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1、专题讲座：异常地层压力 异常地层压力研究不仅是石油地质学的一个重要理异常地层压力研究不仅是石油地质学的一个重要理论问题，而且也是长期困扰钻井工程界的重大技术难题，论问题，而且也是长期困扰钻井工程界的重大技术难题，给钻井施工安全和录井中油气层的识别与评价、油层保给钻井施工安全和录井中油气层的识别与评价、油层保护带来了很大的困难。异常地层压力在世界范围内普遍护带来了很大的困难。异常地层压力在世界范围内普遍存在，由此每年给石油界造成高达数亿美元的经济损失。存在，由此每年给石油界造成高达数亿美元的经济损失。由于其形成机理和影响因素很多，国内外的研究一直未由于其形成机理和影响因素很多，国内外的研究一直未
2、找到一种理想的方法，能够准确地对其进行预测和监测。找到一种理想的方法，能够准确地对其进行预测和监测。传统的压力预测方法在实际钻井过程中的符合程度很传统的压力预测方法在实际钻井过程中的符合程度很差。现在综合录井仪上所用的压力预测方法一般都是差。现在综合录井仪上所用的压力预测方法一般都是DcDc指指数和数和SigmaSigma法。而随着钻探技术的发展（如定向斜井技术法。而随着钻探技术的发展（如定向斜井技术和和PDCPDC钻头的使用），使得这两种方法在压力预测和监测钻头的使用），使得这两种方法在压力预测和监测上都存在着明显的误差。要使压力预测与监测技术同步前上都存在着明显的误差。要使压力预测与监测技
3、术同步前进，必须找到一种能与综合录井配套的随钻监控方法，并进，必须找到一种能与综合录井配套的随钻监控方法，并且能预测下部一定地层内的压力变化，有效地指导科学钻且能预测下部一定地层内的压力变化，有效地指导科学钻井，防止事故的发生。井，防止事故的发生。对沉积盆地中异常高压的研究，世界范围都给予了足够的重视。对沉积盆地中异常高压的研究，世界范围都给予了足够的重视。理论上，它完善了成油晚期学说，正是异常高压的存在，使得原本理论上，它完善了成油晚期学说，正是异常高压的存在，使得原本在晚期由于压实作用而致密的储层保持了异常高的孔隙度，使油气在晚期由于压实作用而致密的储层保持了异常高的孔隙度，使油气的运移和
4、聚集成为可能；勘探中，由于高效（或有效）源岩、有效的运移和聚集成为可能；勘探中，由于高效（或有效）源岩、有效储层、较高能量等各成藏的有利因素是相伴出现的，对异常高压的储层、较高能量等各成藏的有利因素是相伴出现的，对异常高压的预测实际上就是对有利成藏区段的圈定。预测实际上就是对有利成藏区段的圈定。我国东部地区下第三系盆地，从水力作用上讲，都属于压实流我国东部地区下第三系盆地，从水力作用上讲，都属于压实流盆地，纵向上都具有三个水力系统：上部浅层淡水系统（盆地，纵向上都具有三个水力系统：上部浅层淡水系统（2000m2000m以以内），中层含盐正常压力系统（内），中层含盐正常压力系统（20003500
5、m20003500m）和深层（）和深层（3500m3500m以下）以下）超压系统。因此，深层异常压力系统的研究十分重要。超压系统。因此，深层异常压力系统的研究十分重要。另一方面，深层油气储层由于受到复杂的成岩作用影响，另一方面，深层油气储层由于受到复杂的成岩作用影响，对其有利储集空间发育规律的研究尤为重要。国内外的研究和对其有利储集空间发育规律的研究尤为重要。国内外的研究和勘探表明，次生孔隙的发育是深层油气储集的主体，其发育区勘探表明，次生孔隙的发育是深层油气储集的主体，其发育区段和发育程度受控于欠压实泥岩的发育或异常孔隙流体压力的段和发育程度受控于欠压实泥岩的发育或异常孔隙流体压力的存在。与
6、盆地构造、沉积具有一定的协调性，共同控制着油气存在。与盆地构造、沉积具有一定的协调性，共同控制着油气生成、运移和聚集。因此，研究深层异常压力的时空演化和分生成、运移和聚集。因此，研究深层异常压力的时空演化和分布规律，指导勘探目标的确定，评价有利的储层区段分布，具布规律，指导勘探目标的确定，评价有利的储层区段分布，具有重要的指导意义。此外，能够为目标钻探、科学钻井提供压有重要的指导意义。此外，能够为目标钻探、科学钻井提供压力预测剖面，指导钻井泥浆设计，有效地保护油层。力预测剖面，指导钻井泥浆设计，有效地保护油层。一、有关地层压力的概念 二、异常地层压力的概念 三、异常地层压力的形成机理 四、异常
