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1、油气田开发基础-谢传礼04级09第9章压力和温度3）地静压力：）地静压力：上覆岩层重量所产生的岩石压力。上覆岩层重量所产生的岩石压力。4）上覆负荷压力（）上覆负荷压力（S）：）：上覆岩层和孔隙空间内流上覆岩层和孔隙空间内流体的总重量所产生的压力。体的总重量所产生的压力。5）压力系数：）压力系数：实测的地层压力与按同一地层深度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。计算的静水压力的比值。辽东湾地区地层压力与埋深关系辽东湾地区地层压力与埋深关系 正常地层压力：正常地层压力：在一般地质条件在一般地质条件下，地层压力与静水压力相当，即压力下，地层压力与静水压力相当，即压力系数系数1，异常地
2、层压力：异常地层压力：偏离静水压力的地偏离静水压力的地层孔隙流体压力。层孔隙流体压力。异常高压：异常高压：地层压力高于静水压力，地层压力高于静水压力，压力系数大于压力系数大于1。也称压力过剩。也称压力过剩。异常低压：异常低压：地层压力低于静水压力，地层压力低于静水压力，压力系数小于压力系数小于1。也称压力不足。也称压力不足。2 6）动水压力）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。力。是二次运移的主要动力之一。7
3、）压力梯度：）压力梯度：地层压力随深度的增加率。有两种压地层压力随深度的增加率。有两种压力梯度，力梯度，一是静水压力梯度，一是静水压力梯度，即静水压力随深度的增加率。即静水压力随深度的增加率。一般一般105Pa/10m。二是动水压力梯度：二是动水压力梯度：沿水流方向上，单位距离的压沿水流方向上，单位距离的压力降。力降。32地层压力来源：地层压力来源：主要有两个来源：主要有两个来源：（1）地层孔隙空间内地层水重量所产生的）地层孔隙空间内地层水重量所产生的静水压力静水压力；（2）上覆岩层重量所产生的压力，即）上覆岩层重量所产生的压力，即地静压力地静压力。一般情况下，一般情况下，地层与外界联系，即开
4、放体系，地静压地层与外界联系，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，地层水重量产生的静水压力，地层压力为静水压力地层压力为静水压力。此。此时为时为正常地层压力正常地层压力。在一些比较特殊的情况下在一些比较特殊的情况下，例如封闭的体系，如孤立，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，地层孔隙中荷增加，地层孔隙中的流体不能及时排出，地层孔隙中的的地层水不但要承受静水压力，还要承受一部
5、分地静压地层水不但要承受静水压力，还要承受一部分地静压力，力，就产生就产生超压超压。4其它来源：流体膨胀力、岩石弹性力等。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（当水排出畅通时（C），负荷），负荷S由弹簧承担，流体压力为静水压力；由弹簧承担，流体压力为静水压力；当水排出不畅通时（当水排出不畅通时（B），负荷），负荷S一部分由弹簧承担，一部分由筒内的一部分由弹
6、簧承担，一部分由筒内的水承担，流体压力大于静水压力；水承担，流体压力大于静水压力；当水不排出时（当水不排出时（A），负荷），负荷S全部由筒内的水承担，弹簧高度保持不变，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。流体压力远大于静水压力。5二、原始油层压力二、原始油层压力（一）原始油层压力及其分布（一）原始油层压力及其分布 原始油层压力：原始油层压力：在未投入开发之前油气层内流体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。所测得的压力数值代表。在正常的地质条件下在正常的地质条件下，具有
7、统一水动力系统的油气具有统一水动力系统的油气藏，原始油层压力主要源于藏，原始油层压力主要源于流体压力，其分布规律流体压力，其分布规律遵循遵循连通器的原理连通器的原理，即在同一压即在同一压力系统中流体处于平衡的条力系统中流体处于平衡的条件下，任何深度上的压力大件下，任何深度上的压力大小，取决于该深度上流体液小，取决于该深度上流体液柱的高度和流体的密度。柱的高度和流体的密度。现现以背斜油气藏为例，说明其以背斜油气藏为例，说明其原始油层压力的分布状况。原始油层压力的分布状况。6 下图是一具有原生气顶的背斜油气藏，油层一侧在海拔下图是一具有原生气顶的背斜油气藏，油层一侧在海拔+100米的地表出米的地表
