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1第九章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至关重要的。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，在油气田勘探和开采中具有重要意义。2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。33）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。辽东湾地区地层压力与埋深关系正常地层压力：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。46）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。52．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。6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。7二、原始油层压力（一）原始油层压力及其分布原始油层压力：在未投入开发之前油气层内流体所承受的压力。一般用第一口或第一批探井试油时所测得的压力数值代表。在正常的地质条件下，具有统一水动力系统的油气藏，原始油层压力主要源于流体压力，其分布规律遵循连通器的原理，即在同一压力系统中流体处于平衡的条件下，任何深度上的压力大小，取决于该深度上流体液柱的高度和流体的密度。现以背斜油气藏为例，说明其原始油层压力的分布状况。8下图是一具有原生气顶的背斜油气藏，油层一侧在海拔+100米的地表出露，具供水区，油层的另一侧，或因岩性尖灭，或因断层的封隔未能出露地表，故无泄水区。因此油气藏的测压面是以供水露头海拔（+100米）为基准的水平面。勘探初期，钻了4口探井，各井的原始地层压力可按静水压力公式求得。1号井钻在油藏的含水部位，井底海拔高度为-500米，井内液柱高h1=600米，若地层水的密度为w=1.0×103kg/m3,则其原始地层压力为P01=h1·w·g=600×1.0×103×10=6×106Pa=6MPa油-水界面的海拔高度为-700米，则油—水界面上的原始地层压力为1号井的原始地层压力值加上1号井至油—水界面这段水柱重量所产生的压力，即P0w=P01+h0·w·g=6×106+（700-500）×1.0×103×10=8MPa10zhi92号井钻在油藏的含油部位，井底海拔高度为-500米，若原油密度为o=0.85×103kg/m3，则其原始油层压力要从油—水界面上的压力减去自油—水界面至该井井底这一段油柱的压力，即P02=P0w-h0·o·g=8×106-（700-500）×0.85×103×10=6.3MPa在2号井内，相当于6.3Mpa的油柱高度为h2=P02/（o·g）=6.3×106/(0.85×103×10)=741.2米由于2号井内液面海拔为-500+741.2=241.2米，低于井口海拔（+350米），故2号井的原油不能自喷。4号井也是钻在油藏的含油部分，井口海拔为+100米，井底海拔与2号井的相同，故其原始油层压力相等，井内液面海拔也应为241.2米，高于该井的井口海拔(100米)，故4号井为自喷井。103号井钻在油气藏的气顶上，因天然气的密度随温度和压力的变化而变化，故其压力不能从油—气界面上的压力直接导出，而必须根据井口最大关井剩余压力来计算。但是，因气体的密度小，因此气柱高度变化对气井压力影响较小，所以当气顶的高度不大时，可用油—气或气—水界面上的原始油层压力代表气藏（或气顶）内各处的压力。油-气界面的海拔高度为-400米，3号井的原始油层压力等于2号井的原始油层压力减去该井至油—气界面(海拔-400米)间的油柱压力，即P03=p0g-h3·o·g=6.3×106-(500-400)×0.85×103×10=5.45MPa11（二）原始油层压力的测定1）实测法：在油气田勘探阶段，常以第一批探井打开油层后，下入井底压力计，关井待油层压力恢复稳定后，所测得的油层中部压力值，即为原始油层压力。2）试井法：油田开发初期，可根据试井资料绘制油层压力恢复曲线求得。一般根据井口最大套管压力计算原始油层压力：Po=Pmax+H·O·gPｏ—原始油层压力，Pa；Ｐｍａｘ—最大套管压力，H—油层深度，即油柱高度，m；o—油的密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。时间套管压力12三、原始油层异常压力原始油层异常压力：偏离静水压力的地层孔隙流体压力。或称压力异常。（一）异常压力判断方法1）压力系数判断法：1，有异常高压；1，有异常低压。