7、地层压力的预测方法 五、异常地层压力的研究意义 六、研究现状内内容容题题要要 压力的单位是帕，符号是压力的单位是帕，符号是PaPa。1Pa1Pa是指是指1m1m2 2面积上受到面积上受到1N1N的力时形成的压力。即：的力时形成的压力。即：1Pa=1N/m2 1MPa=103KPa=106Pa 1MPa=10.194kgf/cm2 或或 1kgf/cm2=98.067kPa 粗略计算时，可认为粗略计算时，可认为1kgf/cm1kgf/cm2 2=100kPa=0.1MPa=100kPa=0.1MPa，其误差，其误差约为约为2%2%。一、有关地层压力的概念一、有关地层压力的概念1 1、上覆岩层压力
8、（地静压力）、上覆岩层压力（地静压力）上覆岩石骨架和孔隙空间流体的总重量所引起的压力。上覆岩石骨架和孔隙空间流体的总重量所引起的压力。其值的大小与上覆岩层的厚度、骨架密度和孔隙流体密度有其值的大小与上覆岩层的厚度、骨架密度和孔隙流体密度有关。单位为关。单位为MPaMPa。上覆岩上覆岩层压力层压力上覆岩层上覆岩层垂直高度垂直高度上覆沉积上覆沉积物总密度物总密度重力加重力加速度速度上覆岩层上覆岩层压力压力上覆岩层上覆岩层垂直高度垂直高度重力加重力加速度速度岩层平均岩层平均孔隙度孔隙度岩石骨架岩石骨架平均密度平均密度流体平均流体平均密度密度上覆岩层压力梯度上覆岩层压力梯度:单位岩柱高的压力。单位岩柱
9、高的压力。单位为单位为MPa/m。据统计据统计,第三纪岩层的平均压力梯度为第三纪岩层的平均压力梯度为0.0231MPa/m（密度（密度测井）测井）;碎屑岩岩层的最大压力梯度为碎屑岩岩层的最大压力梯度为0.031MPa/m;浅层的岩层浅层的岩层压力梯度一般小于压力梯度一般小于0.031MPa/m。2 2、静水压力（流体静压力）、静水压力（流体静压力）液柱重量所产生的压力。液柱重量所产生的压力。其大小与液体的密度和液柱的高度有关，其大小与液体的密度和液柱的高度有关，而与液体的形状和大小无关。而与液体的形状和大小无关。静水压力静水压力水的密度水的密度静水柱高静水柱高度度重力加速重力加速度度静水压力梯
10、度：静水压力梯度：单位液柱高度的压力值。单位液柱高度的压力值。由于水的密度一般为由于水的密度一般为1103kg/m3，所以，静水压力，所以，静水压力梯度约为梯度约为 0.01MPa/m。3.3.地层压力地层压力 作用于岩层孔隙空间内流体上的压力，又称为孔隙流作用于岩层孔隙空间内流体上的压力，又称为孔隙流体压力。体压力。常用常用P Pf f表示。表示。含油、气区内的地层压力称为油层压力或气层压力。含油、气区内的地层压力称为油层压力或气层压力。地层压力全部由流体本身所承担。油气层未被钻开之前，油层内各处的地地层压力全部由流体本身所承担。油气层未被钻开之前，油层内各处的地层压力保持相对平衡状态。一旦
11、油气层被钻开并投入开采，油气层压力的平衡层压力保持相对平衡状态。一旦油气层被钻开并投入开采，油气层压力的平衡状态遭到破坏，在油气层压力与井底压力之间产生的压差作用下，油气层内的状态遭到破坏，在油气层压力与井底压力之间产生的压差作用下，油气层内的流体就会流向井筒，有时甚至喷出到地面。（自喷采油，到后期，压力释放较流体就会流向井筒，有时甚至喷出到地面。（自喷采油，到后期，压力释放较多后不能自喷，注水、抽油机采油）多后不能自喷，注水、抽油机采油）地层压力梯度：地层压力梯度：又称孔隙流体压力梯度，指单位深度的又称孔隙流体压力梯度，指单位深度的流体压力值，用流体压力值，用G Gf f表示。其值的大小与地
12、层所处的地质表示。其值的大小与地层所处的地质条件有关。条件有关。静水压力静水压力P PH H、上覆岩层压力、上覆岩层压力P Po o和地层压力和地层压力P Pf f三者之间的关系：三者之间的关系：a a、地层渗透性能良好，与地表水相连通：此时流体承担的压力（地、地层渗透性能良好，与地表水相连通：此时流体承担的压力（地层压力）即为连通孔隙中的静水压力：层压力）即为连通孔隙中的静水压力：P Pf f=P PH H ，相应地，相应地 G Gf f=G GH H。而。而上覆岩层压力上覆岩层压力P Po o全部由岩石基质来承担。全部由岩石基质来承担。b b、地层渗透性能较好，但上下左右均被不渗透的隔层所