8、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（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）为基准米）为基准的水平面。勘探初期，钻了的水平面。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口探井，各井的原始地层压力可按静水压力公式求得。求得。1 1号井号井钻在油藏的含水部位，井底海拔高度为钻在油藏的含水部位，井底海拔高度为-500米，井内液柱高米，井内液柱高h1=600米，若地层水的密度为米，若地层水的密度为 w=1.0103
9、kg/m3,则其则其原始地层压力为原始地层压力为 P01=h1 w g=6001.010310=6106Pa=6 MPa 油油-水界面的海拔高度为水界面的海拔高度为-700米，米，则则油油水界面上的原始水界面上的原始地层压力地层压力为为1号井的原始地层压号井的原始地层压力值加上力值加上1号井至油号井至油水界面这水界面这段水柱重量所产生的压力，即段水柱重量所产生的压力，即P0w=P01+h0 w g =6106+（700-500）1.010310 =8MPa10zhi7 2号井号井钻在油藏的含油部位，井底海拔高度为钻在油藏的含油部位，井底海拔高度为-500米，若原油密度米，若原油密度为为 o=0
10、.85103kg/m3，则其，则其原始油层压力原始油层压力要从油要从油水界面上的压力减水界面上的压力减去自油去自油水界面至该井井底这一段油柱的压力，即水界面至该井井底这一段油柱的压力，即P02=P0w-h0 o g=8106-（700-500）0.8510310=6.3 MPa 在在2号井内，相当于号井内，相当于6.3Mpa的油柱高度为的油柱高度为h2=P02/（o g）=6.3106/(0.8510310)=741.2米米 由于由于2号井内液面海拔为号井内液面海拔为-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号井的原油不能自喷。号井的原油不能自
11、喷。4号井号井也是钻在油藏的也是钻在油藏的含油部分，井口海拔为含油部分，井口海拔为+100米，井底海拔与米，井底海拔与2号号井的相同，故其原始油井的相同，故其原始油层压力相等，井内液面层压力相等，井内液面海拔也应为海拔也应为241.2米，高米，高于该井的井口海拔于该井的井口海拔(100米米)，故，故4号井为自喷井。号井为自喷井。8 3号井钻在油气藏的气顶上号井钻在油气藏的气顶上，因天然气的密度随温度和压力，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，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，因气体的密而
12、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，所以当气顶的当气顶的高度不大时，可用油高度不大时，可用油气或气气或气水界面上的原始油层压力代表气藏水界面上的原始油层压力代表气藏（或气顶）内各处的压力。（或气顶）内各处的压力。油油-气界面的海拔高度为气界面的海拔高度为-400米，米，3号号井的原始油层压力等于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号井的原始油层压力减去该井至油气界面气界面(海拔海拔-400米米)间的油柱压力，即间的油柱压力，即 P03=p0g-h3 o g=6.3106-(5
13、00-400)0.8510310=5.45 MPa9（二）原始油层压力的测定（二）原始油层压力的测定 1）实测法：）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，下入井底压力计井底压力计，关井待油层压力恢复稳定后，所测得的油层中，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。部压力值，即为原始油层压力。2）试井法：）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。求得。一般根据井口最大套管压力计算一般根据井口最大套管压力计算 原始油层压力：原始油层压力：Po
14、=Pmax+H O gP原始油层压力，Pa；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10三、原始油层异常压力三、原始油层异常压力 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。偏离静水压力的地层孔隙流体压力。或称压力异常。或称压力异常。（一）异常压力判断方法（一）异常压力判断方法 1）压力系数判断法：）压力系数判断法：1，有异常高压；，有异常高压；0.1Mpa/10m时，属高异常地层压力；时，属高异常地层压力；当压力梯度当压力梯度Gp H1。折算压头差Hb=H2 H1，即在折算压差的作用下，液体从I层向下流往层。
