1、第九章第九章 油氣層的壓力和溫度油氣層的壓力和溫度 壓力和溫度不但在油氣生成、油氣壓力和溫度不但在油氣生成、油氣運移、聚集過程中，起著極為重要的作運移、聚集過程中，起著極為重要的作用，而且在油氣田開發過程中也是至關用，而且在油氣田開發過程中也是至關重要的。地層壓力和地層溫度是開發油重要的。地層壓力和地層溫度是開發油氣田的能量，也是油氣田開發過程中重氣田的能量，也是油氣田開發過程中重要的根底參數。油氣藏地層壓力和溫度要的根底參數。油氣藏地層壓力和溫度的上下不僅決定著油氣等流體的性質，的上下不僅決定著油氣等流體的性質，還決定著油氣田開發的方式、油氣開采還決定著油氣田開發的方式、油氣開采的技術特點與

2、經濟本錢，以及油氣的最的技術特點與經濟本錢，以及油氣的最終采收率。因此，研究壓力和溫度，在終采收率。因此，研究壓力和溫度，在油氣田勘探和開采中具有重要意義。油氣田勘探和開采中具有重要意義。1第第1節節 油、氣層的壓力油、氣層的壓力一、地層壓力及其來源一、地層壓力及其來源1概念：概念：1地層壓力地層壓力Pf：作用于巖層孔隙空：作用于巖層孔隙空間內流體上的壓力稱為地層壓力或孔隙間內流體上的壓力稱為地層壓力或孔隙流體壓力。流體壓力。 對于油、氣藏來說，那么分別稱為油對于油、氣藏來說，那么分別稱為油層壓力和氣層壓力。層壓力和氣層壓力。2靜水壓力靜水壓力PH：地層中孔隙空間：地層中孔隙空間內地層水重量產

3、生的水柱壓力。方向：內地層水重量產生的水柱壓力。方向：垂直向下。垂直向下。 PH=H w g P靜水壓力，靜水壓力，Pa； H測壓點的水柱高度水壓頭，測壓點的水柱高度水壓頭，m； w水的密度，水的密度，kg/m3； g重力加速度，重力加速度，m/s2。 23地靜壓力：上覆巖層重量所產生的巖石壓力。地靜壓力：上覆巖層重量所產生的巖石壓力。4上覆負荷壓力上覆負荷壓力S：上覆巖層和孔隙空間內流：上覆巖層和孔隙空間內流體的總重量所產生的壓力。體的總重量所產生的壓力。5壓力系數：實測的地層壓力與按同一地層深度壓力系數：實測的地層壓力與按同一地層深度計算的靜水壓力的比值。計算的靜水壓力的比值。 遼東灣地區

4、地層壓力與埋深關系遼東灣地區地層壓力與埋深關系 正常地層壓力：在一般地質條件正常地層壓力：在一般地質條件下，地層壓力與靜水壓力相當，即壓力下，地層壓力與靜水壓力相當，即壓力系數系數1， 異常地層壓力：偏離靜水壓力的地異常地層壓力：偏離靜水壓力的地層孔隙流體壓力。層孔隙流體壓力。 異常高壓：地層壓力高于靜水壓力，異常高壓：地層壓力高于靜水壓力，壓力系數大于壓力系數大于1。 也稱壓力過剩。也稱壓力過剩。 異常低壓：地層壓力低于靜水壓力，異常低壓：地層壓力低于靜水壓力，壓力系數小于壓力系數小于1。 也稱壓力缺乏。也稱壓力缺乏。3 6動水壓力動水壓力 也叫水動力：同一巖層具有不同海拔高度的供水區和瀉水

5、也叫水動力：同一巖層具有不同海拔高度的供水區和瀉水區，由于水位面傾斜引起地層水流動而產生的壓力。是二次運區，由于水位面傾斜引起地層水流動而產生的壓力。是二次運移的主要動力之一。移的主要動力之一。 7壓力梯度：地層壓力隨深度的增加率。有兩種壓力梯度，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。一是靜水壓力梯度，即靜水壓力隨深度的增加率。 一般一般105Pa/10m。 二是動水壓力梯度：沿水流方向上，單位距離的壓力降。二是動水壓力梯度：沿水流方向上，單位距離的壓力降。42地層壓力來源：地層壓力來源：主要有兩個來源：主要有兩個來源：1地層孔隙空間內

