地层孔隙压力检测预测技术

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

异常地层孔隙压力定量确定技术

樊洪海

2006 年11月17日

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

汇报提纲一、地下压力的概念二、异常高压的形成机制与分类三、地层孔隙压力研究的意义与现状四、测井资料检测地层孔隙压力新方法研究与应用五、层速度预测地层孔隙压力模型研究与应用六、应用软件的开发与推广应用七、结论

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地下压力的概念1、静液压力(Hydrostatic Pressure)由液柱重力产生的压力。它的大小与液体密度及液头的垂直高度成正比：

Ph=ρ f gH通常把单位深度增加的压力值称为压力梯度 (Pressure Gradient):Ph Gh== gρ f H

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地下压力的概念在油气钻井工程领域，通常用当量泥浆密度来表示压力梯度，因此压力梯度的单位通常为密度的单位：ρe=Ph gH

常温下孔隙水矿化度、密度和静液压力梯度孔隙流体淡水微咸水盐水

矿化度(ppm)0~6000 7000~50000 60000~330000

密度( g/ cm )1.0~1.003 1.004~1.028 1.033~1.193

3

静液压力梯度(kPa/m)9.81~9.84 9.85~10.085 10.13~11.703

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地下压力的概念2、上覆岩层压力(Overburden Pressure)某一深度以上地层岩石骨架和孔隙流体总重力产生的压力：P 1 G0= o= H HH H w gρ w+∫0 g[(1 φ )ρ ma+φρ f]dh

经常使用的是表示为当量钻井液密度的上覆岩层压力梯度。一般采用上覆岩层压力梯度的理论值为22.7kPa/m(假设岩石骨架密度为2.5g/cc,孔隙度为10%,流体密度为1.0g/cc)。实际上,由于压实作用及岩性随深度变化,上覆岩层压力梯度并不是常数,而是深度的函数；而且不同地区,压实程度、地表剥蚀程度及岩性剖面也有较大差别，故上覆岩层压力梯度随深度的变化关系也不一定相同。实际应用时，应根据本地区地层的具体情况来确定。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地下压力的概念3、地层孔隙压力(Formation Pressure)指地层孔隙中流体(油、气、水)所具有的压力，亦简称孔隙压力(Pore pressure)。分为：◆正常地层孔隙压力( Normal formation pressure)。◆异常地层孔隙压力(Abnormal formation pressure):▼异常高压(高于静液压力)▼异常低压(低于静液压力)

在地质学上常用剩余压力表示异常高压的大小，剩余压力等于地层孔隙压力与静液压力的差值。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地下压力的概念地层孔隙压力梯度 (Formation Pressure gradient),即单位深度增加的地层孔隙压力压力值(通常表示为地层孔隙压力的当量泥浆密度): PpGp= gH

地质家通常将地层孔隙压力表示为地层孔隙压力系数，即地下某点的地层孔隙压力与该点的静水压力的比值:Cp= Pp

ρ f gH

地层孔隙压力状态分类表(据杜栩,1995)压力系数分类<0.75超低压 0.75~0.9低压 0.9~1.1常压 1.1~1.5高压>1.5超高压

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地

下压力的概念4、有效应力(Effective Stress) Terzaghi经过多年对饱和多孔介质力学特性的研究，提出了如下有效应力定理：

Pei= P i Pp“应力变化产生的所有可测量的影响 (如压缩变形、扭曲变形、剪切强度的变化等)唯一的原因是有效应力的变化”。有效应力是物理学上不可直接测量的量，只有其产生的影响(如变形)是可测量的。 Rubber和 Rubey(1959)将这一概念引入到地质学领域，有时也将有效应力称为骨架应力 (Grain to grain pressure)或基岩应力 (matrix stress)根据地下岩石的应力状态，一般将有效应力分解为三个方向：◆垂直有效应力( Vertical effective stress)◆最大水平有效应力(Maximum Effective Horizontal Stress)◆最小水平有效应力(Minimum Effective Horizontal Stress)

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地下压力的概念◆因为压实主要发生在垂直方向，控制压实过程的力实际上垂直有效应力，孔隙度的变化、孔隙流体高压的形成等过程都与垂直有效应力的变化有关。◆正常压力环境中，因沉积颗粒之间相互接触，岩石基体支撑着上覆岩层载荷，地层孔隙压力等于静液压力；而沉积颗粒间垂直有效应力的任何减少，将使孔隙内流体支持部分上覆岩层载荷，形成异常高压。因此，异常高压形成可以通过有效应力定理得到解释。◆若设法求出上覆岩层压力和垂直有效应力，可以利用该定理确定地层孔隙压力。◆最小水平有效应力控制着地下岩石中裂缝的方向，地下的天然裂缝或人工裂缝其延伸方向一般与最小水平有效应力垂直。其也是确定地层破裂压力或裂缝传播压力的基础。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地下压力的概念5、地层破裂压力与裂缝传播压力当井眼内流体柱的压力达到一定值时会将地层压裂。用地层破裂压力 (Formation Fracture Pressure)或地层裂缝传播压力 (Fracture propagation pressure)来描述地层的这种承压能力。钻井领域一般将地层破裂压力定义为在井下一定深度处，使地层破裂并产生裂缝时井眼内流体柱的压力。由于构造运动或钻头的破碎作用，井眼周围的岩石中往往存在许多微裂缝，使这些已经存在的微裂缝张开并扩展的压力称为裂缝传播压力。裂缝传播压力略小于地层的破裂压力。因此，有些学者将其作为地层破裂压力的下限，并作为设计套管下深与确定钻井液密度上限值的依据。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地下压力的概念