15、测压面2测压面117动水环境动水环境 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。折算压力都沿测压面倾斜方向有规律地递减。例如图中例如图中A、B两点的两点的绝对地层压力绝对地层压力：PA=hA(wg)PB=hB (wg)hAhB PAhB+h2 PA PB所以尽管所以尽管A点的地层压点的地层压力小于力小于B点，但由于点，但由于A点点折算压力大于折算压力大于B点，水点，水从从A点流向点流向B点。点。18 所以，在动水压力作用下，储集层内的流体沿测压所以，在动水压力作用下，储集层内的流体沿测压面倾斜
16、的方向流动，并不决定于层内的绝对地层压力，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。而是受折算压力所控制。无论各点的绝对地层压力如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。方向流动。因此，应将测得的各井油层压力换算成折算压力因此，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。的重要资料。19第第2节节 油气层的温度油气层的温度一、地下温度及其来源一、地下温度及其来源（一）基本概念：（一）基本
17、概念：1地温梯度：地温梯度：在地表上层（恒温带）以下，深度在地表上层（恒温带）以下，深度每增加每增加100米地温的增加值。米地温的增加值。GT=100（T-t）/（H-h）式中，式中，GT地温梯度，地温梯度，/100mT深度为深度为H处的地层温度，处的地层温度，H测温点的深度测温点的深度t恒温带的温度，恒温带的温度，h恒温带的深度恒温带的深度 地球的平均地温梯度为地球的平均地温梯度为3/100m，称为正常地温，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），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）。高于此值的为地温梯度的正异常（热盆地）。2
18、0 由于地球热力场的非均质性，地温梯度在各地不由于地球热力场的非均质性，地温梯度在各地不一。如松辽盆地一。如松辽盆地 4.0/100m，四川盆地川南地区，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。开采等都有很大的影响。2地温级度：地温级度：地温每升高地温每升高1时，深度的增加值。实时，深度的增加值。实际上是地温梯度的倒数。际上是地温梯度的倒数。DT=（H-h）/（T-t）21（二）地温的影响因素：（二）地温的影响因素：1大地构造性质大地构造性质 影响地温的因素很多，其中起主导作用和全局性影影响地
19、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。响的是大地构造性质。1）所处的构造部位：）所处的构造部位：是决定区域地温分布的最重要是决定区域地温分布的最重要的控制因素。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。在稳定的古老地台区具有地温，海盆部位的一般地温。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。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：）地壳厚度：对地温
20、也有重要的影响。地壳厚度薄，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于西部，故东部各盆地的地温及地温梯度一般均高于西部。部。22 2岩石热导率岩石热导率 岩石传导热的能力，用岩石热导率表示。岩性不同，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，例如热导率不同，例如玄武岩玄武岩碳酸盐岩碳酸盐岩碎屑岩碎屑岩水水油油气。气。一般，在同一井中，导热性差的岩石具有较高的地温梯一般，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
21、度。度，导热性好的岩石具较小的地温梯度。3地下水循环地下水循环 地下水是一种良好的载热体，在地下水活动过程中，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。温降低。234 4局部构造影响局部构造影响 如背斜构造，顶部地温梯度高，两翼低。如背斜构造，顶部地温梯度高，两翼低。原因：原因：热流传导的各向异性。当地层倾斜时，热流将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