6、地層水重量所產生的靜水地層孔隙空間內地層水重量所產生的靜水壓力；壓力；2上覆巖層重量所產生的壓力，即地靜壓力。上覆巖層重量所產生的壓力，即地靜壓力。一般情況下，地層與外界聯系，即開放體系，地一般情況下，地層與外界聯系，即開放體系，地靜壓力主要由巖石骨架承擔，巖層連通孔隙中的靜壓力主要由巖石骨架承擔，巖層連通孔隙中的流體只承擔地層水重量產生的靜水壓力，地層壓流體只承擔地層水重量產生的靜水壓力，地層壓力為靜水壓力。此時為正常地層壓力。力為靜水壓力。此時為正常地層壓力。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，孤立的

7、砂巖透鏡體，或流體排出不暢通的體系，隨著上覆負荷增加，地層孔隙中的流體不能及時隨著上覆負荷增加，地層孔隙中的流體不能及時排出，地層孔隙中的地層水不但要承受靜水壓力，排出，地層孔隙中的地層水不但要承受靜水壓力，還要承受一局部地靜壓力，就產生超壓。還要承受一局部地靜壓力，就產生超壓。 5其它來源：流體膨脹力、巖石彈性力等。其它來源：流體膨脹力、巖石彈性力等。 在一個盛滿水的圓筒內裝有幾層帶孔的金屬板，金屬板之間由金屬彈簧來支撐。金屬彈簧模擬巖石骨架。在圓筒頂部施加一負荷S。當水排出暢通時C，負荷S由彈簧承擔，流體壓力為靜水壓力；當水排出不暢通時B，負荷S一局部由彈簧承擔，一局部由筒內的水承擔，流體

8、壓力大于靜水壓力；當水不排出時A，負荷S全部由筒內的水承擔，彈簧高度保持不變，流體壓力遠大于靜水壓力。6二、原始油層壓力二、原始油層壓力一原始油層壓力及其分布一原始油層壓力及其分布 原始油層壓力：在未投入開發之前油氣層原始油層壓力：在未投入開發之前油氣層內流體所承受的壓力。一般用第一口或第一內流體所承受的壓力。一般用第一口或第一批探井試油時所測得的壓力數值代表。批探井試油時所測得的壓力數值代表。 在正常的地質條件下在正常的地質條件下，具有統一水動力系統的油氣具有統一水動力系統的油氣藏，原始油層壓力主要源于藏，原始油層壓力主要源于流體壓力，其分布規律流體壓力，其分布規律遵循遵循連通器的原理連通器

9、的原理，即在同一壓即在同一壓力系統中流體處于平衡的條力系統中流體處于平衡的條件下，任何深度上的壓力大件下，任何深度上的壓力大小，取決于該深度上流體液小，取決于該深度上流體液柱的高度和流體的密度。柱的高度和流體的密度。現現以背斜油氣藏為例，說明其以背斜油氣藏為例，說明其原始油層壓力的分布狀況。原始油層壓力的分布狀況。7 以下圖是一具有原生氣頂的背斜油氣藏，油層一側在海拔以下圖是一具有原生氣頂的背斜油氣藏，油層一側在海拔+100米的地表米的地表出露，具供水區，油層的另一側，或因巖性尖滅，或因斷層的封隔未能出露出露，具供水區，油層的另一側，或因巖性尖滅，或因斷層的封隔未能出露地表，故無泄水區。因此油

10、氣藏的測壓面是以供水露頭海拔地表，故無泄水區。因此油氣藏的測壓面是以供水露頭海拔+100米為基米為基準的水平面。勘探初期，鉆了準的水平面。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口探井，各井的原始地層壓力可按靜水壓力公式求得。式求得。 1號井鉆在油藏的含水部位，井底海拔高度為號井鉆在油藏的含水部位，井底海拔高度為-500米，井內液柱高米，井內液柱高h1=600米，假設地層水的密度為米，假設地層水的密度為w =1.0103kg/m3,那么其原始地層壓力為那么其原始地層壓力為 P01=h1w g=6001.010310=6106Pa=6 MPa 油油-水界面的海拔高度為水界面的海拔