13、隔，呈透镜、地层渗透性能较好，但上下左右均被不渗透的隔层所隔，呈透镜体状：此时流体所承担的压力最终要和上覆地层压力趋于平衡，即：体状：此时流体所承担的压力最终要和上覆地层压力趋于平衡，即：P Pf f =P Po o，或，或 G Gf f=G Go o。c c、地层渗透性能较差，且岩性非均质性较强，孔隙水与地表水有连、地层渗透性能较差，且岩性非均质性较强，孔隙水与地表水有连通，但其连通性不好，流体可缓慢渗透，处于一种半封闭状态：此时上通，但其连通性不好，流体可缓慢渗透，处于一种半封闭状态：此时上覆岩层压力由孔隙流体和岩层基质共同负担，这种情况下的地层压力是覆岩层压力由孔隙流体和岩层基质共同负担
14、，这种情况下的地层压力是小于上覆岩层压力而大于静水压力的。即：小于上覆岩层压力而大于静水压力的。即：P PH H P Pf f P Po o 或或 G GH H G Gf f G Go o一、有关地层压力的概念一、有关地层压力的概念一、有关地层压力的概念 二、异常地层压力的概念 三、异常地层压力的形成机理 四、异常地层压力的预测方法 五、异常地层压力的研究意义 六、研究现状内内容容题题要要 异常地层压力是相对于正常地层压力而言的。异常地层压力是相对于正常地层压力而言的。在正常压实条件下，地层压力一般用同深度的静水柱压力来表在正常压实条件下，地层压力一般用同深度的静水柱压力来表示。示。正常地层压
15、力就是指从地表到目的层中部的静水压力或流体静正常地层压力就是指从地表到目的层中部的静水压力或流体静压力。压力。但是由于地下诸多因素的影响，造成地层压力常常不等于静水但是由于地下诸多因素的影响，造成地层压力常常不等于静水柱压力。柱压力。通常把偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力称之为异常地通常把偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力称之为异常地层压力，或称压力异常。层压力，或称压力异常。异常分为两种情况：高异常、低异常。异常分为两种情况：高异常、低异常。二、异常地层压力的概念二、异常地层压力的概念 为了反映地下地层压力的性质和大小，国内常采用压力为了反映地下地层压力的性质和大小，国内常采用压力系数系数p
16、p来表示。来表示。p p ：实测地层压力与同深度静水压力的比值。实测地层压力与同深度静水压力的比值。即：即：p p=1 1，P Pf f=P PH H：正常地层压力；：正常地层压力；p p 1 1，P Pf fP PH H：低压异常；：低压异常；p p 1 1，P Pf fP PH H：高压异常；：高压异常；p p 1 1：超高压异常。：超高压异常。过渡带突变带(p 1)高异低 异 常PoPH(p=1)正常地层压力hP常(p 1)同样，为了反映异常地层压力的性质和大小，国外常采同样，为了反映异常地层压力的性质和大小，国外常采用压力梯度用压力梯度G Gp p来表示，来表示，即每增加即每增加1m1
17、m地层的深度，地层压力的地层的深度，地层压力的变化值。变化值。G Gp p=0.01MPa/m=0.01MPa/m时：正常地层压力；时：正常地层压力；G Gp p 0.01MPa/m 0.01MPa/m时：高压异常；时：高压异常；G Gp p 0.01MPa/m 0.01MPa/m时：低压异常。时：低压异常。一般地，一般地，2000m2000m以上，属正常地层压力；以上，属正常地层压力；2000m2000m以下地层以下地层压力开始出现异常。压力开始出现异常。一、有关地层压力的概念 二、异常地层压力的概念 三、异常地层压力的形成机理 四、异常地层压力的预测方法 五、异常地层压力的研究意义 六、研
18、究现状内内容容题题要要1、异常高压的形成机理、异常高压的形成机理 （1 1）欠压实）欠压实（2 2）矿物脱水）矿物脱水（3 3）水热增压）水热增压（4 4）烃类的生成）烃类的生成（5 5）古压力）古压力（6 6）构造作用）构造作用（7 7）测压水位的影响）测压水位的影响（8 8）流体密度差异）流体密度差异（9 9）注入作用）注入作用（1010）胶结作用）胶结作用（1111）渗析作用）渗析作用2、异常低压的形成机理、异常低压的形成机理 （1 1）测压水位的影响）测压水位的影响（2 2）古压力）古压力（3 3）构造作用）构造作用（4 4）页岩减压膨胀）页岩减压膨胀（5 5）温度降低：）温度降低：（
19、6 6）地下流体的开采）地下流体的开采三、异常地层压力的形成机理三、异常地层压力的形成机理（1 1）欠压实欠压实 这是目前比较流行的一种成因解释，世界上一些沉积盆地中的异常高压主这是目前比较流行的一种成因解释，世界上一些沉积盆地中的异常高压主要是由于沉积物，特别是泥页岩沉积物的压实作用所引起的。按照地层压力的要是由于沉积物，特别是泥页岩沉积物的压实作用所引起的。按照地层压力的平衡关系：平衡关系：S=Pf+Z 式中：式中：S为上覆岩层压力为上覆岩层压力(包括岩石骨架和其中的流体包括岩石骨架和其中的流体)；Pf为目的层孔隙流体压力；为目的层孔隙流体压力；Z为目的层骨架所承受的垂直应力。为目的层骨架
