原始地层压力是指油田还没有投入生产开发前,在探井中所测得的油层中部压力。
原始地层压力的来源
关于原始地层压力的产生有各种说法,现大体归纳如下:
静水压头是形成
地层压力的主要因素。当
油层有供水区时,原始地层压力与供水区水压头和泄水区的高低有关;如果无供水区,则与油层含水部分所具 有的压头有关。
地静压力乃上覆岩层或沉积物重量所形成的压力。地静压力对地层压力的影响大小,将视储层是否封闭和封闭的程度而定。
天然气的补给油气藏形成之后,沉积物或岩层中的有机物质会继续转变成烃类或非烃类气体,当油气藏处于被隔绝状态时这些天然气的聚集会提高地层压力。
地壳运动所产生的构造应力,会使孔隙缩小压力升高;也可能因断层和裂缝的产生,为油、气的逸散构成通道,使已有压力下降。
地温总的趋势是岩层埋藏深度越大,其温度就越髙。温度升髙,会使孔隙中的流体发生体积膨胀,也会增高地层压力。
原始地层压力的分布
在均质地层中,原始油、气层压力遵循连通器原理,其大小随埋藏深度而改变,即随深度增加而增大,相同流体,埋藏深度相等,
原始油层压力也相等。以背斜油、气藏为例,其油、气层压力分布有以下规律:
(1)同一油、气藏的原始油、气层压力受构造位置控制,即受油、气层埋深控制。构造顶部(埋藏深度小)原始油、气层压力小,构造翼部(埋藏深度大)原始油、气层压力大。
(2)同一油、气层(无泄水区),若海拔高度相同,流体密度相同,各井的原始油、气层压力相等。若流体的相对密度不同,则各井的原始油、气层压力不同。流体相对密度越大,油、气层原始压力越大,相反则越小。
原始油、气层压力确定方法
实测法
利用探井、评价井(资料井)用压力计或
地层测试器进行测量。压力计下入井底后,关井,待油、气层压力恢复稳定后,测得的油、气层中部的压力数值即为原始油、气层压力。这是油、气田最常用的确定原始油、气层压力的方法。
试井法
根据不稳定试井资料绘制压力恢复曲线求得油、气层原始压力。
压力梯度法
又称作图法或经验公式法。同一压力系统的油、气层是一个连通器,在同一海拔高度的平面上所承受的压力相同,油、气层海拔位置与油、气层压力呈正比关系,可用下式表示:
p0=A+tgθ·H/10
式中
p0——原始油、气层压力,MPa;
H——油、层中部海拔,m;
A——直线截距(经验常数);
tgθ——直线斜率,无因次。
大庆油田根据上述公式可求得原始油层压力。如某井油层中部海拔为-900m,则该层原始油层压力为:A=3.8+0.0082×900=11.18MPa
极限法
有些油、气层因渗透率低,压力恢复时间很长,用压力计测量难以求得准确的原始油层压力数据,可用此法求得原始油层压力资料。当井关闭后,井底压力逐渐向原始地层压力恢复。当t趋近于无限大时,时间因素t/(T+t)=1,lg·t/(T+t)0则pt≈p0,即可求得原始油、气层压力。应用时,将短时间内测得的压力恢复数据,绘制pt与lg·t/(T+t)的关系曲线在座标纸上,外推直线段到对数座标轴t/(T+t)=1的位置,该点压力即为所求的原始油、气层压力。
等量深度法
这是美国墨西哥湾地区利用页(泥)岩体积密度值换算地层压力的一种方法。具体做法是:将页(泥)岩体积密度值对照相应的深度标在图上,可以确定正常的压力趋势线。利用等量深度法或特定地区的经验曲线,可以由页(泥)岩密度资料来计算地层压力。其计算公式为:
pp = G0DA — DE(G0 -Gh)
式中
pp——孔隙流体压力,MPa;
DA——超压井段对应深度,m;
DE——对应DA的正常等量深度,m;
Gh——试验井的静水压力梯度,MPa/m;
G0——试验井内上覆地层压力梯度,MPa/m。
异常原始地层压力
所谓异常原始地层压力是指地层孔隙流体的压力与静水压 力不相等,或大或小。
异常原始地层压力的判断
判断原始地层压力是否异常有两种方法:
(1)压力系数判断法
实测地层压力与同深度静水压力之比值称为压力系数。压力系数等于1为正常,大于1为 高压异常,小于1为低压异常。实际原始地层压力资料统计表明,压力系数等于1的较少,多数在0. 8~1. 2之间变化,因此规定压力系数0. 8~1. 2为正常压力,大于1. 2者称高压异常, 小于0.8者称低压异常。