11、高度為-700米，那么油米，那么油水界面上的原始地水界面上的原始地層壓力為層壓力為1號井的原始地層壓力號井的原始地層壓力值加上值加上1號井至油號井至油水界面這段水界面這段水柱重量所產生的壓力，即水柱重量所產生的壓力，即P0w= P01+h0w g =6106+700-500 1.010310 =8MPa10zhi8 2號井鉆在油藏的含油部位，井底海拔高度為號井鉆在油藏的含油部位，井底海拔高度為-500米，假設原油密米，假設原油密度為度為o =0.85103kg/m3，那么其原始油層壓力要從油，那么其原始油層壓力要從油水界面上的水界面上的壓力減去自油壓力減去自油水界面至該井井底這一段油柱的壓力，

12、即水界面至該井井底這一段油柱的壓力，即P02= P0w-h0o g=8106-700-5000.8510310=6.3 MPa h2= P02/o g=6.3106/(0.85103 由于由于2號井內液面海拔為號井內液面海拔為-500+741.2=241.2米，低于井口海拔米，低于井口海拔+350米，故米，故2號井的原油不能自噴。號井的原油不能自噴。 4號井也是鉆在油藏的含油局部，井口海拔為+100米，井底海拔與2號井的相同，故其原始油層壓力相等，井內液面海拔也應為241.2米，高于該井的井口海拔(100米)，故4號井為自噴井。9 3號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

13、化，故其壓力不能從油氣界面上的壓力直接導出，而必須根據井口最大關井剩余壓力來計算。但是，因氣體的密度小，因此氣柱高度變化對氣井壓力影響較小，所以當氣頂的高度不大時，可用油氣或氣水界面上的原始油層壓力代表氣藏或氣頂內各處的壓力。油-氣界面的海拔高度為-400米，3號井的原始油層壓力等于2號井的原始油層壓力減去該井至油氣界面(海拔-400米)間的油柱壓力，即 P03=p0g- h3o g=6.3106- (500-400) 0.8510310=5.45 MPa10二原始油層壓力的測定二原始油層壓力的測定 1實測法：實測法：在油氣田勘探階段，常以第一批探井翻在油氣田勘探階段，常以第一批探井翻開油層后

14、，下入井底壓力計，關井待油層壓開油層后，下入井底壓力計，關井待油層壓力恢復穩定后，所測得的油層中部壓力值，力恢復穩定后，所測得的油層中部壓力值，即為原始油層壓力。即為原始油層壓力。 2試井法：試井法：油田開發初期，可根據試井資料繪制油油田開發初期，可根據試井資料繪制油層壓力恢復曲線求得。層壓力恢復曲線求得。 一般根據井口最大套管壓力計算一般根據井口最大套管壓力計算 原始油層壓力：原始油層壓力： Po=Pmax + HO gP原始油層壓力，原始油層壓力，Pa；最大套管壓力，最大套管壓力，H油層深度，即油柱高度，油層深度，即油柱高度，m；o油的密度，油的密度，kg/m3；g重力加速度，重力加速度，

15、m/s2。 時間套管壓力11三、原始油層異常壓力三、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。或稱壓力異常。孔隙流體壓力。或稱壓力異常。一異常壓力判斷方法一異常壓力判斷方法 1壓力系數判斷法：壓力系數判斷法： 1，有異常高壓；，有異常高壓；0.1Mpa/10m時，屬高異常時，屬高異常地層壓力；地層壓力； 當壓力梯度當壓力梯度Gp H1 。折算壓頭差Hb= H2 H1 ，即在折算壓差的作用下，液體從I層向下流往層。測壓面2測壓面118動水環境動水環境 儲集層供、泄水區的海拔高程不同，測壓面呈傾斜狀，因而儲集層供、泄水區的海拔高程不同，

16、測壓面呈傾斜狀，因而折算壓力都沿測壓面傾斜方向有規律地遞減。折算壓力都沿測壓面傾斜方向有規律地遞減。例如圖中例如圖中A、B兩點的兩點的絕對地層壓力絕對地層壓力： PA=hA (wg) PB=hB (wg) hAhB PAhB+h2 PA PB所以盡管所以盡管A點的地層壓點的地層壓力小于力小于B點，但由于點，但由于A點點折算壓力大于折算壓力大于B點，水點，水從從A點流向點流向B點。點。19 所以，在動水壓力作用下，儲集層內的流體沿測所以，在動水壓力作用下，儲集層內的流體沿測壓面傾斜的方向流動，并不決定于層內的絕對地層壓壓面傾斜的方向流動，并不決定于層內的絕對地層壓力，而是受折算壓力所控制。力，而