20、所承受的垂直应力。在在一一个个开开放放的的压压实实环环境境下下，当当由由于于上上覆覆岩岩层层重重量量所所造造成成的的目目的的层层压压实实量量与与目目的的层层孔孔隙隙向向外外界界排排出出的的流流体体量量相相平平衡衡时时，目目的的层层孔孔隙隙压压力力保保持持正正常常压压力力。而而当当目目的的层层埋埋藏藏达达到到一一定定深深度度时时，其其孔孔隙隙性性和和渗渗透透率率皆皆降降低低到到不不能能以以压压实实的的速速率率排排液液时时，必必然然造造成成压压力力升升高高形形成成异异常常高高压压。即即地地层层出出现现欠欠压压实实。这这种种欠欠压压实实和和异常高压的产生可用异常高压的产生可用Terzagh模型进行很
21、好的解释。模型进行很好的解释。1 1、异常高压的形成机理、异常高压的形成机理Terzagh模型模型 在盛满水的圆筒中，每隔一定距在盛满水的圆筒中，每隔一定距离安置一块孔板，孔板与孔板之间用离安置一块孔板，孔板与孔板之间用弹簧支撑，孔板与筒壁之间接触很严弹簧支撑，孔板与筒壁之间接触很严密，水不能通过。密，水不能通过。孔板：代表地层的孔、渗性；孔板：代表地层的孔、渗性；弹簧：代表岩层的固体骨架。弹簧：代表岩层的固体骨架。载荷：上覆岩层压力；载荷：上覆岩层压力；水：地层流体；水：地层流体；圆筒顶部有一加压装置，模拟上圆筒顶部有一加压装置，模拟上覆岩层压力。加上载荷时，弹簧受压覆岩层压力。加上载荷时，
22、弹簧受压而缩短，孔板随之下降，此时，水通而缩短，孔板随之下降，此时，水通过孔板向上流动，其流动速度与孔板过孔板向上流动，其流动速度与孔板的渗透性好环和上部所加载荷的大小的渗透性好环和上部所加载荷的大小有关。有关。在加压过程中，通过接在圆筒底在加压过程中，通过接在圆筒底部的压力计，我们可以观察压力的变部的压力计，我们可以观察压力的变化情况：化情况：载荷，Po压力表弹簧孔板Terzagh模型模型载荷，Po压力表弹簧孔板Terzagh模型模型 A A、如果孔板渗透性很好，水能从其中、如果孔板渗透性很好，水能从其中快速通过，则所加载荷全部由弹簧承担，压快速通过，则所加载荷全部由弹簧承担，压力表指针始终
23、保持静水柱压力不变。力表指针始终保持静水柱压力不变。B B、如果孔板渗透性差，水不能尽快地、如果孔板渗透性差，水不能尽快地通过孔板，则所加载荷必然就有一部分由水通过孔板，则所加载荷必然就有一部分由水来承担，压力表上的读数就会升高，但是，来承担，压力表上的读数就会升高，但是，经过一定时间后，水还是可以缓慢通过孔板经过一定时间后，水还是可以缓慢通过孔板的，最后达到平衡状态。显然，随着水的流的，最后达到平衡状态。显然，随着水的流出弹簧被压缩，最后，载荷又全部由弹簧来出弹簧被压缩，最后，载荷又全部由弹簧来承担。此时，压力表指针读数又恢复到原来承担。此时，压力表指针读数又恢复到原来静水柱压力的位置。静水
24、柱压力的位置。C C、如果最上一层孔板为不渗透的隔板、如果最上一层孔板为不渗透的隔板时，水不能流出，则所加载荷将分别由弹簧时，水不能流出，则所加载荷将分别由弹簧和水所共同承受，这时，压力表上指针将指和水所共同承受，这时，压力表上指针将指向高于静水柱压力的刻度，并且不再下降。向高于静水柱压力的刻度，并且不再下降。这种高于静水柱压力的压力就是高异常这种高于静水柱压力的压力就是高异常地层压力。地层压力。上述这种情况，相当于储层四周都为泥页岩、上述这种情况，相当于储层四周都为泥页岩、岩盐或膏岩所封闭时，在上覆沉积物压力作用下，岩盐或膏岩所封闭时，在上覆沉积物压力作用下，粘土孔隙中的水不能充分地排出，使
25、粘土处于欠压粘土孔隙中的水不能充分地排出，使粘土处于欠压实状态，结果就导致了高压异常的形成。实状态，结果就导致了高压异常的形成。可见，形成高压异常的关键是储层处于隔绝或可见，形成高压异常的关键是储层处于隔绝或封闭状态，至少流体受围岩严格控制不易渗流出来，封闭状态，至少流体受围岩严格控制不易渗流出来，使之处于一种欠压实状态。使之处于一种欠压实状态。（2 2）矿物脱水矿物脱水 在成岩作用过程中，有些矿物会脱出层间水和析出结晶水，增加储层中流体在成岩作用过程中，有些矿物会脱出层间水和析出结晶水，增加储层中流体的数量，引起压力升高。的数量，引起压力升高。如粘土矿物中常常含有大量的蒙脱石，而这些蒙脱石则