2）压力梯度法：一些国家常用压力梯度法判断异常地层压力的存在。当压力梯度Gp=0.1Mpa/10m(Gp=1atm/10m)时，属正常地层压力；当压力梯度Gp0.1Mpa/10m时，属高异常地层压力；当压力梯度Gp0.1Mpa/10m时，属低异常地层压力；13（二）异常压力形成原因1）有机质生烃及流体热增压作用：这是地层中产生超压的首要原因。随着地层埋藏深度加大，经受地温升高，导致有机质成熟生成大量石油和天然气，地层水也会出现水热增压现象，在烃源层及储集层中都会造成异常高地层压力，在含油气盆地中这是非常普遍的事实。2）风化剥蚀作用：剥蚀作用常常引起地形起伏甚大,而测压面的位置未变,于是测压面与地面的高低关系可能因地而异，造成A、B两个油藏分别出现压力过剩与压力不足的现象。143）断层与岩性封闭作用：在厚层泥岩中所夹的砂岩透镜体油藏，原来埋藏较深，原始地层压力较大。后来，在块断升降运动作用下，油藏所在断块上升，深度变浅，但原始地层压力仍然保持下来，形成高压异常；相反，也可造成低压异常。4）刺穿作用：在盐丘和泥火山发育区，由于不均衡压力而使可塑性岩体发生侵入刺穿作用，致使上覆一些软的页岩和未固结砂层发生挤压与断裂变动，减少孔隙容积，流体压力增大，造成高压异常。155）浮力作用：气、油、水的密度差引起的浮力作用，也可使油气藏内出现过剩压力。如下图表示一个背斜气藏，测压面(水位面)处于水平状态气-水界面上的1井（A点）与水层中的2井（B点）海拔高度相同，两点的压力相等。而海拔高度相同的C、D两点，分别位于气藏内部和水层之中，因气、水比重不同，而两点的压力不等，气藏内的C点由于受浮力作用所具有的过剩压力为：ghPPPgwgDcg)(式中，hg—C、D点与气-水界面的海拔高差；w、ｇ—地层条件下水、气的密度。166）泥质岩类的压欠实作用：7）粘土矿物的成岩演变粘土矿物的压实成岩演变中，即在蒙脱石向伊利石转化的过程中，有大量层间水析出，成为粒间水。若排泄不畅，可形成异常高地层压力。17四．折算压力的概念及其应用在勘探开发过程中均需判断油层内流体运移方向。由于构造变形或地形起伏的影响，往往根据绝对地层压力值并不能判断储集层内流体运动的方向，而必须把地层压力换算成折算压力，用折算压力才能阐明流体在层间或层内运移的方向。（一）概念折算压力：为消除构造因素的影响和正确判断地下流体的运动方向，把所测得的油层真实压力折算到某一水平基准面上的压力。基准面可任意选择一水平面，但通常选海平面或油水界面。18H1H2StaticwaterconditionSurfacceWaterlevelsurface1Waterlevelsurface2Sealevel12（二）折算压力的应用研究油气层内流体是否流动或其流动方向。流体总是从折算压力高向折算压力低的方向流动。①静水环境测压面为水平的，取海平面为折算平面（基准面）。对Ⅰ层而言，1、2号井的测压面至海平面的高度相等，折算压头均为H1，即折算压力相等，因此1、2井间液体不能流动，即在每个储集层内，流体不发生运移。对于有两个以上的储集层同时存在的情况下，由于每个层的供水区海拔高度不同，各层的测压面位置就有高低之别，这样，若有通道，就可能发生流体向上、下储集层的层间垂向运移。1井2井结论：1）对于同层来说，若水位面水平，在层内各点折算压力相等，层内流体不流动；2）对于不同层来说，只要有折算压差存在，流体就会发生层间流动。流体总是从测压面高的层向测压面低的层运移；若两层测压面高度相同，则不发生层间垂向运移。例如1号井钻穿Ⅰ、Ⅱ两层，折算压头分别为H1和H2，由于Ⅰ层测压面比Ⅱ层测压面高，所以H2H1。折算压头差Hb=H2－H1，即在折算压差的作用下，液体从I层向下流往Ⅱ层。测压面2测压面119②动水环境储集层供、泄水区的海拔高程不同，测压面呈倾斜状，因而折算压力都沿测压面倾斜方向有规律地递减。例如图中A、B两点的绝对地层压力：PA=hA×(ρwg)PB=hB×(ρwg)∵hAhB∴PAPB而两点的折算压力P′A=(hA+h1)×(ρwg)P′B=(hB+h2)×(ρwg)∵hA+h1hB+h2∴P′AP′B所以尽管A点的地层压力小于B点，但由于A点折算压力大于B点，水从A点流向B点。20所以，在动水压力作用下，储集层内的流体沿测压面倾斜的方向流动，并不决定于层内的绝对地层压力，而是受折算压力所控制。无论各点的绝对地层压力如何，水的流动方向总是从折算压力高向折算压力低的方向流动。因此，应将测得的各井油层压力换算成折算压力后，绘制出折算压力等值线图作为油田开发动态分析的重要资料。21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）。22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