9299.net
大学生考试网 让学习变简单
当前位置:首页 >> >>

油气田地下地质学 第七章 地层压力与地层温度_图文

油气田地下地质学   第七章 地层压力与地层温度_图文

油气田地下地质学

第七章

地层压力和地层温度

地层压力、地层温度是油气田开发的能量和基础参 数,对合理开发油田具有十分重要的意义,决定着: 油/气等流体的性质; 开发方式; 最终采收率。

第一节 第二节 第三节

地层压力 地层温度

★ ★

油气藏驱动类型

油气田地下地质学

第一节

地层压力

一、有关地层压力的概念
二、异常地层压力研究

三、油层压力研究

第一节

地层压力
★★

油气田地下地质学

一、有关地层压力的概念

1、静水压力--指由静水柱造成的压力。

PH ? H? w g


PH--静水压力,Pa; ρW--水的密度,kg/m3; H--静水柱高度,m; g--重力加速度,9.8m/s2。

1帕=1牛顿/米2(10达因/厘米2) 105 Pa ≈ 1atm

油气田地下地质学

2、上覆岩层压力
压力。



--指上覆岩石骨架和孔隙空间流体总重量所引起的

Pr ? H? r g ? H (?? f ? (1 ? ?) ? ma ) g
Pr--上覆岩层压力,Pa; H --上覆岩层的垂直高度,m; ρr--上覆沉积物总平均密度,kg/m3; g--重力加速度,9.8m/s2; Φ--岩层平均孔隙度,小数; ρf--孔隙中流体平均密度,kg/m3; ρma--岩层骨架平均密度,kg/m3。

油气田地下地质学

3、地层压力--作用于岩层孔隙空间内流体上的压力。★
又称孔隙流体压力,常用Pf 表示。

含油气区内,地层压力被称为油层压力或气层压力。

4、压力系数
--实测地层压力(pf)与同一地层深度 静水压力(pH)的比值。 ★

pf ?p ? pH

5、压力梯度--每增加单位深度所增加的压力,Pa/m。
如:上覆岩层压力梯度、静水压力梯度

油气田地下地质学

6、地层压力的来源
● ●

--主要有2个来源:

地层孔隙空间内地层水重量产生的水柱压力--静水压力。

上覆岩层重量产生的岩石压力--地静压力:
地层与地表连通时: 地静压力仅由岩石颗粒 质点承担,静水压力与 地静压力无关。


地层封闭条件下:地静 压力由组成岩石的颗粒质 点和岩石孔隙中的流体共 同承担。


勘探开发中,把油层中流体所承受的所有压力统称为油 层压力。一般情况下,油层压力与地静压力关系不大。


油气田地下地质学

二、异常地层压力研究
研究和预测压力异常的意义:对认识油层能量特征,评 价油气藏形成条件,指导安全生产、保护油气层等极为重要
(钻遇压力异常低时易产生井漏;钻遇压力异常高时易产生井喷)。

(一) 异常地层压力的概念
异常地层压力--偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力。
或称为压力异常。
★★

表示方法:常用压力系数或压力梯度来表示。

油气田地下地质学

压力系数--指实测地层压力(Pf)与同一深度
静水压力PH的比值,可用αP来表示:



PH αp=1,属正常地层压力; ▲ αP>1,称为高异常地层压力,或称高压异常; ▲ αP<1,称为低异常地层压力,或称低压异常。
压力梯度GP表示异常地层压力的大小: ▲ GP =0.01MPa/m时,属正常地层压力; ▲ GP >0.01MPa/m时,属高异常地层压力; ▲ GP <0.01MPa/m时,属低异常地层压力。

?P ?

Pf

油气田地下地质学

(二) 异常地层压力预测方法


预测异常地层 压力的任务

▲ ▲

确定异常压力带的层位和顶部深度 计算出异常地层压力值的大小

异常地层压力部位特点:(异常)高压油气层周围的泥、 页岩层处于从异常压力到正常压力过渡带上,该过渡带 的泥、页岩由于欠压实而具有某些特征:

过渡带岩石密度较小、 钻入过渡带时,可能产生 孔隙度较大→电阻率低、 井喷、井漏、井涌以及钻井 声波时差大。 参数出现异常等现象。

油气田地下地质学

异常地层压力预测方法:
--预测砂/泥岩剖面异常地层压力方法

1、地球物理勘探方法



地震波传播速度--层速度偏离正常压实趋势线;

2、钻井地质资料分析法
3、地球物理测井方法

★★
★★

页岩密度测井--密度向降低方向偏离正常趋势线; 电阻率测井--电阻率向降低方向偏离正常趋势线; 声波测井--传播时间向增加方向偏离正常趋势线。

油气田地下地质学

异常地层压力预测方法:
--预测砂/泥岩剖面异常地层压力方法

1、地震勘探法
地震波传播速度(层速度)或旅行时间与岩石密度密切相关


正常压实情况下:泥岩、页岩密度随埋深增加而增加 --随埋深增加,层速度加大,旅行时间减小。



异常压力过渡带:由于页岩欠压实,页岩孔隙度增

大,密度减小,地震波传播的层速度将偏离正常压实 趋势线向着减小的方向变化,地震波传播旅行时间向 着增加的方向变化。

油气田地下地质学

在尚未钻探地区,利用地震勘探: ※ 可确定异常压力过渡带的 层位与顶部位置, ※ 获得钻探目的层的压力数据, 为探井设计提供依据。
图为美国湾岸地区的深度与旅

行时间关系曲线。约在3352.8m 深处,旅行时间偏离正常压实趋
势线而突然剧增--该深度为高异

常压力过渡带顶部位置。
深度与地震波旅行时间关系曲线
(据Pennebaker,1968)

