异常地层压力

更新时间:2022-08-25 13:35

异常地层压力是指偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力称之为异常地层压力,或称为压力异常。

概念

地层压力即作用于地层孔隙流体的压力定义,在正常压实条件下,这个作用于孔隙流体的压力即为静水柱的压力。但是由于许多因素的影响,作用于地层孔隙流体的压力,很少是等于静水柱压力的。通常我们把偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力称之为异常地层压力,或称为压力异常。

表示方法

在油气田勘探开发的过程中。特别是在勘探阶段,国内外都非常重视油气藏压力异常情况的研究,认真找出异常地层压力变化的规律。在研究异常地层压力时常用压力系数或压力梯度来表示异常地层压力的大小。

国内常用的是压力系数。所谓压力系数可用来表示,它是指实测地层压力与同一深度静水压力的比值:

显然时,实测地层压力与静水柱压力相等,这时属正常地层压力;时,则为异常地层压力。当时,称为高异常地层压力,或称高压异常;当时,称为低异常地层压力,或称低压异常。

原因

国内外的不少学者在做了大量的研究、实验、分析后认为,异常地层压力形成的原因是多种多样的,其中主要的是成岩作用、构造作用、热力作用、生物化学作用、渗析作用和古压力等。

研究和预测压力异常对认识油层能量特征,评价油气藏形成的基本条件及指导安全生产、保护油气层等方面是极为重要的。如在钻井过程中,当油气层的地层压力异常低时,易产生井漏;当地层压力异常高时,易产生井喷。

近年来国外对引起异常地层压力的原因及预测异常地层压力的方法都做了很多研究工作,取得了较大的进展。而我国在测井预告地层压力异常方面,也取得了可喜的成绩。

在自然界,引起异常地层压力的原因很多,情况也很复杂,必须结合具体的地质条件进行分析。造成异常地层压力的主要原因是剥蚀作用及构造断裂作用。

(1)剥蚀作用。由于剥蚀作用,易造成高压异常和低压异常。如图1a层比b层埋藏探,按正常情况应该是a层的压力大于b层的压力,但由于剥蚀作用的结果,b层压力大于a层压力,a层为低压异常,b层为高压异常。

(2)构造断裂作用。

①如图2所示,油层和地面供水区连通时为正常压力(图2a),后来发生了断裂,断层使油藏与供水区失去联系,并且由于剥蚀作用使油藏埋藏深度变小(H1H),就会造成低压异常。

②岩性遮挡油藏原来埋藏较深,具有较大的压力,后因断裂作用上升,其原始压力仍然保存下来形成高压异常。与此相反,岩性油藏埋藏较浅,后因断层作用下沉,仍保持原来压力,结果造成低压异常(图2a)

③断裂作用还可以把深部的高压气层与浅层油藏勾通,形成个统一的压力系统。此时,油层压力将显著地高于按井深H计算出的静水压力。

(3)构造断裂与剥蚀作用口最初的原始油层压力由静水压头H1造成,后来由于断裂作用使其与高山供水区隔绝。后来的剥蚀作用的结果,使高山供水区降低,但油层保持原来的压力,形成高压异常。

(4)刺穿作用。在不均衡的压力作用下,可塑性岩层发生侵入刺穿作用,使上覆一些软的页岩和固结的砂层发生挤压与断裂变动,从而减少孔隙容积,使其中流体压力增大而形成高压异常。这就是盐丘及泥火山发育区常出现高压异常的原因。

(5)成岩作用。在成岩作用的过程中,造成高压异常的主要因素又可分为泥、页岩压实作用。蒙脱石脱水作用以及硫酸盐岩的成岩作用等。

(6)热力作用和生化作用。

①热力作用。世界钻探经验表明,异常高压地带V}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高一异常地层压力的形成。

②生化作用。经研究证明,催化反应、放射性衰变、细菌作用等,均可使烃类的微小颗粒裂解为较简单的化合物,从而增大体积,在封闭的系统中形成高异常地层压力。

(7)渗析作用。在粘土或页岩地层两侧的液体的含盐浓度不同时,浓度低的液体就会以粘土或页岩作为半渗透膜,向着浓度高的液体中渗流,从而产生渗析压力。在封闭的地质环境中,这种渗析压力也是形成高压异常的原因。Jones在60年代末曾试验研究过这类渗析现象,并指出,违过单一的粘土半渗透隔膜所产生的渗析压力差,最高可达24. 6 MPa,这种渗析作用的结果,必然会使高含盐度或浓度高的液体一侧地层中形成高压异常。

(8)测压水位的影响。因区域测压水位的影响而显示出异常地层压力的现象是不淮理解的。人们通常利用静水压力来代替地层压力是基于这样一种理想的情况,即测压水位(供水区露头海拔高度)与研究井井口的海拔高度一致,换句话说,供水区露头与研究井井口是处于同一水平面匕,但实际.匕,由于不均匀的剥蚀作用,地壳表面总是凹凸不平的。若测压水位高于井口海拔高度,油井就显示出高异常地层压力。

(9)流体密度差异。油气藏流体密度的差异会影响地层庄力的分布,特别是对于气一水系统。如果地层倾斜较陡,气藏高度又很大时,这种影响就更加明显,位于气藏顶部的气井往往显示出特别高的异常地层压力。

预测方法

预测异常地层压力的任务是确定异常地层压力带的层位和顶部深度,计算出异常地层压力值的大小。

具有高压,特别是超高压异常地层庄力的油气层在地下并非孤立地存在。正如在页岩的压实作用对异常压力形成的影响问题中指出的那样,高压或超高压储油气层周围的泥、页岩层,是处于从正常地层压力到异常地层压力过渡的地带上,因此,这个过渡地带上的泥、页岩也就具备了高压或超高压异常地层压力的特征。与远离高压异常带的,属于正常压实的泥、页岩相比,过渡带的泥、页岩由于是欠压实的,因此,其密度较小,孔隙度较大,其地球物理特性为电阻率值低、声波时差大。在钻井过程中,当钻入过渡带时,还可能产生井喷、井漏、井涌以及钻井参数出现异常等现象。对过渡带的这些显示进行仔细的观察和研究,便可预测异常地层压力。

国内外在预测砂、泥岩剖面中的异常地层压力方面,广泛地采用了地球物理勘探、地球物理测井以及钻井地质资料分析法等。

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