专题讲座：异常地座：异常地层压力力 地地层层压压力力与与地地层层温温度度是是开开发发油油气气田田的的能能量量，也也是是油油气气田田开开发发中中重重要要的的基基础础参参数数。油油气气藏藏地地层层压压力力和和温温度度的的高高低低，不不仅仅决决定定着着油油气气流流体体的的性性质质，还还决决定定着着油油气气田田开开发发的的方方式式、油油气气开开采采的的技技术术特特点点与与经经济济成成本本，以以及及最最终终的的采采收收率率。因因此此，对对一一个个油油气气田田来来说说，在在勘勘探探阶阶段段以以至至整整个个开开发发过过程程中中，都都非非常常重重视视地地层层压压力力和和温温度度这这两个基础参数的获取。两个基础参数的获取。 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（20003500m20003500m）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（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MPa。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 ;浅层的岩层压浅层的岩层压力梯度一般小于力梯度一般小于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，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 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1m1m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：（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，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，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）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。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“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、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( (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。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的地质环境，这种封闭的地质环境能防止流体的逸散。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。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，异常高压地层较正常压力地层为低阻特征。4、自然电位、自然电位 超超压压层层的的自自然然电电位位特特征征可可由由盐盐度度原原理理来来表表述述，Overton & Timko提提出出了了一一个个非非常常简单，清洁砂岩的含盐量简单，清洁砂岩的含盐量Cw与相邻泥岩孔隙度与相邻泥岩孔隙度 sh之间的关系：之间的关系：Cw* sh = 常数。常数。 就就是是说说，地地层层水水含含盐盐量量(假假设设砂砂岩岩与与泥泥岩岩之之间间盐盐度度是是平平衡衡的的)与与邻邻近近泥泥岩岩的的孔孔隙隙度度成成反反比比。在在正正常常压压实实情情况况下下，随随埋埋深深增增加加，泥泥岩岩孔孔隙隙度度减减小小，地地层层水水含含盐盐量量增增加加。而而在在异异常常地地层层压压力力环环境境下下则则偏偏离离这这一一趋趋势势，在在超超压压层层中中，泥泥岩岩孔孔隙隙度度异异常常增增大大，而而储层地层水含盐量异常减小。储层地层水含盐量异常减小。异常压力带的地球物理特征异常压力带的地球物理特征异常压力带的地球物理特征异常压力带的地球物理特征 过渡带 孔隙度 钻速 电阻率 电导率 含盐量 时差 速度 密度 异常压力顶面 超压带 正常趋势线 深 度 参数参数来源来源 实验分析实验分析 测井资料测井资料 测井资料测井资料 实验分析实验分析 声波测井声波测井 声波测井声波测井 实验实验分析分析测井计算测井计算 录井资料录井资料 泥浆录井泥浆录井 泥浆录井泥浆录井 地质录井地质录井 地震速度地震速度 密度密度测井测井录井计算录井计算 地质录井地质录井异常压力带的综合特征异常压力带的综合特征异常压力带的综合特征异常压力带的综合特征 目前异常地层压力的预测主要在碎屑岩中进行得比较成目前异常地层压力的预测主要在碎屑岩中进行得比较成功，而对于碳酸盐岩异常压力的预测方法到目前为止还没有功，而对于碳酸盐岩异常压力的预测方法到目前为止还没有一种比较完善和可靠的方法。一种比较完善和可靠的方法。 对于碎屑岩地区异常地层压力的预测，常采用以下几种对于碎屑岩地区异常地层压力的预测，常采用以下几种方法：方法： （一）地震勘探法（一）地震勘探法 （二）钻井资料分析法（二）钻井资料分析法 （三）地球物理测井法（三）地球物理测井法四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法（一）地震勘探法（一）地震勘探法 在新探区或海上无钻井资料可供参考的情况下，常采用地震资料在新探区或海上无钻井资料可供参考的情况下，常采用地震资料来预测异常地层压力。来预测异常地层压力。 地震波的传播速度（层速度）与岩性和埋深有关（即与密度有关）地震波的传播速度（层速度）与岩性和埋深有关（即与密度有关），一般，随深度增加而增大。但是，在异常高压层段，由于页岩是欠，一般，随深度增加而增大。但是，在异常高压层段，由于页岩是欠压实的，造成孔隙度增大，密度减小，使传播速度明显下降。压实的，造成孔隙度增大，密度减小，使传播速度明显下降。 