26、含有大量的晶格层间如粘土矿物中常常含有大量的蒙脱石，而这些蒙脱石则含有大量的晶格层间水和吸附水，随着沉积物不断地增加，埋深不断加大，地层温度也不断升高，当水和吸附水，随着沉积物不断地增加，埋深不断加大，地层温度也不断升高，当温度达到蒙脱石的脱水门限温度时，蒙脱石将释放大量的晶格层间水和吸附水，温度达到蒙脱石的脱水门限温度时，蒙脱石将释放大量的晶格层间水和吸附水，并向伊利石转化。如果这种排水被限制在一个封闭的体系中，这些被释放出来的并向伊利石转化。如果这种排水被限制在一个封闭的体系中，这些被释放出来的水就在粘土孔隙中积蓄起来，必然造成地层孔隙压力的升高，形成异常高压。通水就在粘土孔隙中积蓄起来，
27、必然造成地层孔隙压力的升高，形成异常高压。通常，蒙脱石的脱水作用是与页岩的欠压实作用同时出现的。常，蒙脱石的脱水作用是与页岩的欠压实作用同时出现的。1967年，保厄斯用湾岸地区的资料说明：蒙脱石向伊利石的转化开始于6000英尺的深度，且向深处转化的速度不断增加，通常，到了900012000英尺的地方基本上就没有蒙脱石的存在了。又如，石膏向无水石膏转化时会析出大量的水：又如，石膏向无水石膏转化时会析出大量的水：CaSO42H2O=CaSO2 +2H2O 若这一过程发生在封闭的地质环境中，这些水积蓄起来就增加了地层中孔隙若这一过程发生在封闭的地质环境中，这些水积蓄起来就增加了地层中孔隙流体压力，从
28、而造成高压异常。流体压力，从而造成高压异常。（3 3）水热增压水热增压 世界钻探经验表明：异常高压地带总是伴随着异常高温地带出现。世界钻探经验表明：异常高压地带总是伴随着异常高温地带出现。随着埋深增加而不断升高的温度会引起岩层骨架及孔隙流体的膨胀，随着埋深增加而不断升高的温度会引起岩层骨架及孔隙流体的膨胀，但后者远大于前者。温度增加可以促使孔隙水的运移，当热膨胀引起的流但后者远大于前者。温度增加可以促使孔隙水的运移，当热膨胀引起的流体运移由于流体被阻挡而无法逸出时，孔隙流体压力将升高，而产生高压体运移由于流体被阻挡而无法逸出时，孔隙流体压力将升高，而产生高压异常。异常。另外，温度升高还可引起岩
29、石中流体相态的变化，析出另外，温度升高还可引起岩石中流体相态的变化，析出CO2等气体，等气体，温度升高到一定程度还可引起油页岩中干酪根发生热裂解，生成烃类气体温度升高到一定程度还可引起油页岩中干酪根发生热裂解，生成烃类气体等。若这一过程发生在封闭的地质环境中，这些气体的产生将提高系统的等。若这一过程发生在封闭的地质环境中，这些气体的产生将提高系统的压力而形成高压异常。压力而形成高压异常。如美国路易斯安那湾岸地区的一个资料：当地下平均地温梯度为如美国路易斯安那湾岸地区的一个资料：当地下平均地温梯度为25/km时，温度每增加时，温度每增加1，地层压力就增加，地层压力就增加15.8kg/cm2，所以
30、说，温度，所以说，温度升高常常会伴随着压力的增大，温度对压力的影响是不容忽视的。升高常常会伴随着压力的增大，温度对压力的影响是不容忽视的。（4 4）烃类的生成烃类的生成 目前，生烃作用被认为是形成超压的最重要因素。在逐渐埋深期目前，生烃作用被认为是形成超压的最重要因素。在逐渐埋深期间，沉积物中的有机质在一定条件下（一般认为温度达到间，沉积物中的有机质在一定条件下（一般认为温度达到93.3,93.3,生生油母质油母质R00.6%R00.6%，生气母质，生气母质R00.7%R00.7%或更大时）转化为烃类的过程是引或更大时）转化为烃类的过程是引起异常高压的重要因素。有机物转化成烃（尤其是低分子烃类
31、）的反起异常高压的重要因素。有机物转化成烃（尤其是低分子烃类）的反应使流体体积增加；另外，烃类生成中所生成的物质和水在一起，在应使流体体积增加；另外，烃类生成中所生成的物质和水在一起，在地层中变单相流动为多相流动时，其两种流体渗透率之和降低到单相地层中变单相流动为多相流动时，其两种流体渗透率之和降低到单相流动时的流动时的1/101/10（ChapmanChapman，19721972）。在封闭的地质环境中，由于体积）。在封闭的地质环境中，由于体积的增加和流体渗透率的降低，从而导致地层孔隙压力的升高，形成异的增加和流体渗透率的降低，从而导致地层孔隙压力的升高，形成异常高压。常高压。许多研究（许多
