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第七章温压场与油气藏的形成油气层的压力和温度压力和温度不但在油气生成、油气运移、聚集过程中，起着极为重要的作用，而且在油气田开发过程中也是致关重要的。地层压力和地层温度是开发油气田的能量，也是油气田开发过程中重要的基础参数。油气藏地层压力和温度的高低不仅决定着油气等流体的性质，还决定着油气田开发的方式、油气开采的技术特点与经济成本，以及油气的最终采收率。因此，研究压力和温度，对于油气田勘探和开采来说，不仅具有理论意义，而且也具有重要的实际意义。第1节油、气层的压力一、地层压力及其来源1．概念：1）地层压力（Pf）：作用于岩层孔隙空间内流体上的压力称为地层压力或孔隙流体压力。对于油、气藏来说，则分别称为油层压力和气层压力。2）静水压力（PH）：地层中孔隙空间内地层水重量产生的水柱压力。方向：垂直向下PH=H·w·gP—静水压力，Pa；H—测压点的水柱高度（水压头），m；w—水的密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。3）地静压力：上覆岩层重量所产生的岩石压力。4）上覆负荷压力（S）：上覆岩层和孔隙空间内流体的总重量所产生的压力。5）压力系数：实测的地层压力与按同一地层深度计算的静水压力的比值。正常地层压力：在一般地质条件下，地层压力与静水压力相当，即压力系数≈1，异常地层压力：偏离静水压力的地层孔隙流体压力。异常高压：地层压力高于静水压力，压力系数大于1。也称压力过剩。异常低压：地层压力低于静水压力，压力系数小于1。也称压力不足。6）动水压力也叫水动力：同一岩层具有不同海拔高度的供水区和泻水区，由于水位面倾斜引起地层水流动而产生的压力。是二次运移的主要动力之一。7）压力梯度：地层压力随深度的增加率。有两种压力梯度，一是静水压力梯度，即静水压力随深度的增加率。一般105Pa/10m。二是动水压力梯度：沿水流方向上，单位距离的压力降。2．地层压力来源：主要有两个来源：（1）地层孔隙空间内地层水重量所产生的静水压力；（2）上覆岩层重量所产生的压力，即地静压力。一般情况下，地层与外界联系，即开放体系，地静压力主要由岩石骨架承担，岩层连通孔隙中的流体只承担地层水重量产生的静水压力，地层压力为静水压力。此时为正常地层压力。在一些比较特殊的情况下，例如封闭的体系，如孤立的砂岩透镜体，或流体排出不畅通的体系，随着上覆负荷增加，地层孔隙中的流体不能及时排出，地层孔隙中的地层水不但要承受静水压力，还要承受一部分地静压力，就产生超压。其它来源：流体膨胀力、岩石弹性力等。在一个盛满水的圆筒内装有几层带孔的金属板，金属板之间由金属弹簧来支撑。金属弹簧模拟岩石骨架。在圆筒顶部施加一负荷S当水排出畅通时（C），负荷S由弹簧承担，流体压力为静水压力；当水排出不畅通时（B），负荷S一部分由弹簧承担，一部分由筒内的水承担，流体压力大于静水压力；当水不排出时（A），负荷S全部由筒内的水承担，弹簧高度保持不变，流体压力远大于静水压力。第2节油气层的温度一、地下温度及其来源（一）基本概念：1．地温梯度：在地表上层（恒温带）以下，深度每增加100米，地温的增加值。GT=100（T-t）/（H-h）式中，GT——地温梯度，℃/100mT——深度为H处的地层温度，℃，H——测温点的深度t——恒温带的温度，℃，h——恒温带的深度地球的平均地温梯度为3℃/100m，称为正常地温梯度。低于此值的为地温梯度的负异常（冷盆地），高于此值的为地温梯度的正异常（热盆地）。由于地球热力场的非均质性，地温梯度在各地不一。如松辽盆地4.0℃/100m，四川盆地川南地区2.4℃/100m。地温梯度的高低，对油气生成、运移、聚集乃至开采等都有很大的影响。2．地温级度：地温每升高1℃时，深度的增加值。实际上是地温梯度的倒数。DT=（H-h）/（T-t）（二）地温的影响因素：1．大地构造性质影响地温的因素很多，其中起主导作用和全局性影响的是大地构造性质。1）所处的构造部位：是决定区域地温分布的最重要的控制因素。从全球来看，在板块构造的不同部位，反映了截然不同的地温特征。如大洋中脊的高地温，海沟部位的低地温，海盆部位的一般地温。在我国，在稳定的古老地台区具有较低的地温，而在中新生代裂谷区则具有较高的地温。2）地壳厚度：对地温也有重要的影响。地壳厚度薄，地温及地温梯度一般较高。如我国东部地区地壳普遍薄于西部，故东部各盆地的地温及地温梯度一般均高于西部。2．岩石热导率岩石传导热的能力，用岩石热导率表示。岩性不同，热导率不同，例如玄武岩碳酸盐岩碎屑岩水油气。一般，在同一井中，导热性差的岩石具有较高的地温梯度，导热性好的岩石具较小的地温梯度。