力計(jì)，關(guān)井待油層壓力恢復(fù)穩(wěn)定后，所測(cè)得的油層中部壓力值，即為原始油層壓力。

2）試井法：

油田開(kāi)發(fā)初期，可根據(jù)試井資料繪制油層壓力恢復(fù)曲線求得。一般根據(jù)井口最大套管壓力計(jì)算原始油層壓力：

Po=Pmax+H·O·g

Pｏ—原始油層壓力，Pa；Ｐｍａｘ—最大套管壓力，H—油層深度，即油柱高度，m；

o—油的密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。

時(shí)間套管壓力44（二）原始油層壓力的測(cè)定時(shí)間套管壓力11三、原始油層異常壓力原始油層異常壓力：偏離靜水壓力的地層孔隙流體壓力?；蚍Q(chēng)壓力異常。（一）異常壓力判斷方法

1）壓力系數(shù)判斷法：

>1，有異常高壓；<1，有異常低壓。

2）壓力梯度法：

一些國(guó)家常用壓力梯度法判斷異常地層壓力的存在。當(dāng)壓力梯度Gp=0.1Mpa/10m(Gp=1atm/10m)時(shí)，屬正常地層壓力；當(dāng)壓力梯度Gp>0.1Mpa/10m時(shí)，屬高異常地層壓力；當(dāng)壓力梯度Gp<0.1Mpa/10m時(shí)，屬低異常地層壓力；45三、原始油層異常壓力12（二）異常壓力形成原因1）有機(jī)質(zhì)生烴及流體熱增壓作用：

這是地層中產(chǎn)生超壓的首要原因。隨著地層埋藏深度加大，經(jīng)受地溫升高，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)成熟生成大量石油和天然氣，地層水也會(huì)出現(xiàn)水熱增壓現(xiàn)象，在烴源層及儲(chǔ)集層中都會(huì)造成異常高地層壓力，在含油氣盆地中這是非常普遍的事實(shí)。2）風(fēng)化剝蝕作用：

剝蝕作用常常引起地形起伏甚大,而測(cè)壓面的位置未變,于是測(cè)壓面與地面的高低關(guān)系可能因地而異，造成A、B兩個(gè)油藏分別出現(xiàn)壓力過(guò)剩與壓力不足的現(xiàn)象。46（二）異常壓力形成原因133）斷層與巖性封閉作用：

在厚層泥巖中所夾的砂巖透鏡體油藏，原來(lái)埋藏較深，原始地層壓力較大。后來(lái)，在塊斷升降運(yùn)動(dòng)作用下，油藏所在斷塊上升，深度變淺，但原始地層壓力仍然保持下來(lái)，形成高壓異常；相反，也可造成低壓異常。

4）刺穿作用：

在鹽丘和泥火山發(fā)育區(qū)，由于不均衡壓力而使可塑性巖體發(fā)生侵入刺穿作用，致使上覆一些軟的頁(yè)巖和未固結(jié)砂層發(fā)生擠壓與斷裂變動(dòng)，減少孔隙容積，流體壓力增大，造成高壓異常。473）斷層與巖性封閉作用：4）刺穿作用：14

5）浮力作用：

氣、油、水的密度差引起的浮力作用，也可使油氣藏內(nèi)出現(xiàn)過(guò)剩壓力。如下圖表示一個(gè)背斜氣藏，測(cè)壓面(水位面)處于水平狀態(tài)氣-水界面上的1井（A點(diǎn)）與水層中的2井（B點(diǎn)）海拔高度相同，兩點(diǎn)的壓力相等。而海拔高度相同的C、D兩點(diǎn)，分別位于氣藏內(nèi)部和水層之中，因氣、水比重不同，而兩點(diǎn)的壓力不等，氣藏內(nèi)的C點(diǎn)由于受浮力作用所具有的過(guò)剩壓力為：

式中，hg—C、D點(diǎn)與氣-水界面的海拔高差；w、ｇ—地層條件下水、氣的密度。485）浮力作用：式中，hg—C、D點(diǎn)與氣-水界面的海拔高差；6）泥質(zhì)巖類(lèi)的壓欠實(shí)作用：

7）粘土礦物的成巖演變粘土礦物的壓實(shí)成巖演變中，即在蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，有大量層間水析出，成為粒間水。若排泄不暢，可形成異常高地層壓力。496）泥質(zhì)巖類(lèi)的壓欠實(shí)作用：16四．折算壓力的概念及其應(yīng)用在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中均需判斷油層內(nèi)流體運(yùn)移方向。由于構(gòu)造變形或地形起伏的影響，往往根據(jù)絕對(duì)地層壓力值并不能判斷儲(chǔ)集層內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的方向，而必須把地層壓力換算成折算壓力，用折算壓力才能闡明流體在層間或?qū)觾?nèi)運(yùn)移的方向。（一）概念

折算壓力：為消除構(gòu)造因素的影響和正確判斷地下流體的運(yùn)動(dòng)方向，把所測(cè)得的油層真實(shí)壓力折算到某一水平基準(zhǔn)面上的壓力?；鶞?zhǔn)面可任意選擇一水平面，但通常選海平面或油水界面。50四．折算壓力的概念及其應(yīng)用17（二）折算壓力的應(yīng)用

研究油氣層內(nèi)流體是否流動(dòng)或其流動(dòng)方向。

流體總是從折算壓力高向折算壓力低的方向流動(dòng)。①靜水環(huán)境

測(cè)壓面為水平的，取海平面為折算平面（基準(zhǔn)面）。

對(duì)Ⅰ層而言，1、2號(hào)井的測(cè)壓面至海平面的高度相等，折算壓頭均為H1，即折算壓力相等，因此1、2井間液體不能流動(dòng)，即在每個(gè)儲(chǔ)集層內(nèi)，流體不發(fā)生運(yùn)移。對(duì)于有兩個(gè)以上的儲(chǔ)集層同時(shí)存在的情況下，由于每個(gè)層的供水區(qū)海拔高度不同，各層的測(cè)壓面位置就有高低之別，這樣，若有通道，就可能發(fā)生流體向上、下儲(chǔ)集層的層間垂向運(yùn)移。