32、研究（MeissnerMeissner，19811981；MomperMomper，19781978；TissotTissot，19841984）表）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储集层的主要原因。当源岩中的有机质或圈闭在储集层中的油转变成储集层的主要原因。当源岩中的有机质或圈闭在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能产生极高的甲烷时，引起相当大的体积增加，在良好的封闭条件下能产生极高的地层压力，驱使流体发生流动。在有效封闭存在的地方，不断生成的地层压力，驱使流体发生流动。
33、在有效封闭存在的地方，不断生成的甲烷能将压力升高到超过静岩压力，从而使封闭层破裂并导致流体通甲烷能将压力升高到超过静岩压力，从而使封闭层破裂并导致流体通过封闭层渗漏。甲烷的生成对异常压力的产生是一个潜在的高效机制，过封闭层渗漏。甲烷的生成对异常压力的产生是一个潜在的高效机制，尤其是在与源岩有密切联系的岩石中。连续的甲烷生成能产生如此巨尤其是在与源岩有密切联系的岩石中。连续的甲烷生成能产生如此巨大的压力，以致于封闭层不能无限期地存在，它们将或者不断地出现大的压力，以致于封闭层不能无限期地存在，它们将或者不断地出现渗漏，或者周期性地发生破裂和渗漏，即所谓的渗漏，或者周期性地发生破裂和渗漏，即所谓的
34、“幕式幕式”排烃理论。排烃理论。（5 5）古压力）古压力 在被块状、致密的不渗透岩石完全封闭的古老储层中，在构造作用在被块状、致密的不渗透岩石完全封闭的古老储层中，在构造作用下被抬升到浅部，其中的压力相对于浅部显然是超压体系。下被抬升到浅部，其中的压力相对于浅部显然是超压体系。原来埋藏较深（原来埋藏较深（h h1 1）且处于封闭地质条件的地层，由于后来地壳上）且处于封闭地质条件的地层，由于后来地壳上升，使上覆地层受到剥蚀，原地层的埋藏深度变浅（升，使上覆地层受到剥蚀，原地层的埋藏深度变浅（h h2 2），因为地层仍），因为地层仍然是封闭的，古压力保持不变。所以，对于变浅以后的深度来说，其正然是
35、封闭的，古压力保持不变。所以，对于变浅以后的深度来说，其正常地层压力显然小于这一古压力，成为高压异常地层。常地层压力显然小于这一古压力，成为高压异常地层。（6 6）构造作用构造作用 异常高压可能起因于断裂、褶皱、侧向滑异常高压可能起因于断裂、褶皱、侧向滑动、崩塌、断块下降等引起的挤压、刺穿盐丘动、崩塌、断块下降等引起的挤压、刺穿盐丘或页岩的运动、地震等。或页岩的运动、地震等。断裂断裂 开启的断裂：深层流体向浅层低压流体开启的断裂：深层流体向浅层低压流体的注入作用可在浅层形成高压异常。的注入作用可在浅层形成高压异常。封闭型断裂：封闭型断裂：a a、未发生断裂前：正常。、未发生断裂前：正常。b b
36、、发生断裂，研究井处地层相对上升，、发生断裂，研究井处地层相对上升，埋深减小，高压异常。埋深减小，高压异常。c c、发生断裂，研究井处地层相对下降，、发生断裂，研究井处地层相对下降，埋深增大，低压异常。埋深增大，低压异常。盐丘盐丘超压正常压力低压(7)(7)测压水位的影响测压水位的影响 我们计算正常地层压力时，是根据流体静压力来计算的，而这种计算是在一我们计算正常地层压力时，是根据流体静压力来计算的，而这种计算是在一种理想情况下进行的，即测压水位（供水区露头海拔高度）与研究井井口的海拨种理想情况下进行的，即测压水位（供水区露头海拔高度）与研究井井口的海拨高度相同（供水区露头与研究井井口是处于同
37、一水平面上）。然而，事实上，由高度相同（供水区露头与研究井井口是处于同一水平面上）。然而，事实上，由于地壳不均匀的剥蚀作用，其表面总是凹凸不平的。于地壳不均匀的剥蚀作用，其表面总是凹凸不平的。如果测压水位高于井口海拨，油井显示异常高压（如果测压水位高于井口海拨，油井显示异常高压（2 2井）。井）。如果测压水位低于井口海拨，油井显示异常低压（如果测压水位低于井口海拨，油井显示异常低压（1 1井）。井）。（8 8）流体密度差异）流体密度差异 背斜油气藏，特背斜油气藏，特别是气水系统别是气水系统,油藏顶油藏顶部的气井往往显示出部的气井往往显示出异常高的压力。异常高的压力。（9 9）注入作用）注入作用