油气田地下地质学

异常地层压力预测方法
2、钻井资料分析法
钻井速度、 d指数、返出钻井液温度、页岩岩屑密度

⑴ 钻井速度
在正常压实的砂、页岩剖面中,当钻压、转速、钻头类 型以及水力条件一定时,页岩的钻速随井深增加而减小。

钻入高异常地层压力过渡带,钻速立即增大。根据该

现象可判定地下存在高异常地层压力过渡带。

油气田地下地质学

⑵ d 指数
影响钻速的因素较多,为了较准确反映钻速与高异常地 层压力间的关系,必须消除其他因素对钻速的影响。 Jorden和Shirley(1966)提出用d指数替代钻井速度

(d指数是用来标定钻进速度的)
d指数计算公式:

N d? P lg 0.672 D

lg 0.054

?m

υm--钻速,m/h
N--转速,r/min P--钻压,t D--钻头直径,mm

油气田地下地质学

为了消除钻井液密度对d指数的影响,可用dc指数代 替d指数,其间关系为:

?1 dc ? d ? ?2
● ●

ρl--正常地层压力下钻井液密度 ρ2--实际使用的钻井液密度

正常压实情况下: 深度↑, d(dc)指数↑。 钻遇高压异常过渡带时,深度↑,d(dc)指数↓

偏离正常压实趋势线。
→ 绘制研究井的d(dc)指数与深度关系曲线, 可预测过渡带的顶部位置和异常地层压力。

油气田地下地质学

右图为同一口井
的d指数--深度、dc 指数--深度关系曲 线:高异常地层压 力过渡带顶面位置

约在2652m处。

d指数与dc指数曲线对比

由于dc指数消除了钻井液密度的影响, dc指数比d指数
更能清楚地反映出高异常地层压力过渡带的存在。

油气田地下地质学

2、地球物理测井法预测异常地层压力
⑶ 返出钻井液温度--异常高压带常伴有异常高温带出现
在钻遇高异常地层压

力过渡带时,地层温度远
远超过了正常情况,钻井 液出口的钻井液温度突然 增高,该现象可判断钻遇 高异常地层压力过渡带。
返出钻井液温度与井深关系曲线
(据Wilson和Bush,1973)

油气田地下地质学

钻井资料预测异常地层压力
⑷ 页岩岩屑密度
在异常高压过渡带,欠压实→ 页岩岩屑的密度急剧变小而偏离 正常压实趋势线。 该方法简便、见效快、精度高


4114.8m

注意,当页岩中含有大量碳酸

盐矿物和重矿物时,将影响解释 精度,所以,应当对碳酸盐矿物 和重矿物的含量进行校正。
页岩岩屑密度与井深关系曲线

油气田地下地质学

异常压力的其它钻井资料判断方法:
除上述4种方法(钻井速度、d/dc指数、
返出钻井液温度、页岩岩屑密度)之外;

钻井过程中的 井喷、井涌、
转盘扭距突然增大、 起钻时阻力加大 等现象, 均可作为钻遇高压异常的显示。

油气田地下地质学

3、地球物理测井法预测异常地层压力
⑴ 电阻率测井
若岩石为纯页岩,地层水矿化度为一定值, 则地层(页岩)的电阻率主要受孔隙度的影响。


正常压实下:页(泥)岩的孔隙度随埋深增加而减小,
电阻率随埋藏深度的增加而加大。



高异常压力井段:由于孔隙度增加,其中所含地层水 数量增加→电阻率向降低方向偏离正常趋势线。

油气田地下地质学

以纯页岩井段的电阻率对数 值 lgRsh 为横坐标,井深为纵 坐标,将页岩电阻率数据按相 应深度点投点→获得一散点图 →回归分析求出 lgRsh 与井深 的关系曲线,曲线上开始偏离 正常趋势线的位置即为高压异 常过渡带顶部位置。 右图中,高异常地层压力过 渡带顶部大约在4038.6m处。
1gRsh

墨西哥湾岸某井的页岩 电阻率曲线(据瓦尔特,1976)

油气田地下地质学

⑵ 声波测井--预测异常地层压力
声波的纵向传播速度主要是岩 性和孔隙度的函数。对页岩或泥 岩,声波测井曲线基本上为一条 反映孔隙度变化的曲线。

正常压实时:随埋深增加,声 波传播速度↑,传播时间↓。
高异常压力过渡带:声波传播 时间向增大方向偏离正常趋势。
声波时差与深度关系曲线

油气田地下地质学

⑶ 页岩密度测井
预测方法与电阻率测井或声 波测井相同。右图2条曲线均

较清晰地反映出高异常地层压
力过渡带顶面约在3352.8m, 两种资料所得结果吻合较好。

密度测井受井眼大小影响,在
预测异常地层压力时,其精度和 效果不及电阻率及声波测井。

密度测井

岩屑

页岩密度资料分析对比
(据 Fertl 和 Tomko,1970)