经常使用的是地层破裂压力梯度 (Formation fracture gradient)的概念：

Gf=

Pf gH

同上述其它地下压力梯度一样，油气钻井领域通常将地层破裂压力的当量泥浆密度作为地层破裂压力梯度来使用。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

一、地下压力的概念地下压力

Ph -静液压力； Pehmin Po Pev深度

Pp -

地层孔隙压力； Pf -裂缝传播压力； Po -上覆岩层压力 Pex -剩余压力； Pev -垂直有效应力； Pehmin -最小水平有效应力 Pf

Pp Pex Ph

地下压力概念图示

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

二、异常高压的形成机制与分类2.1异常高压形成机制异常压力的成因条件多种多样，一种异常压力现象可能是由多种互相叠置的因素所致，其中包括地质的、物理的、地球化学和动力学的因素。但就一个特定异常压力体而言，其成因可能以某一种因素为主，其它因素为辅。 (1)不平衡压实作用 (3)水热增压 (5)蒙脱土脱水作用 (7)石膏/硬石膏转化 (9)水势面的不规则性 (2)构造挤压 (4)生烃作用 (6)浓差与逆浓差作用 (8)流体密度差异 (10)深部气体充填封存箱的分隔和抬升

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

二、异常高压的形成机制与分类1、不平衡压实作用①沉积速率；②孔隙空间减小速率；③地层渗透率的大小；④流体排出情况;平衡压实形成正常压力，平衡压实形成异常高压。快速沉积是造成不平衡压实的主要原因之一，由于沉积速率过快，造成沉积颗粒排列不规则(没有足够的时间),排水能力减弱，继续增加的上覆沉积载荷部分由孔隙流体承担，形成异常高压，同时造成地层的欠压实。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

二、异常高压的形成机制与分类另外一种常见的欠压实情况是一非渗透致密盖层的快速沉积导致其下地层的欠压实与异常高压，最为典型的例子是“复合盐层”中与岩盐层拌生的软泥岩地层。致密盖层

不平衡压实作用常见于陆地边缘的三角洲地区，这些地区沉积速率大，在沉积剖面中泥页岩含量远高于其它岩性，因此极易形成异常高压，如我国东部地区的某些中新生代地层。大多数研究者认为，泥质沉积物的压实不平衡(欠压实)是下第三系沉积盆地中遇到大多数异常高压的主要原因。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

二、异常高压的形成机制与分类2、构造挤压在构造变形地区，由于地层的剧烈升降，产生构造挤压应力，如果正常的排水速率跟不上附加压力(构造挤压力)所产生的附加压实作用，将会引起地层孔隙压力增加，产生异常高压。例如，在某些情况下，断层可能起着流体通道作用，但在另外一些情况下，却可能起到封闭作用，而引起异常高压。所以，同样是断块盆地，有的可能是异常高压层，有的可能不是。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

二、异常高压的形成机制与分类3、水热增压随着埋深增加而不断升高的温度，使孔隙水的膨胀大于岩石的深度或温度

地下压力

封隔深度

水热增压

上覆压力

膨胀(水的热膨胀系数大于岩石的热膨胀系数)。如果孔隙水由于存在流体隔层而无法逸出，孔隙压力将升高。

破裂压力

机械加载静液压力

图2-4

水热增

压作用示意图

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

二、异常高压的形成机制与分类4、生烃作用在逐渐埋深期间，将有机物转化成烃的反应也产生流体体积的增加，从而导致单个压力封存箱内的超压。许多研究表明与烃类生成有关的超压产生的破裂是烃类从源岩中运移出来进入多孔的、高渗透储集岩的机制，尤其是甲烷的生成在许多储集层中已被引为超压产生的原因。气体典型地同异常压力有联系，异常压力具有气体饱和的特点。当源岩中的有机质或进入储集层中的油转变成甲烷时，引起相当大的体积增加。在良好的封闭条件下，这些体积的增加能产生很强的超高压.

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

二、异常高压的形成机制与分类5、蒙脱土脱水作用

沉积的蒙脱土吸附粒间自由水，成为粘土层间束缚水。当地温达到约123度时，粘土结构晶格破裂，蒙脱土的层间束缚水被排除而成为自由水，称为蒙脱土脱水过程，相应的埋深称为蒙脱土脱水深度。释放到孔隙中的束缚水因发生膨胀，体积远远超过晶格破坏所减少的体积。若排水通畅，则地层进一步压实，地层孔隙压力为静液压力。如果地层是封闭的，将产生高于静液压力的地层孔隙压力。若存在钾离子，吸附钾离子，蒙脱土向伊利石转化。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

二、异常高压的形成机制与分类6浓差作用浓差作用是盐度较低的水体通过半渗透隔膜向盐度较高水体的物质迁移。只要粘土或页岩两侧的盐浓度由明显的差别，粘土或页岩便起着半渗透膜的作用，产生渗透压力。渗透压差与浓度差成正比，浓度差越大，渗透压差也越大。浓差流动可以在一个封闭区内产生高压。浓差作用引起的异常高压远比压实作用和水热作用引起的高压小得多。

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

二、异常高压的形成机制与分类7.逆浓差作用逆浓差作用现象的研究已有文献刊载，逆浓差作用也就是水从高压、高盐度区流向低压、低盐度区的过程。当水从高压区流入时，在低盐度区的压力就会升高(高于正常压力),而这种机制同样不能用于解释有效封存箱中产生的异常压力。 8石膏/硬石膏转化无论是石膏脱水转化成硬石膏，还是硬石膏在深部再水化成石膏都被作为碳酸盐岩中产生异常压力的可能机制

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/psi4.html