38、(储油层重新加压储油层重新加压)较深剖面生成的高流体压力通过断层或裂缝注入到浅较深剖面生成的高流体压力通过断层或裂缝注入到浅处储层中，这样使浅处的地层产生高压异常。处储层中，这样使浅处的地层产生高压异常。或者，在钻井过程中，由于固井质量差，未能将深层或者，在钻井过程中，由于固井质量差，未能将深层与浅层的油层分隔开，使深部具有较高压力的油层与浅部与浅层的油层分隔开，使深部具有较高压力的油层与浅部较低压力的油层连通，流体将从高压层窜入到低压层，而较低压力的油层连通，流体将从高压层窜入到低压层，而使浅层的油层增压，而造成浅层高压异常的出现。使浅层的油层增压，而造成浅层高压异常的出现。正常压力储油层重
39、新加压储油层重新加压正常压力超压正常压力储油层重新加压储油层重新加压（1010）胶结作用）胶结作用 储层发生胶结作用，使胶结矿物充填了孔储层发生胶结作用，使胶结矿物充填了孔隙空间，在封闭的地质环境中，体积的缩小，隙空间，在封闭的地质环境中，体积的缩小，就会使压力增高而产生高压异常。就会使压力增高而产生高压异常。（1111）渗析作用渗析作用 当粘土或页岩两侧的溶当粘土或页岩两侧的溶液浓度存在着差别时，粘土液浓度存在着差别时，粘土或页岩起着半渗透膜的作用。或页岩起着半渗透膜的作用。浓度低的溶液通过半渗透膜浓度低的溶液通过半渗透膜向浓度高的溶液渗流，从而向浓度高的溶液渗流，从而在浓度高的一侧就产生了
40、渗在浓度高的一侧就产生了渗析压力。若这一过程若发生析压力。若这一过程若发生在封闭的地质环境中就造成在封闭的地质环境中就造成了异常高压的形成。了异常高压的形成。淡水向盐水方向流动渗滤示意图淡水向盐水方向流动渗滤示意图（据（据Jones，1969）（1 1）测压水位的影响）测压水位的影响（2 2）古压力）古压力（3 3）构造作用）构造作用（4 4）页岩减压膨胀）页岩减压膨胀 上覆岩层由于风化或剥蚀作用而减小了对下部页岩的压力，因而引起页岩体积上覆岩层由于风化或剥蚀作用而减小了对下部页岩的压力，因而引起页岩体积膨胀，压力释放。而邻近的、呈透镜状的砂岩中的压力为了与减小的页岩压力平衡，膨胀，压力释放。
41、而邻近的、呈透镜状的砂岩中的压力为了与减小的页岩压力平衡，它也将减小，这样，就引起了砂岩储油层压力的降低，从而造成低压异常。它也将减小，这样，就引起了砂岩储油层压力的降低，从而造成低压异常。（5 5）温度降低）温度降低：由于地壳上隆或风化剥蚀作用，使上覆岩层的厚度减小，导致地层温度降低，由于地壳上隆或风化剥蚀作用，使上覆岩层的厚度减小，导致地层温度降低，而温度的降低将导致部分矿物发生转换，新的矿物对水的吸附作用就会降低页岩的而温度的降低将导致部分矿物发生转换，新的矿物对水的吸附作用就会降低页岩的孔隙流体压力，造成低压异常。孔隙流体压力，造成低压异常。（6 6）地下流体的开采）地下流体的开采 在
42、有些地区，由于大量地开采油、气和地下水，当地层能量得不到补充时，随在有些地区，由于大量地开采油、气和地下水，当地层能量得不到补充时，随着流体的采出，压力就会降低，从而形成低压异常。着流体的采出，压力就会降低，从而形成低压异常。2 2、异常低压的形成机理、异常低压的形成机理前述前述 由上述形成压力异常的各种因素分析中，我们可以看出：形成由上述形成压力异常的各种因素分析中，我们可以看出：形成压力异常的关键是要有一个良好的、由非渗透性或渗透性极差的物压力异常的关键是要有一个良好的、由非渗透性或渗透性极差的物质所组成的质所组成的“封闭封闭”的地质环境，这种封闭的地质环境能防止流体的地质环境，这种封闭的
43、地质环境能防止流体的逸散。的逸散。异常地层压力的形成是一个非常复杂的地质过程，影响因素很异常地层压力的形成是一个非常复杂的地质过程，影响因素很多。因此，要弄清一个地区压力异常的形成机理，必须综合该区的多。因此，要弄清一个地区压力异常的形成机理，必须综合该区的各种地质资料来进行分析。各种地质资料来进行分析。三、异常地层压力的形成机理三、异常地层压力的形成机理一、有关地层压力的概念 二、异常地层压力的概念 三、异常地层压力的形成机理 四、异常地层压力的预测方法 五、异常地层压力的研究意义 六、研究现状内内容容题题要要 对异常地层压力的预测，主要是确定异常地层压力带的层对异常地层压力的预测，主要是确
44、定异常地层压力带的层位和深度（顶深），计算出异常压力值。位和深度（顶深），计算出异常压力值。具有高压异常的油、气层在地下并不是孤立存在的，在其具有高压异常的油、气层在地下并不是孤立存在的，在其周围岩层特别是作为盖层的泥、页岩层，是处于正常地层压力周围岩层特别是作为盖层的泥、页岩层，是处于正常地层压力到异常地层压力的过渡带上的，这个过渡地带必然具有异常压到异常地层压力的过渡带上的，这个过渡地带必然具有异常压力带的一些特殊性质。力带的一些特殊性质。1、地质特征、地质特征 2、地球物理特征、地球物理特征 这些特征，是我们进行异常地层压力预测的基础。这些特征，是我们进行异常地层压力预测的基础。四、异常