油气田地下地质学

应用时,应尽可能选用多种地球物理测井方法和其它 方法进行综合分析,相互验证,以获得较可靠结果。

高异常压力过 渡带顶部位置 约在3749m

综合利用各种资料预测异常地层压力(据Fertl和Timko,1970)

油气田地下地质学

五、异常地层压力研究
(四)研究异常地层压力的意义-- 一般了解
1、研究高异常地层压力与油气藏工业价值之间关系, 指导找油、找气

2、预测异常地层压力,实现平衡钻井

油气田地下地质学

1、研究高异常地层压力与油气藏工业价值之间关系, 指导找油、找气
墨西哥湾岸等地区油气藏工业价值与页岩电阻率比值关系 页岩电阻率比值 Rn/Rob <1.6 1.6<Rn/Rob≤3.0 3.0<Rn/Rob≤3.5 >3.5 页岩附近砂岩有无工业性油气藏 大多数为具有工业价值的油藏 可找到超压油气藏, 该范围内油气田不到 10% 砂岩为小油、气藏(延伸范围有限) 无工业价值油、气藏(以初产量高, 但压力降落极快为其特征)

油气田地下地质学

2、预测异常地层压力,实现平衡钻井
在高压异常地区钻探时,为了顺利地完成钻探任务, 并为油气开采提供优质井身,在开钻之前做两项工作:


确定两个关键地质参数:

孔隙流体压力、岩石破裂压力。


再根据上述两个关键地质参数进行钻探设计。

--主要包括:钻井液密度、套管程序。

油气田地下地质学

三、原始油层压力研究
(一)原始油层压力 1.原始油层压力及其分布 原始油层压力--油层未被打开之前所具有的压力。★★
通常将第一口探井或第一批探井测得的油层压力 近似代表原始油层压力。

原始油层压力来源:

基本来源--静水压头

次要来源: ▲ 天然气压力--将增加油层的压力; ▲ 地静压力--在地静压力作用下,岩石孔隙容积缩小 , 造成油层中原始压力的增加。

油气田地下地质学

油层在海拔+100m的地表出露,具供水区;另一侧,因 岩性尖灭或断层封隔未露出地表,无泄水区。 油藏的测压面:以供水露头海拔(+100m)为基准的水平面


1号井底原始地层压力(静水压力)= 5.88MPa
测压面

供水区

天然气

原油



原始油层压力分布示意图

油气田地下地质学

油水界面原始地层压力=1井原始地层压力+1井底至油水 界面水柱产生压力 =7.84MPa 油气界面原始地层压力=油水界面压力-300m油柱产生 压力 =5.34MPa
测压面

油水界面

天然气

原油



原始油层压力分布示意图

油气田地下地质学
2井(4井)原始油层压力=油水界面压力值-油水界面至 井底油柱重量产生的压力= 6.17MPa

油柱 740.7m

2井液面海拔240.7m低于井口海拔(+350m),原油不能自喷 4井液面海拔240.7m高于井口海拔(+100m),为自喷井
ρo=0.85×103kg/m3

7.84MPa 天然气 原油 水

原始油层压力分布示意图

油气田地下地质学

3号井原始压力:该井钻开气顶部分,因天然气密度受 温度和压力影响,该井原始压力值不能直接由油气界面 上的压力导出,可由近似公式 求出:

Pf ? Pmax e

(1.293?10?4 d g H )
求出3号井的原始油 层压力 5.3MPa


Pmax--气井井口最大关井压力 dg--天然气对空气的相对密度(0.8)

H--井深或气柱高度 天然气 原油 e--自然对数的底 原始油层压力分布示意图

油气田地下地质学

井号
1 2 3 4

钻开位置
含水部分 含油部分 气顶部分 含油部分

井底海拔
-500m -500m -350m -500m

原始地层压力
5.88MPa 6.17MPa 5.3MPa 6.17MPa
▲ ▲ ▲

井底海拔高度相同条件下:
井内流体性质相同,原始地层(油层)压力相同;

井内流体性质不同,原始地层(油层)压力不同。

油气田地下地质学

原始油层压力分布特点:

★★

A、原始油层压力随油层埋藏深度的增加而加大;

B、流体性质对原始油层压力分布有着极为重要的影响: 井底海拔相同的各井: 井内流体性质相同→原始油层压力相等; 井内流体性质不同→流体密度小,原始油层压力大。
C、气柱高度变化对气井压力影响很小。 当油藏平缓、含气面积不大时,油-气或气-水界面上 的原始油层压力可以代表气顶内各处的压力。

油气田地下地质学

2、原始油层压力的确定方法--主要有4种 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 实测法 压力梯度法 计算法 试井分析法
▲ ▲



⑴ 实测法--油井完井后关井,待井口压力表上压力稳定
后,把压力计下入井内油气层中部所测得的压力→油气层
的原始地层压力。---关井测压

油气田地下地质学

⑵ 压力梯度法--具有统一水动力系统的油气藏,其压 力梯度值为常数--即地层压力与油气层埋深呈直线关系。
因此,实测不同海拔的 原始地层压力, 作出压力-海拔关系曲线; →对新钻井,可根据设计 深度,得原始地层压力

俄罗斯地台某油田上泥盆 统油藏原始地层压力与平均 埋藏深度关系曲线。
压力与深度关系曲线
(据B·A·特哈斯托维,1975)