(2)压力梯度判断法
在相同地层内,每加深1m压力的变化值叫压力梯度。不同地区有不同的压力梯度值。利 用压力梯度值判断异常压力,首先要确定本区的正常的压力梯度值,然后根据此值判断压力 是否异常,国外常以压力梯度为0.1074MPa/m为正常,高于或低于为异常。
我国油、气藏也常出现异常原始地层压力,如克拉玛依油田压力系数为1.4~1.7,四川 黄草峡气田下二叠统茅口组第二段气藏,压力系数高达2.29,而自贡的兴隆场气田嘉三气藏压力系数仅为0.61。
异常原始地层压力的形成
造成异常地层压力的原因很多,情况比较复杂,常见的有下列原因:
(1)成岩作用:包括泥岩、页岩的压实作用,蒙脱石的脱水作用,硫酸盐岩的成岩作用等都可使地层压力具有高压异常。而页岩的减压膨胀,可产生低压异常。
(2)构造作用:包括断裂、剥蚀作用、地壳运动等也可使地层产生高压异常。
(3)热力作用和生化作用:地层温度的增高可引起岩石和孔隙中流体的膨胀,引起地层压力增大。相反地层温度的降低可产生低异常地层压力,
(4)渗析作用和流体密度差异,可使低浓度液体向高浓度液体中渗流而产生渗析压力。在封的地质环境中,这种渗析压力最高可达24. 6MPa,是形成高压异常的原因之一。油、气、 水密度的差异可使油气藏内出现过剩压力,因而使地层压力产生高异常。
原始地层压力在油气藏中的分布
为了便于理解原始地层压力在油、气、水层中的分布情况,先观察一下自流水盆地的水压头与自喷泉和非自喷泉的关系,大气降水或地表水从供给区进入含水层,在含水层中从水压头高的地区向水压头低的地区渗流,至泄水区流出地表。供水区与泄水区之间叫承压区,图1所示中虚线表示承压区内的水头分布,即该区内所钻井孔中静水面能达到的髙度。由于1、2两口井所在位置地势较髙,井口标高高于静液面,水不能从井中喷出。但3井则相反,井口标高低于静液面,因而是一口自喷井。
在油气藏中原始地层压力的分布情况,与构造部位和流体的比重有关。在一个带气顶的背斜油藏上,井孔在不同构造部位钻开油、气、水产层。油层供水区的标髙为100米,油-水界面标高为-700米,油-气界面标髙为-400米。设地层水和地层原油比重分别为1.1和0.85,天然气的比重为0.78,我们来观察各油、气、水井产层中部的原始地层压力以及它们彼此间的区别和联系。如图2所示
5井在含水层部分钻开产层,产层中部海拔为一300米。因产层无泄水区,按连通器原理,井中静水面(或称静水压头)的海拔髙度应在100米处。根据计算地层压力公式
p=hγ×10
式中p——地层压力,公斤/厘米2;h——产层中部以上的静液柱高度,米;γ——流体比重。
1井的原始地层压头高的向压头低的地方流动。为了消除构造部位和流体比重不同对地层压力的影响,以便于比较同层或不同层压力的髙低,有必要提及折算地层压力的概念。
折算地层压力,是井中流体静液面高于或低于基准面(海平面或油-水界面)的相对数值,以液柱高度表示。其值可正可负,髙于基准面的为正,低于基准面的为负。正值愈大,压力愈高,负值愈大,压力愈低。为了便于说明问题,以无泄水区的含水层为例,来说明折算地层压力的含义及其计算方法。计算折算地层压力的公式为
±pz=h-L+H
式中pz——折算地层压力,m;h——静液柱的高度,m;L——井深,m;H——井口海拔标高,m。在水层未投入开采之前,各井的静液面应在同一水平面上,因而不管水井所处的构造部位如何,其折算地层压力都是相同的。如果把无泄水的水层换为油层,其折算地层压力的计算方法毫无差别,油层各部位的原始折算地层压力也都是一样的,只不过油气性质与水不同,其静液柱高度是由地层压力和地层油比重换算而得。假设油层有泄水区存在,则原始静液面应为一斜面,原始折算地层压力将沿静液面下倾方向逐渐变小。当油层投入开采之后,由于各井的采油速度不同,地层压力下降的数值有大有小,因而各井的静液面有高有低,于是折算地层压力也就必然出现差别。若井数较多,可作折算地层压力等值图,以反映油层压力的分布情况。这对于油层的开发采取调节控制措施很有用处。