45、地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法1 1、岩性的致密程度、岩性的致密程度 在碎屑岩地层中，异常地层压力在碎屑岩地层中，异常地层压力(常指异常高压常指异常高压)由于普遍与欠压实由于普遍与欠压实地层相关联。因此，其岩石的致密程度一般都低于正常压力地层。这在地层相关联。因此，其岩石的致密程度一般都低于正常压力地层。这在钻井过程中可以根据地层的可钻性加以判断。钻井过程中可以根据地层的可钻性加以判断。2 2、储层的发育程度、储层的发育程度 储储层层不不仅仅是是地地层层流流体体的的储储集集容容器器和和疏疏导导通通道道，同同时时也也是是地地层层压压力力的的传传导导体体，储储层层越越发发育育，异异常
46、常压压力力越越难难保保持持。因因此此，异异常常压压力力多多发发育育于于储储层层相相对对缺缺乏乏的的区区段段。以以岩岩性性控控制制占占优优势势的的碎碎屑屑地地层层中中，一一般般都都保保持持有有普普遍遍的的异异常常高高压压。从从这这个个意意义义上上讲讲，大大型型整整装装的的油油气气田田应应该该发发育育于于正正常常压压力力体体系系，在在一一般般情情况况下下，其其储储层层发发育育，埋埋深深浅浅，勘勘探探价价值值高高。而而异异常常高高压油藏，其勘探风险大，埋藏深，规模有限。压油藏，其勘探风险大，埋藏深，规模有限。异常压力带的地质特征异常压力带的地质特征异常压力带的地质特征异常压力带的地质特征3 3、孔渗
47、性、孔渗性 异异常常压压力力地地层层由由于于含含有有异异常常高高的的流流体体含含量量，保保持持了了其其孔孔隙隙度度，因因而而具具有有异异常常高高的的孔孔隙隙度度和和渗渗透透率率。这这就就是是根根据据地地层层速速度度预预测测地地层层压压力力的的重重要依据。要依据。4 4、成岩性、成岩性 由于压力的封闭作用，孔隙流体承担了部分上覆地层重量，这就减由于压力的封闭作用，孔隙流体承担了部分上覆地层重量，这就减轻了岩石骨架的承受力，因而也就阻碍了成岩作用的产生，造成超压地轻了岩石骨架的承受力，因而也就阻碍了成岩作用的产生，造成超压地层一般机械压实作用较弱。从成岩阶段的划分上看，超压地层多位于晚层一般机械压
48、实作用较弱。从成岩阶段的划分上看，超压地层多位于晚成岩阶段，正好与油气的晚期生成相对应，为油气的初次运移提供了基成岩阶段，正好与油气的晚期生成相对应，为油气的初次运移提供了基本动力条件。否则，油气的聚集就变成了不可能事件。本动力条件。否则，油气的聚集就变成了不可能事件。异常压力带的地质特征异常压力带的地质特征异常压力带的地质特征异常压力带的地质特征5 5、形成环境、形成环境 由由于于异异常常压压力力与与欠欠压压实实地地层层相相伴伴生生，是是在在地地层层压压实实到到其其排排液液的的渗渗透透率率下下限限时时产产生生的的。因因此此，其其形形成成受受控控于于埋埋深深和和沉沉积积环环境境两两大大因因素素
49、。埋深因素是显而易见的，而沉积环境因素一般为盆地深水环境。埋深因素是显而易见的，而沉积环境因素一般为盆地深水环境。6 6、构造特征、构造特征 强强烈烈的的构构造造活活动动不不仅仅破破坏坏地地层层的的完完整整性性，同同时时也也破破坏坏地地层层的的压压力力系系统统，在在构构造造活活动动区区，往往往往是是断断裂裂发发育育区区，异异常常压压力力不不易易保保存存，并并且且异异常常压压力力的的分分布布规规律律也也变变得得不不易易掌掌握握。这这与与一一个个具具体体的的油油藏藏保保存存条条件件密切相关。密切相关。异常压力带的地质特征异常压力带的地质特征异常压力带的地质特征异常压力带的地质特征1、速度特征、速度
50、特征 由由于于异异常常高高压压地地层层具具有有异异常常高高的的孔孔隙隙度度，其其速速度度表表现现为为低低速速特特征征。这这就就是是我我们们由声波测井和地震速度资料预测异常压力的依据。由声波测井和地震速度资料预测异常压力的依据。2、密度特征、密度特征 与地层速度相对应，异常高压地层由于其压实程度低，其密度也异常降低。与地层速度相对应，异常高压地层由于其压实程度低，其密度也异常降低。3、电阻率、电阻率 由由于于异异常常高高压压地地层层含含有有异异常常高高的的流流体体，而而油油田田地地层层水水多多含含有有大大量量的的盐盐份份，其其导导电性好。因此，异常高压地层较正常压力地层为低阻特征。电性好。因此，