油气田地下地质学

⑶ 计算法--对于新勘探或新开发油气藏
如果钻井的海拔高度和深度已知,且测定了原油、地 层水或天然气密度:


应用静水压力公式计算原始地层压力;
对于高压气井(超高压气井),不能直接下入井底压力计
(1.293?10?4 d g H )
Pmax--气井井口最大关井压力 dg--天然气对空气的相对密度(0.8) H--井深或气柱高度



测量,可利用井口最大关井压力求得原始气层压力。

Pf ? Pmax e

油气田地下地质学

3、原始油层压力等压图的编制与应用
⑴ 原始油层压力等压图的编制 绘制方法与构造图相同--在目的层构造图上进行: 根据各井原始油层压力,选择压力间隔值, 在相邻两井间进行线性内插 、圆滑曲线 等。 原始油层压力分布主要受构造因素影响→


油层厚度均匀,压力等值线与构造等高线基本平行;



若两类等值线形态差异较大,必须检查原因-地层厚度不均,或因测量、计算导致数据不准等。

油气田地下地质学

⑵ 原始油层压力等压图的应用--主要有4个方面
① 通过等压图预测新井的原始油层压力
--便于在探井设计中确定新钻井的套管程序与洗井液密度。

② 计算油藏的平均原始油层压力(常用面积权衡法求取) --平均值越大,天然能量越大,越有利于油藏开采。

③ 判断水动力系统--对制定开发方案、分析开发动态十分重要。 水动力系统--指在油气层内流体连续流动的范围。 ◆ 同一水动力系统内,原始地层压力等值线分布连续; ◆ 不同水动力系统,原始地层压力等值线分布不连续: --因断层或岩性尖灭等因素被分割。

油气田地下地质学
150

14 0
130

140 130 120 110 -700 120 140

-1 1
-9 0 0

- 1 20

0

00

1 20

-7
-1 1 00

- 90 0

00

构造等高线

等压线

断层

井点

某油田原始油层压力等压图

油气田地下地质学

⑵ 原始油层压力等压图的应用
④ 计算油层的弹性能量
油层的弹性能量--指油田在开发过程中,地层压力每

下降0.1MPa时,依靠弹性膨胀力所能采出的油量。
若油藏无边水或底水,又无原生气顶 但原始油层压力远超过饱和压力




开采时,驱油动力
为弹性膨胀力

弹性能量--取决于地饱压差、含油面积、油层厚度、
综合弹性压缩系数等。

地饱压差差值越大→弹性能量越大,排出流体量越多。

油气田地下地质学

第一节

地层压力

(二)目前油层压力 1、目前油层压力及其分布
⑴ 单井生产时油层静止压力的分布 ⑵ 多井生产时油层静止压力的分布

2、油层静止压力等压图的编制

油气田地下地质学

1、目前油层压力及其分布
目前油层压力--油藏投入开发后某一时期的地层压力。
又分为:油层静止压力 和 井底流动压力。


★★

油层静止压力--油田投入生产后关闭油井,待压力恢

复到稳定状态以后测得的井底压力,常用PS表示。


井底流动压力--油井生产时测得的井底压力(井底流

压),用符号Pb表示。

油层静止压力PS>井底流压Pb

油气田地下地质学

1、目前油层压力及其分布
⑴ 单井生产时油层静止压力的分布
假定:油层均质、各向同性, 只有1口井; 油井生产时,流体从供给边 缘流向井底的渗流过程中:


流线呈径向分布



压力分布呈规则同心圆状
平面径向流渗流场示意图

油气田地下地质学

从供给边界到井底,地层中的压力降落过程按对数关 系分布。空间形态上形似漏斗,习惯上称“压降漏斗”。

Q? R Pf ? PS ? ln 2?Kh r
Pf --距井轴r处地层压力,Pa PS—油层静止压力,Pa R--油井供给半径,m r--研究点与井筒轴距离,m Q--地层条件下产量,m3/s μ--地层原油粘度,Pa· s K--油层渗透率,μm2 h--油层有效厚度,m
r处地层 压力 油层静止压力PS 井底流动压力

研究点与井筒轴距离

油井供给半径

压降漏斗示意图

油气田地下地质学

⑵ 多井生产时油层静止压力的分布
多口井同时生产时产生相互干扰。此时,任意一点的压 力是油层上各井(产油井、注水井)在该处所引起压力的叠加。

油藏中任一点A压力降落 △PA=△P1+△P2+△P3

A
总的压降漏斗

3口井同时生产油层压力分布示意图

油气田地下地质学

2、油层静止压力等压图的编制



油层静止压力的获取:
在油井中 →定期测压力恢复曲线;




在水井中 →定期测压力降落曲线;
将不同时期压力值换算为同一作图时期压力值 (换算时多采用油藏平均压力递减曲线法); 相邻两井之间某点油层静止压力— 一般采用线性内插法求取。



油气田地下地质学
100 90 80 80 70 60
110

50 50
14 0
150 140 130

80
130

构造等高线

等压线

-1 1 与该油藏原始油层压力等压图比较,油层压力分布发生 00 较大变化;油层静止压力等压图与构造等高线相交。 140

120 110 120 断层 -700 -7 00 - 90 0 120

我国某油藏某 00 -900 一时期油层静 止压力等压图

-1 1

- 1 20

0

构造等高线

等压线

断层

井点

油气田地下地质学

(三)油层折算压力 1、油层折算压力的概念 ⑴ 折算压头--指井内静液面距
某一折算基准面的垂直高度。
0

折算基准面可以是海平面、 原始油水(或油气)界面等。★
假设:折算基准面为海平面, 折算压头 l 为:

L′

l ? h? L? H
l

折算压头换算示意图

--折算压头/m; h --静液柱高度/m; H--井口海拔高度/m L --井口至油层顶面(或中部)的垂直距离,m

油气田地下地质学

⑵ 折算压力:指折算压头产
生的压力,指测点相对于某基
准面的压力,数值上等于由测 压面到折算基准面的静液柱产 生的压力--可用静水压力公
L′

0

式导出。


静液面在折算基准面以上时,
折算压头取 + 静液面在折算基准面以下时, 折算压头取 -
折算压头换算示意图



油气田地下地质学

当基准面设为油水 界面时:

折算压力=
井底压力+

基准面距井底
油柱高度产生 的压力
基准面 折算压头换算示意图

油气田地下地质学

两口井,钻遇油层顶部海拔-380m、-470m。经过一段 时间开采后,关井测得1井油层静止压力=2.82?,2井 油层静止压力=3.25?。求:两口井此时的折算压头。 原油密度=0.8×103㎏/?。
先求静液柱高度:H1、H2

pH ? H? o g

基准面

PH--静止压力,Pa H--静液柱高度,m。

H1=360

H2=410

-380m -470m

1井折算压头=360-380=-20m 2井折算压头=410-470=-60m

油气田地下地质学

2、折算压力等压图的编制
--编图方法与油层静止压力等压图相同。
高压区 低压区 低压区 高压区

油藏折算压力等压图

油藏中流体流动方向:从南、北两翼向轴部及东、西两端

油气田地下地质学


油层折算压力等压图的作用:

A)更直观、准确地反映油藏的开采动态及地下流体 的流动状况--由折算压力高处向折算压力低处流动;
B)利用压头或压力分布与变化特征,可拟定油藏分

区的配产、配注方案等等。
C)判断水动力系统--静水条件下,若油藏各井原始油

层压力的折算压头或折算压力相等,则该油藏为一个 统一的水动力系统;反之,则为多个水动力系统

油气田地下地质学

第五章

地层压力和地层温度
地层压力
地层温度



第一节
第二节

第三节

油气藏驱动类型

油气田地下地质学

第二节

地层温度

一、有关地层温度的概念
研究地层温度的主要意义 地壳的地温带划分

地温梯度与地温级度

二、地温场研究 地温测量
地温场特征
地温场与油气分布的关系 影响地温场分布的主要因素

油气田地下地质学

一、有关地层温度的概念
(一)研究地层温度的主要意义
① 现代生油理论认为地温是有机质向油气演化过程中 最为重要、最有效的因素; ② 理论和实际资料证明,油气田上方常常存在地温的 正异常,利用地温场的局部正异常可以寻找油气田;

③ 地热是一种宝贵的热能资源,具有成本低、使用简
便、污染小等优点。

油气田地下地质学

(二)地壳的地温带划分
根据地下温度变化,常把地壳划分为下4个地温带:




▲ ▲

日变化带:该带温度受每天气温的影响, 该带深度范围一般为1~2m。 年变化带:该带温度受季节性的气温变化影响, 深度变化范围一般为15~30m左右。 恒温带:30m以下,不受季节性气温变化的影响。 增温带:恒温带之下,地层温度随埋深增加而升高。

油气田地下地质学

(三)地温梯度与大地热流
1.地温梯度
地温梯度G--在恒温带 之下,埋藏深度每增加 100m地温增高的度数。 地温级度Dt:在恒温带之 下,地温每增高1℃时,深 度的增加值。

t ? to G? ?100 H

H Dt ? t ? to

t--井深H 处的温度,℃; to—年平均地面温度或恒温带温度,℃; H--井下测温点与恒温带深度差,m。

油气田地下地质学

右图为根据东营凹陷133

口预探井资料编绘的地温与
深度关系图。从该图可得地 温与深度的线性关系式:

t ? 0.036H ?14
▲ ▲

地温梯度:3.6℃/100m 平均地面温度:14℃
东营凹陷地温与深度关系图
(据杨绪充,1984)

油气田地下地质学


地球的平均地温梯度3℃/100m --正常地温梯度。 <3℃/100m--地温梯度负异常;

>3℃/100m--地温梯度正异常。
国内部分地区地温梯度资料(据西北大学编《石油地质》) 油田或盆地 准噶尔盆地(T-J) 酒泉盆地(E+N) 四川盆地(J) 陕甘宁盆地(J) 地温梯度/℃/100m 2.2~2.3 2.3 (2.6) 2.2~2.4 (2.7) 2.75 (2.8) 油田或盆地 松辽盆地(K 1 ) 大庆油田 济阳坳陷(E+N) 冀中坳陷(Z) 地温梯度/℃/100m 3.1~4.8 (6.2) 4.5~5.0 3.1~3.9 3.7 (4.2)