17、是受折算壓力所控制。無論各點的絕對地層壓無論各點的絕對地層壓力如何，水的流動方向總是從折算壓力高向折算壓力力如何，水的流動方向總是從折算壓力高向折算壓力低的方向流動。低的方向流動。 因此，應將測得的各井油層壓力換算成折算壓力因此，應將測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發動態分析后，繪制出折算壓力等值線圖作為油田開發動態分析的重要資料。的重要資料。20第第2節節 油氣層的溫度油氣層的溫度一、地下溫度及其來源一、地下溫度及其來源一根本概念：一根本概念： 1地溫梯度：在地表上層恒溫帶地溫梯度：在地表上層恒溫帶以下，深度每增加以下，深度每增加100米地溫的增加值。米地

18、溫的增加值。GT=100T-t/H-h式中，式中，GT地溫梯度，地溫梯度，/100mT深度為深度為H處的地層溫度，處的地層溫度， H測溫點的深度測溫點的深度t恒溫帶的溫度，恒溫帶的溫度， h恒溫帶的深度恒溫帶的深度 地球的平均地溫梯度為地球的平均地溫梯度為3/100m，稱，稱為正常地溫梯度。低于此值的為地溫梯為正常地溫梯度。低于此值的為地溫梯度的負異常冷盆地，高于此值的為度的負異常冷盆地，高于此值的為地溫梯度的正異常熱盆地。地溫梯度的正異常熱盆地。 21 由于地球熱力場的非均質性，地溫梯度在各地不由于地球熱力場的非均質性，地溫梯度在各地不一。如松遼盆地一。如松遼盆地 4.0/100m，四川盆地

19、川南地區，四川盆地川南地區 2.4 /100m。 地溫梯度的上下，對油氣生成、運移、聚集乃至地溫梯度的上下，對油氣生成、運移、聚集乃至開采等都有很大的影響。開采等都有很大的影響。2地溫級度：地溫每升高地溫級度：地溫每升高1時，深度的增加值。實時，深度的增加值。實際上是地溫梯度的倒數。際上是地溫梯度的倒數。 DT=H-h/T-t22二地溫的影響因素：二地溫的影響因素： 1大地構造性質大地構造性質 影響地溫的因素很多，其中起主導作用和影響地溫的因素很多，其中起主導作用和全局性影響的是大地構造性質。全局性影響的是大地構造性質。 1所處的構造部位：是決定區域地溫分所處的構造部位：是決定區域地溫分布的最

20、重要的控制因素。布的最重要的控制因素。 從全球來看，在板塊構造的不同部位，反從全球來看，在板塊構造的不同部位，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。溫，海溝部位的低地溫，海盆部位的一般地溫。在穩定的古老地臺區具有較低的地溫，而在中在穩定的古老地臺區具有較低的地溫，而在中新生代裂谷區那么具有較高的地溫。新生代裂谷區那么具有較高的地溫。 2地殼厚度：對地溫也有重要的影響。地殼厚度：對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。如我地殼厚度薄，地溫及地溫梯度一般較高。如我國東部地區地殼普遍薄于西部，故東

21、部各盆地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。的地溫及地溫梯度一般均高于西部。23 2巖石熱導率巖石熱導率 巖石傳導熱的能力，用巖石熱導率表示。巖性不同，巖石傳導熱的能力，用巖石熱導率表示。巖性不同，熱導率不同，例如熱導率不同，例如玄武巖玄武巖碳酸鹽巖碳酸鹽巖碎屑巖碎屑巖水水油油氣。氣。一般，在同一井中，導熱性差的巖石具有較高的地溫梯一般，在同一井中，導熱性差的巖石具有較高的地溫梯度，導熱性好的巖石具較小的地溫梯度。度，導熱性好的巖石具較小的地溫梯度。 3地下水循環地下水循環 地下水是一種良好的載熱體，在地下水活動過程中，地下水是一種良好的載熱體，在地下水活動