3．地下水循环地下水是一种良好的载热体，在地下水活动过程中，深层的热水上升可引起周围区地温普遍增高；地表温度较低的地下水也可通过开启性断层流到深部，从而使地温降低。4．基底起伏由于基底的热导率往往高于盖层，故深部热流将向基底隆起处集中，使其具有高热流、高地温梯度的特征。5．局部构造影响如背斜构造，顶部地温梯度高，两翼低。原因：1）热流传导的各向异性。当地层倾斜时，热流将偏向地层上倾方向传播，结果造成背斜使热流聚敛，向斜使热流分散，所以背斜顶部比翼部热流密度大。2）地下水循环，把深部的热传导到浅部。除上述原因之外，还有其它因素，如岩浆侵入、放射性元素蜕变等。（三）地温来源：1）太阳辐射带：地温受太阳能影响的地壳表层。随昼夜和季节变化。约20米。2）常（恒）温带：是地球内热与太阳辐射热的相互影响达到平衡的地带，约20-130米厚。3）地热带（增温带）：常温带之下，温度随深度增加而有规律的增大。对于油气田勘探和开发来说，主要是研究增温带。地壳上层10km以内，热能可能来自地核热源。包括岩浆侵入与冷却、地热辐射与对流、放射性元素蜕变、地壳变动摩擦热、渗透层内放热化学反应等。二、油气田分布与地温关系1．油气藏形成的可能性与地温的关系油气初次运移主要时期，即生油岩成岩的中期阶段，其孔隙度为30-10%，埋深1500-2800米；有机质生成石油的有利温度范围为60-100℃。由此预测，地温梯度在2.5-4℃/100米有利于油气藏形成。2．油气藏平面分布于地温的关系油气藏形成的最佳温度范围为52.5-127℃，若地下温度过高，会使石油变质，直接影响油气的平面分布。例如美国阿巴拉契亚盆地，自西向东依次为油藏—油气藏—气藏的分布规律，主要是热变质作用造成的。第3节天然气水合物形成机理天然气水合物是在一定条件下主要由甲烷气体与水相互作用形成的白色固态结晶物质。它是一种非化学计量的笼形物，甲烷被呈冰状捕集在水分子的晶格中1.天然气水合物的概念3．油气藏的纵向分布与地温的关系地下温度不仅影响油气的平面分布，而且对油气纵向分布的影响更为明显。随埋深增加，地温有规律的升高，油气纵向分布则表现出明显的分带性。1）深度范围：深度小于1500米，气藏为主。1500-4000米，油气藏为主。大于4000米气藏和凝析气藏为主。2）时代：时代变老，石油成分低分子增加，密度减小等。总之，地下温度不仅影响油气的地下分布，而且还影响到油气藏中流体的物理性质。例如温度升高，石油的粘度降低，易于流动。所以研究地下温度，对油气田开发也很重要。四、天然气水合物形成机理2.天然气水合物的形成机理（1）低温高压的条件；（2）在0℃的温度下，形成气体水合物的最低压力大致26bar，（3）超过30℃的地方很难形成水合物。（1）永久冻土地带甲烷水合物形成的深度范围200－1000m左右地温不超过15℃水合物形成环境：（2）海底甲烷水合物形成的深度范围沉积物表面起到地温15℃的深度一般有几百米厚3.天然气水合物的类型与分布大陆型：永久冻土地带海洋型：大洋底天然气水合物资源巨大BSR似海底反射第4节凝析气藏形成机理1.凝析气藏的概念等温加压:气体液化(凝结)等温减压:液体汽化(蒸发)凝析气藏：地下高温高压为气相，采至地表温度压力降低后分离为气液两相逆蒸发、反凝结定义：气藏和油藏的含气部分凡能确认在产层中具有逆蒸发现象的就是凝析气藏2.凝析气藏的相态特征临界温度：物质的液体能维持液相的最高温度(气体液化的最高温度）（1）临界温度和临界压力临界温度：能够使分子间的吸引作用等于分子间的排斥作用的最高温度叫做该物质的临界温度2.凝析气藏的相态特征临界压力：在临界温度下，该物质气体液化的最低压力（1）临界温度和临界压力临界温度：能够使分子间的吸引作用等于分子间的排斥作用的最高温度叫做该物质的临界温度（2）凝析气藏的相态特征两个特征点K点：临界点（临界温度、临界压力）K1点：临界凝结温度，该温度代表气液两相共存的最高温度（2）凝析气藏的相态特征两条曲线曲线4：泡点线：气体开始析离液体的线曲线5：露点线：液体开始凝结脱离气体的线（界限）（2）凝析气藏的相态特征四个相区A区：纯气相区B区：凝析气相区C区：纯液相区D区：气液两相区3.凝析气藏的形成条件①物系中气体的数量必须胜过液体的数量，原始气油比大于600-800②温度介于物系的临界温度和临界凝结温度之间，地层压力超过该温度时的露点压力塔中1井凝析气藏温度雅克拉白垩系凝析气藏思考题1、何谓地层压力、静水压力、压力系数、压力梯度？2、地层压力的主要来源？3、何谓异常地层压力？异常压力形成的原因主要有哪些？4、背斜油气藏中地层压力的计算。5、何谓折算压力？如何根据折算压力判断储集层内流体流动的方向？6、何谓地温梯度？