注:括号中的数值为最大地温梯度值。

油气田地下地质学

2.大地热流
大地热流:是岩石热导率与地温梯度的乘积

q ? ?kG
大地热流能从本质上揭示区域地温场的固有特征, 反映出地球内热提供的总热量 评价区域总油气生成量

油气田地下地质学

第二节

地层温度

二、地温场研究
指某一地质空间内的地温变化特征及热量释放状况

1、地温测量

2、地温场特征
3、影响地温场因素

油气田地下地质学

(一)、地温测量
1.今地温测定 关井实测:在打开油层的第一批探井中实测。
关井,待井内流体温度与围岩原始温度一致时测量。

2.古地温测定 一是:利用各种古温标模拟盆地的热历史, 主要有:有机质成熟度指标;孢子颜色;自 生矿物;流体包裹体;磷灰石裂变径迹等 二是:利用盆地演化的地球物理模型来研究 古地温

油气田地下地质学

(二)地温场的分布特征
地温梯度在纵向上、平面上都具有明显的规律性变化。

1. 地温梯度的纵向变化
下表为东营凹陷6口井的系统井温资料。
东营凹陷地温梯度纵向变化表
测温井号 东风 1 东风 2 坨 29 滨 99 滨 258 滨试 6 实测井段/m 1050~3050 500~4900 1650~2500 1500~2500 900~1500 950~1575 N 3.63 3.32 地温梯度 / (℃/l00m) Ed-Es3 Es4 -Ek 前寒武纪 3.61 4.03 2.55 2.16 3.63 3.76 5.02 5.73 3.00

3.87 4.32

油气田地下地质学
温 度/℃

根据井温资料可编制井温 与深度关系图,了解地温梯 度在纵向上的变化:
上第三系稍高, 3.61~4.08℃/100m; 下第三系Ed-Es3较高; 下第三系Es4-Ek稍低, 2.55℃/100m; 前寒武系较低,2.16℃/100m

500 1000 1500 2000 2500

40

60

80

100 120

140

160

稍高
滨试6 滨258

较高
坨29 滨99 东风1

深 度 3000 /m
3500 4000 4500

稍低

较低
东风2

这种变化主要受各段 岩石热导率控制。

东营凹陷系统测温井温度与深度关系图 东营凹陷系统测温井

温度与深度关系图

油气田地下地质学

2.地温场平面展布
整体来看,地温异常的平面分布明显受区域构造和大 断层控制;地温梯度等值线与区域构造轮廓基本一致。
陈南断层

东营凹陷地温梯度(℃/100m)等值线图(杨绪充,1984)

油气田地下地质学

第二节

地层温度

(三)影响地温场因素
地温场是很不均一的,影响地温场分布的主要因素:

大地构造性质;
岩浆活动; 断层; 地下水活动;

基底起伏;
岩性; 盖层褶皱; 烃类聚集 等。

具全局性和主导作用的因素: 大地构造的性质(如:地壳的稳定程度及地壳的厚度等)。

油气田地下地质学

(四)影响地温场分布的主要因素
1. 大地构造性质
大地构造性质及所处构造部位是决定区域地温场基 本背景的最重要的控制因素: ● 大洋中脊---高地温;
● ●

海沟部位---低地温; 海盆部位---一般地温;




稳定的古老地台区---较低地温; 中新生代裂谷区---较高地温。

油气田地下地质学

地壳厚度对地温也有重要影响。 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。

中国东西向地壳厚度变化与地温关系示意图(据王钧等,1990)

油气田地下地质学

2.基底起伏


由于基底的热导率往往高于盖层,
---深部热流向基底隆起处集中, 使基底隆起区具有高热流、高地温梯度特征, 坳陷(凹陷区)具有低地温特征。



地温异常与重力异常吻合--重力异常是基岩埋深的反映:
两者的低值区同处于凹陷内部、 两者的高值区同处于凹陷的边部和基岩潜山凸起带。

---地温分布在平面上与基底起伏密切相关。

油气田地下地质学

东营凹陷布格重力异常(mGal)图(据杨绪充,1984)

东营凹陷地温梯度(℃/100m)等值线图(杨绪充,1984)

油气田地下地质学

3.岩浆活动
岩浆活动对现今地温场的影响,主要从2方面考虑: ① 岩浆侵入或喷出的地质年代: 时代越新,所保留的余热就越多,对现今地温场的 影响就越强烈,有可能形成地热高异常区。

② 侵入体的规模、几何形状及围岩产状和热物理性质等 如:冷却速率与岩浆侵入体半径的平方成反比; 冷却的延续时间与岩体半径平方成正比: ---岩体半径增大1倍,冷却时间延长4倍。

油气田地下地质学

(四)影响地温场分布的主要因素
4.岩性(岩石的导热能力) 一般同一地区不同深度地层中,其热流值不变。 地温梯度随岩石热导率发生变化

导热能力可用导热率表示。岩石的导热率大,
岩层剖面上地温梯度小。 东营凹陷地温梯度的纵向变化情况


岩性差异导致了纵向上不同组段地温梯度明显变化;



随地层埋深和年龄增加,地温梯度总体呈下降趋势。

油气田地下地质学

5.盖层褶皱
热流传导具各向异性:顺 层面比垂直层面更易传播。 背斜使热流聚敛, 向斜使热流分散。


背斜顶部地温梯度大,

翼部地温梯度小。


背斜与向斜区热流分布示意图

两翼倾角越陡,背斜顶部与两翼的温差就更大。

油气田地下地质学

6. 断 层
研究断层与地温场的关系时,应考虑两个方面: ※ 在主断层线上是否出现地温异常; ※ 沿着断层走向热流是否有变异。


一般的封闭性断层或压扭性断层: 因压扭、摩擦产生热量,形成附加热源--地温增高。



一般的开启性断层:可作为地下水循环通道, ▲ 将近地表及浅处低温地下水引至深部--地温降低; ▲ 或因深部地下水沿断层上升--地温增高。 ---应视具体情况区别对待。