22、過程中，深層的熱水上升可引起周圍區地溫普遍增高；地表溫度深層的熱水上升可引起周圍區地溫普遍增高；地表溫度較低的地下水也可通過開啟性斷層流到深部，從而使地較低的地下水也可通過開啟性斷層流到深部，從而使地溫降低。溫降低。244 4局部構造影響局部構造影響 如背斜構造，頂部地溫梯度高，兩翼低。如背斜構造，頂部地溫梯度高，兩翼低。 原因：原因： 熱流傳導的各向異性。當地層傾斜時，熱流將熱流傳導的各向異性。當地層傾斜時，熱流將偏向地層上傾方向傳播，結果造成背斜使熱流聚斂，偏向地層上傾方向傳播，結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。向斜使熱流分散，所以背斜頂部比翼部熱流密度

23、大。 除上述原因之外，還有其它因素，如除上述原因之外，還有其它因素，如巖漿侵入、巖漿侵入、放射性元素蛻變放射性元素蛻變等。等。25三地溫來源：三地溫來源： 1太陽輻射帶：地溫受太陽能影響的地殼太陽輻射帶：地溫受太陽能影響的地殼表層。表層。 隨晝夜和季節變化。約隨晝夜和季節變化。約20米。米。 2常恒溫帶：是地球內部熱與太陽輻常恒溫帶：是地球內部熱與太陽輻射熱的相互影響到達平衡的地帶，約射熱的相互影響到達平衡的地帶，約20-130米米厚。厚。 3地熱帶增溫帶：常溫帶之下，溫度地熱帶增溫帶：常溫帶之下，溫度隨深度增加而有規律的增大。隨深度增加而有規律的增大。 對于油氣田勘探和開發來說，主要研究增溫

24、對于油氣田勘探和開發來說，主要研究增溫帶。帶。 地殼上層地殼上層10km以內，熱能可能來自地核熱源。以內，熱能可能來自地核熱源。包括巖漿侵入與冷卻、地熱輻射與對流、放射包括巖漿侵入與冷卻、地熱輻射與對流、放射性元素蛻變、地殼變動摩擦熱、滲透層內放熱性元素蛻變、地殼變動摩擦熱、滲透層內放熱化學反響等。化學反響等。26二、地溫的測定二、地溫的測定 對于研究油氣生成來說，應恢復古地溫，對于研究油氣生成來說，應恢復古地溫，以求得生油巖所經受的最高溫度。以求得生油巖所經受的最高溫度。 對于研究油層物理、石油鉆井和油氣田開發對于研究油層物理、石油鉆井和油氣田開發等方面的問題來說，應用現今地溫即可。測定等方

25、面的問題來說，應用現今地溫即可。測定現今地溫的兩種方法：現今地溫的兩種方法： 1、電測溫度：、電測溫度：電測溫度在完電測溫度在完 鉆后進行。由于泥漿溫度往往鉆后進行。由于泥漿溫度往往低于井底的地層溫度，致使井溫測量記錄的溫低于井底的地層溫度，致使井溫測量記錄的溫度一般比真正的地層溫度低，因此，要進行屢度一般比真正的地層溫度低，因此，要進行屢次井溫測量，用經驗公式計算真正的地溫。次井溫測量，用經驗公式計算真正的地溫。 Tf-真正的地下溫度；真正的地下溫度； t1，t2，t3-各次測井時泥漿循環停止的時間。各次測井時泥漿循環停止的時間。T1，T2，T3-各次測井時的井底溫度。各次測井時的井底溫度。

26、Tf ttT tT tTT()211 12 221Tf ttT tT tTT()311 13 331 =272采油溫度：采油溫度： 在采油過程中所測得的井底油層溫度。 在實際工作中，常用采油溫度校正電測溫度。對同一深度，采油溫度都高于電測溫度，平均差值達22%。常用這個平均差值做為校正系數，對沒有采油溫度的油氣田將電測溫度校正為地層溫度。28三、油氣田分布與地溫關系三、油氣田分布與地溫關系1油氣藏形成的可能性與地溫的關系油氣藏形成的可能性與地溫的關系 油氣初次運移主要時期，即生油巖成巖的中期階油氣初次運移主要時期，即生油巖成巖的中期階段，其孔隙度為段，其孔隙度為30-10%，埋深，埋深1500-2800米；米； 有機質生成石油的有利溫度范圍為有機質生成石油的有利溫度范圍為60-100。 由此預測，地溫梯度在由此預測，地溫梯度在2.5-4/100米有利于油氣米有利于油氣藏形成。藏形成。292油氣