22、热流聚敛，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。向斜使热流分散，所以背斜顶部比翼部热流密度大。除上述原因之外，还有其它因素，如除上述原因之外，还有其它因素，如岩浆侵入、岩浆侵入、放射性元素蜕变放射性元素蜕变等。等。24（三）地温来源：（三）地温来源：1）太阳辐射带：）太阳辐射带：地温受太阳能影响的地壳表层。地温受太阳能影响的地壳表层。随昼夜和季节变化。约随昼夜和季节变化。约20米。米。2）常（恒）温带：）常（恒）温带：是地球内部热与太阳辐射热的是地球内部热与太阳辐射热的相互影响达到平衡的地带，约相互影响达到平衡的地带，约20-130米厚。米
23、厚。3）地热带（增温带）：）地热带（增温带）：常温带之下，温度随深度常温带之下，温度随深度增加而有规律的增大。增加而有规律的增大。对于油气田勘探和开发来说，主要研究增温带。对于油气田勘探和开发来说，主要研究增温带。地壳上层地壳上层10km以内，热能可能来自以内，热能可能来自地核热源。地核热源。包括包括岩浆侵入与冷却、地热辐射与对流、放射性元素蜕变、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。地壳变动摩擦热、渗透层内放热化学反应等。25二、地温的测定二、地温的测定 对于研究油气生成来说，应恢复古地温，以求得生油岩对于研究油气生成来说，应恢复古地温，以求
24、得生油岩所经受的最高温度。所经受的最高温度。对于研究油层物理、石油钻井和油气田开发等方面的问题对于研究油层物理、石油钻井和油气田开发等方面的问题来说，应用现今地温即可。测定现今地温的两种方法：来说，应用现今地温即可。测定现今地温的两种方法：1 1、电测温度：、电测温度：电测温度电测温度在完 钻后进行。由于泥浆温度往往低于井底的地层温度，致使井温测量记录的温度一般比真正的地层温度低，因此，要进行多次井温测量，用经验公式计算真正的地温。Tf-真正的地下温度；t1，t2，t3-各次测井时泥浆循环停止的时间。T1，T2，T3-各次测井时的井底温度。=262采油温度：采油温度：在采油过程中所测得的井底油
25、层温度。在实际工作中，常用采油温度校正电测温度。对同一深度，采油温度都高于电测温度，平均差值达22%。常用这个平均差值做为校正系数，对没有采油温度的油气田将电测温度校正为地层温度。27三、油气田分布与地温关系三、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，其孔隙度为段，其孔隙度为30-10%，埋深，埋深1500-2800米；米；有机质生成石油的有利温度范围为有机质生成石油的有利温度范围为60-100。由此预测，地温梯度在由此预测，地温梯度在2.5-4/100米有利于油
26、气米有利于油气藏形成。藏形成。282油气藏平面分布与地油气藏平面分布与地温的关系温的关系 油气藏形成的最佳温油气藏形成的最佳温度范围为度范围为52.5-127，若若地下温度过高，会使石地下温度过高，会使石油变质，直接影响油气油变质，直接影响油气的平面分布。例如美国的平面分布。例如美国阿巴拉契亚盆地，阿巴拉契亚盆地，自西自西向东依次为油藏向东依次为油藏油气油气藏藏气藏气藏的分布规律，的分布规律，主要是热变质作用造成主要是热变质作用造成的。的。293油气藏的纵向分布与地温的关系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地下温度不仅影响油气的平面分布，而且对
27、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。表现出明显的分带性。1 1）深度范围：）深度范围：深度小于深度小于1500米，气藏为主。米，气藏为主。1500-4000米，油气藏为主。米，油气藏为主。大于大于4000米气藏和凝析气藏为主。米气藏和凝析气藏为主。2 2）时代：）时代：时代变老，石油成分低分子增加，密度减小等时代变老，石油成分低分子增加，密度减小等。地下温度不仅影响油气的地下分布，而且影响油气藏中流体地下温度不仅影响油气的地下分布，而且影响油气藏中流体的物理性质。温度升高，石油的粘度
28、降低，易于流动。所以研究的物理性质。温度升高，石油的粘度降低，易于流动。所以研究地下温度，对油气田开发意义重大。地下温度，对油气田开发意义重大。30思考题思考题1、何谓地层压力、静水压力、压力系数、压力梯度、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？、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、何谓异常地层压力？异常压力形成的原因主要有哪些？哪些？4、何谓折算压力？如何根据折算压力判断储集层内、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？流体流动的方向？5、何谓地温梯度？、何谓地温梯度？31此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