油气田地下地质学

7.地下水活动 由于地质条件和水文地质条件的差异,地下水与围

岩温度场的相互关系复杂多变。
● 地下水活动可引起围岩温度降低:

地表水补给、径流条件良好,地下水侧向活动强烈。
如华北盆地西部山前在相当深度内呈现低温状况。 ● 区域性地下水循环将深部热水带至浅层,

使地温普遍增高,地温梯度变大。

油气田地下地质学

8. 烃类聚集--油气分布
烃类聚集(油气田)上方往往存在地温高异常(地温梯度高); 而且,气田区高于油田区。 ● 地温异常很微弱,一般为0.2~4.5℃左右; ● 相当普遍地分布在油气田上方的浅部和地面。
100m深度的温 度曲线在油藏 正上方显示出 升高趋势。
前苏联的什罗卡盆地内油田上地温剖面图

油气田地下地质学

★ 导致烃类聚集上方地温异常的主要原因: ● 首先,油气藏本身提供了附加热源: 主要来自:烃类需氧和乏氧的放热反应、

和放射性元素的集中等。
● 流体向上渗逸时将油气藏中的过剩热量带至 浅部和地表。

油气田地下地质学

小结--影响地温场分布的主要因素:
⑴ 大地构造性质--活动性、地壳厚度等 ⑵ 基底起伏--隆起区高地温梯度、坳陷区低地温梯度 ⑶ 岩浆活动--活动规模、几何形状、年代等 ⑷ 岩性--岩石的导热能力不同 ⑸ 盖层褶皱--背斜顶部地温梯度大,翼部地温梯度小 ⑹ 断层--封闭性断层或压扭性断层一般导致高异常

⑺ 地下水活动--深部热水至浅层、地表水补给
⑻ 烃类聚集--上方往往存在地温高异常

油气田地下地质学

第三节

油气藏驱动类型

油气藏驱动类型--指地层中驱动油、气流向井底 以至采出地面的能量类型。(也称驱动方式) ★★ 油气藏的驱动类型:
→决定油气藏的开发方式以及油气井的开采方式, →直接影响油气开采的成本和油气的最终采收率。 一次采油:利用天然能量开采的过程

二次采油:采用外部补充地层能量(注水、注气)以保 持地层能量为目的的提高采收率的采油方法
三次采油:通过注入其它流体,采用物理、化学、热量、 生物等方法改变油藏岩石及流体性质,提高采收率的方法。

油气田地下地质学

一、油气藏驱动能量(驱动方式)
油层岩石和其中流体弹性能--弹性驱动

天然驱动 能 量

含水区弹性能和露头水柱压能--水压驱动 油藏含油区内溶解气的弹性能--溶解气驱 油藏气顶的弹性膨胀能--气顶驱动 油藏的重力驱动能--重力驱动

人工驱动 能量

人工注水、注气 气体混相驱 热力驱 化学驱

油气田地下地质学

1、油层岩石和其中流体的弹性能
条件:地层压力>饱和压力

弹性能驱动

钻开油气层后,油气层平衡状态遭到破坏:
● ●

油气层岩石受上覆岩柱压力而变形,岩石孔隙缩小; 油气层孔隙内的流体也因压力减小而产生弹性膨胀。

弹性能量的受控因素
①油层岩石和其中流体的压缩系数大小 压缩系数大,在压力作用下出现的体积变化也 大,因而积蓄或释放的弹性能量也大。

油气田地下地质学

②油藏原始压力系数的高低 油藏原始系数越高,它积蓄的弹性能量就越大; 油藏原始压力系数越低,其积蓄的弹性能量也越

少。因此,异常高压油藏的弹性能量比异常低压
油藏要高很多。 ③开采中降压的幅度大小 油藏弹性能量的利用程度,取决于油藏在开发 中能够降低压力的幅度。降压幅度越大,弹性能 量释放就越多,获得的弹性采收率也就越高;反

之则低。

油气田地下地质学
油藏饱和压力与饱和程度 饱和压力的概念 当地层原油中溶解的天然气达到饱和状态时所测定的压 力。 油藏原油中一般都溶解有天然气。如果原油中溶解的天然 气达到饱和状态,则多余的天然气就会呈气态形成带气顶 的油藏,这时的饱和压力就与油藏地层压力相等。但如果 原油中溶解的天然气尚未达到饱和,其饱和压力就需要进 行地层原油高压物性(又称PVT)取样在室内分析测定。 油藏饱和压力表示该油藏的地层原油在低于该压力时, 就会有多余的溶解气从原油中分离逸出,从而出现油气两 相共存的状态。但如果高于该压力,则原油不饱和,其中 的溶解气不会逸出。

油气田地下地质学

油藏地饱压差与油藏饱和程度 油藏地层压力与饱和压力的差值,称该 油藏的地饱压差。油藏地饱压差一般都是指 油藏原始地层压力与原始饱和压力之差。油 藏地饱压差大,说明油藏的弹性能量较大, 只要通过降压开采,油藏的弹性能量就可以 释放出来,驱使油气流向井底,因此,油藏 具备一定的弹性驱开采条件。