1井2井結(jié)論：1）對(duì)于同層來(lái)說(shuō)，若水位面水平，在層內(nèi)各點(diǎn)折算壓力相等，層內(nèi)流體不流動(dòng)；2）對(duì)于不同層來(lái)說(shuō)，只要有折算壓差存在，流體就會(huì)發(fā)生層間流動(dòng)。流體總是從測(cè)壓面高的層向測(cè)壓面低的層運(yùn)移；若兩層測(cè)壓面高度相同，則不發(fā)生層間垂向運(yùn)移。例如1號(hào)井鉆穿Ⅰ、Ⅱ兩層，折算壓頭分別為H1和H2，由于Ⅰ層測(cè)壓面比Ⅱ?qū)訙y(cè)壓面高，所以H2>H1。折算壓頭差Hb=H2－H1，即在折算壓差的作用下，液體從I層向下流往Ⅱ?qū)?。測(cè)壓面2測(cè)壓面151（二）折算壓力的應(yīng)用1井2井結(jié)論：1）對(duì)于同層來(lái)說(shuō)，若水位面②動(dòng)水環(huán)境

儲(chǔ)集層供、泄水區(qū)的海拔高程不同，測(cè)壓面呈傾斜狀，因而折算壓力都沿測(cè)壓面傾斜方向有規(guī)律地遞減。例如圖中A、B兩點(diǎn)的絕對(duì)地層壓力：PA=hA

×(ρwg)PB=hB

×(ρwg)

∵h(yuǎn)A<hB∴PA<PB而兩點(diǎn)的折算壓力

P′A=(hA+h1)×(ρwg)P′B=(hB+h2)×(ρwg)

∵h(yuǎn)A+h1>hB+h2∴P′A>P′B所以盡管A點(diǎn)的地層壓力小于B點(diǎn)，但由于A點(diǎn)折算壓力大于B點(diǎn)，水從A點(diǎn)流向B點(diǎn)。52②動(dòng)水環(huán)境所以盡管A點(diǎn)的地層壓力小于B點(diǎn)，但由于A點(diǎn)折算壓力

所以，在動(dòng)水壓力作用下，儲(chǔ)集層內(nèi)的流體沿測(cè)壓面傾斜的方向流動(dòng)，并不決定于層內(nèi)的絕對(duì)地層壓力，而是受折算壓力所控制。無(wú)論各點(diǎn)的絕對(duì)地層壓力如何，水的流動(dòng)方向總是從折算壓力高向折算壓力低的方向流動(dòng)。因此，應(yīng)將測(cè)得的各井油層壓力換算成折算壓力后，繪制出折算壓力等值線圖作為油田開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析的重要資料。53所以，在動(dòng)水壓力作用下，儲(chǔ)集層內(nèi)的流體沿測(cè)壓面傾第2節(jié)油氣層的溫度一、地下溫度及其來(lái)源（一）基本概念：

1．地溫梯度：在地表上層（恒溫帶）以下，深度每增加100米地溫的增加值。GT=100（T-t）/（H-h）式中，GT——地溫梯度，℃/100mT——深度為H處的地層溫度，℃，H——測(cè)溫點(diǎn)的深度t——恒溫帶的溫度，℃，h——恒溫帶的深度

地球的平均地溫梯度為3℃/100m，稱(chēng)為正常地溫梯度。低于此值的為地溫梯度的負(fù)異常（冷盆地），高于此值的為地溫梯度的正異常（熱盆地）。

54第2節(jié)油氣層的溫度21由于地球熱力場(chǎng)的非均質(zhì)性，地溫梯度在各地不一。如松遼盆地4.0℃/100m，四川盆地川南地區(qū)2.4℃/100m。地溫梯度的高低，對(duì)油氣生成、運(yùn)移、聚集乃至開(kāi)采等都有很大的影響。2．地溫級(jí)度：地溫每升高1℃時(shí)，深度的增加值。實(shí)際上是地溫梯度的倒數(shù)。

DT=（H-h）/（T-t）55由于地球熱力場(chǎng)的非均質(zhì)性，地溫梯度在各地不一。（二）地溫的影響因素：

1．大地構(gòu)造性質(zhì)

影響地溫的因素很多，其中起主導(dǎo)作用和全局性影響的是大地構(gòu)造性質(zhì)。1）所處的構(gòu)造部位：是決定區(qū)域地溫分布的最重要的控制因素。從全球來(lái)看，在板塊構(gòu)造的不同部位，反映了截然不同的地溫特征。如大洋中脊的高地溫，海溝部位的低地溫，海盆部位的一般地溫。在穩(wěn)定的古老地臺(tái)區(qū)具有較低的地溫，而在中新生代裂谷區(qū)則具有較高的地溫。2）地殼厚度：對(duì)地溫也有重要的影響。地殼厚度薄，地溫及地溫梯度一般較高。如我國(guó)東部地區(qū)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。56（二）地溫的影響因素：232．巖石熱導(dǎo)率巖石傳導(dǎo)熱的能力，用巖石熱導(dǎo)率表示。巖性不同，熱導(dǎo)率不同，例如玄武巖>碳酸鹽巖>碎屑巖>水>油>氣。一般，在同一井中，導(dǎo)熱性差的巖石具有較高的地溫梯度，導(dǎo)熱性好的巖石具較小的地溫梯度。3．地下水循環(huán)