油气田地下地质学

2、含水区弹性能和露头水柱压能
弹性水压能驱动 条件:地层压力远远>饱和压力

天然水压驱动

露头供水充足 且露头与油层高差大

它指油藏边底水与地面或浅表水系的湖、河或海水 整个油藏与边底水为一个统一的水动力系统,并 源有较好的连通时,在油藏投入降压开发后,外界水 具有良好的封闭性。因此,这时的边底水能量就 源会在压差作用下源源不断地流向油藏边底水区域, 只是边底水所具有的弹性能量,其大小只与边底 释放出强大的边底水压力能量(本质上是一种水压势 水的体积有关。因而,也有人称封闭型边底水能 能),它的大小取决于外界水源的丰富程度和向油藏 量为“弹性水驱”能量。 水体的补给速度,它比封闭型边底水的弹性能量要强 大得多,因此,也有人称其为“刚性水驱”能量

油气田地下地质学

3、油藏含油区内溶解气的弹性能 溶解气驱(油藏) ● 油层压力降至饱和压力以下时,溶解气从溶解状态 挥发出来,呈气泡分散在油中,压力降低时, 气泡产生弹性膨胀。。
溶解气弹性能量的受控因素 溶解气能量的大小,与原始溶解气油比的高低,溶解气 成分,以及油层压力和温度都有一定关系。油藏原始溶解 气油比高的油藏,其原始溶解气数量大,所蕴含的溶解气 能量就大;反之则小。溶解气中重烃含量高者弹性能量相 对较小。油层压力越高,其可能的降压幅度就越大,因而 释放出的溶解气能量就越大。油层温度越高,其溶解气能 量也越大。 与弹性驱相比,油藏的溶解气能量更为丰富,其溶解气 驱采收率一般要高出弹性驱数倍。

油气田地下地质学

4、油藏气顶的弹性膨胀能

气顶驱动(油藏)

它指油气藏气顶中的游离气由于地层高压所蓄积的能量。 当油气藏投入降压开采时,气顶气由于降压产生膨胀,就 释放出这种能量。气顶能量本质上仍然是弹性能,只是由 于气体的压缩系数极大(在20℃、6.8MPa压力下甲烷的等 温压缩系数达1645×10-4MPa-1),因而在降压膨胀时释放 出的弹性能量就十分巨大

5、油藏的重力驱动能 重力驱动(油藏) ● 油层较厚或具较大倾角时, 原油依靠自身重力向低部位井内流动。 ● 其它能量均已消耗后,主要依靠重力驱油。

油气田地下地质学

第三节

油气藏驱动类型

二、油气藏驱动类型与油气采收率

1、油气采收率及其影响因素
2、驱动类型对采收率的影响 1、油气采收率及其影响因素
油气采收率--采出油气量与原始地质储量的比值。
影响油气最终采收率的因素很多,可分为两大类:

地质因素 和 开发因素。

油气田地下地质学

⑴ 主要地质因素
① 油气藏类型:油气藏类型不同,所能达到的最终 采收率会有很大差别。 ② 油气藏储层性质:即储层的结构特征、润湿性、 连通性、非均质程度,及φ、K、So大小。

③ 油气藏的天然能量类型:如有无边水、底水、气顶, 以及能量的大小和可利用程度等。
④ 原油和天然气的性质:如组成成分、原油粘度,气油 比;气田的天然气中含其它气体水化物情况等。

油气田地下地质学

⑵ 主要开发因素
① 开发方式,即选择消耗性开发方式(天然能量),还是 选择注水、注气、干气回注等哪一种补充能量方式; ② 布井方式,即采用何种布井方式和井网密度的大小;
边缘注水--水井位于油水边界附近; 面积注水--将注水井和油井按一定几何形状和密度均匀 布置于整个开发区--四点、五点……等面积注水。 切割注水--利用注水井排将油藏切割为若干区(独立开发)

③ 开采的技术水平和增产增注的效果; ④ 二、三次采油和提高最终采收率的方法及效果。

油气田地下地质学

2、驱动类型对采收率的影响
油气藏驱动类型对采收率影响很大。


不同驱动类型之间最终采收率相差很大,一般而言: ※ 水压驱动的采收率比较高 ※ 溶解气驱的采收率比较低 ※ 封闭弹性驱时采收率更低
既使同一驱动类型的油气藏,由于各种情况的差异, 其采收率存在一个较大的变化范围,甚至相差悬殊。
(见下页表)



油气田地下地质学
不同驱动类型的采收率
类别 驱动类型
采收率,%

类别

驱动类型

采收率,%

一次采油 弹性驱 溶解气驱 水 驱 油 藏 气顶驱 重力驱 注 水 注 气 混相驱 热力驱 2~5 10~30 25~50 20~50 30~70 25~60 30~50 40~60 20~50 气 藏 水 油 藏

三次采油
注聚合物、注 CO2、 注碱水、注表面活性 剂等类型的驱油剂

45~80

一次采气 弹性驱 驱 二次采气 回注干气的 凝析气藏 65~80 70~95 45~70

二次采油

油气田地下地质学

第 七 章 地层压力和地层温度
( 结 束 )


网站首页 | 网站地图 | 学霸百科 | 新词新语
All rights reserved Powered by 大学生考试网 9299.net
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@qq.com