实际工作中，按适当的深度间隔，如实际工作中，按适当的深度间隔，如25m25m、50m50m或或100m100m分别计算出分别计算出各层的传播时间各层的传播时间tt，绘出井深与，绘出井深与tt的关系图，对于正常情况下的岩的关系图，对于正常情况下的岩层，定出其变化的趋势线，即正常压实线，明显偏离正常压实线的可层，定出其变化的趋势线，即正常压实线，明显偏离正常压实线的可判断为异常压力，刚开始偏离的那一点为过渡带顶界，偏离幅度越大，判断为异常压力，刚开始偏离的那一点为过渡带顶界，偏离幅度越大，异常程度越高。异常程度越高。 另外，重力勘探、磁法勘探、电法勘探均可作为预测异常压力的另外，重力勘探、磁法勘探、电法勘探均可作为预测异常压力的一种辅助手段。一种辅助手段。四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法 美国湾岸地区的深美国湾岸地区的深度与地震波传播时间关度与地震波传播时间关系曲线。旅行时间大约系曲线。旅行时间大约在深度在深度3352.8m3352.8m的地方偏的地方偏离正常压实趋势线而突离正常压实趋势线而突然剧增，由此判断该深然剧增，由此判断该深度为异常高压过渡带的度为异常高压过渡带的顶部位置。顶部位置。（二）钻井资料分析法（二）钻井资料分析法1 1、钻井速度法、钻井速度法 对于正常压实的碎屑岩剖面，随着埋深的增大，页岩对于正常压实的碎屑岩剖面，随着埋深的增大，页岩密度增大，当钻井时采取的钻压、转速、钻头类型以及水密度增大，当钻井时采取的钻压、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。力条件一定时，页岩的钻速随井深增加而减小。 但是，当出现异常高压时，钻速就会很快增大。但是，当出现异常高压时，钻速就会很快增大。 根据钻速突然增加的现象，就可初步判断地下可能存根据钻速突然增加的现象，就可初步判断地下可能存在高压异常，而将钻速突然加大时的井深定为高压异常过在高压异常，而将钻速突然加大时的井深定为高压异常过渡带的顶点位置。渡带的顶点位置。四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法2 2、D D指数法指数法 Bingham Bingham在不考虑水力因素的影响下，根据湾岸地区的经验，提出在不考虑水力因素的影响下，根据湾岸地区的经验，提出了一个标准钻速方程：了一个标准钻速方程： V = K V = K1 1KK2 2NNe e(P/D)(P/D)d d V V：机械钻速，英尺：机械钻速，英尺/ /小时；小时； K1 K1：岩石的可钻性系数；：岩石的可钻性系数； K2 K2：钻头类型及钻头磨损系数；：钻头类型及钻头磨损系数； e e：转速指数；：转速指数； N N：转速，转：转速，转/ /分；分； P P：钻压，磅；：钻压，磅； D D：钻头直径，英寸；：钻头直径，英寸； d d：表明机械能量的指数。：表明机械能量的指数。 在这个方程中可以看出，影响钻速的因素很多，为了能够准确反在这个方程中可以看出，影响钻速的因素很多，为了能够准确反映出钻速与地层压力之间的关系，必须消除其它因素对钻速的影响。映出钻速与地层压力之间的关系，必须消除其它因素对钻速的影响。四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法vm : 钻速；钻速； N N ：转速；：转速； P P ：钻压；：钻压； D D ：钻头直径。：钻头直径。 1966 1966年年JordenJorden和和ShirleyShirley选择现场上使用的单位，在合选择现场上使用的单位，在合适的范围内解上述方程，求出了适的范围内解上述方程，求出了d d指数。指数。 r1 r1 ：正常地层压力下的泥浆比重；：正常地层压力下的泥浆比重； r2 r2 ：实际使用的泥浆比重。：实际使用的泥浆比重。 我们就是用我们就是用d dc c指数来标定钻速的：指数来标定钻速的：d dc c指数与钻速成反比，指数与钻速成反比，d d指数指数（d dc c指数）只具有岩性因素，即主要受岩性因素的影响：指数）只具有岩性因素，即主要受岩性因素的影响： 在正常压实情况下，在正常压实情况下，d d指数或指数或d dc c指数是随井深的增加而增大的，而指数是随井深的增加而增大的，而当钻遇到高压异常过渡带时，当钻遇到高压异常过渡带时，d d指数或指数或d dc c指数将向着减小的方向偏离正指数将向着减小的方向偏离正常压实趋势线。常压实趋势线。 由此，通过绘制研究井的由此，通过绘制研究井的d d指数或指数或d dc c指数与深度的关系曲线，就可指数与深度的关系曲线，就可预测过渡带的顶部位置和异常地层压力。预测过渡带的顶部位置和异常地层压力。 为了排除泥浆比重的影响，又引入了为了排除泥浆比重的影响，又引入了dcdc指数。指数。3 3、返出泥浆温度、返出泥浆温度 异常高压地带常常伴随着异常高温地带的出现。所以异常高压地带常常伴随着异常高温地带的出现。所以在钻遇到高压异常过渡带时，地层温度随深度增加而升高在钻遇到高压异常过渡带时，地层温度随深度增加而升高的速度远远超过了正常情况。所以，根据从泥浆出口返出的速度远远超过了正常情况。所以，根据从泥浆出口返出来的泥浆温度突然升高的现象，就可判断可能钻遇到了异来的泥浆温度突然升高的现象，就可判断可能钻遇到了异常高压的过渡带。常高压的过渡带。 一般，从出口管返出的泥浆温度变化大于正常温度一般，从出口管返出的泥浆温度变化大于正常温度2 210F10F时，就可能存在一个过渡层，但这个温度也受岩性、时，就可能存在一个过渡层，但这个温度也受岩性、导热系数、起下钻、泥浆循环时间和速度的影响。因此，导热系数、起下钻、泥浆循环时间和速度的影响。因此，在使用时，还应根据具体情况进行修正。在使用时，还应根据具体情况进行修正。四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法4 4、页岩岩屑密度、页岩岩屑密度 页岩岩屑密度是随井深增加而增大的，但是，如果钻遇页岩岩屑密度是随井深增加而增大的，但是，如果钻遇到异常高压过渡带时，页岩因为在这个带是欠压实的，所到异常高压过渡带时，页岩因为在这个带是欠压实的，所以其密度将急剧变小而偏离正常压实趋势线，因此，通过以其密度将急剧变小而偏离正常压实趋势线，因此，通过绘制页岩岩屑密度与井深的关系曲线图，就可以来预测异绘制页岩岩屑密度与井深的关系曲线图，就可以来预测异常地层压力过渡带的位置。常地层压力过渡带的位置。 在利用钻井资料预测地层压力时，除上述方法外，在钻井在利用钻井资料预测地层压力时，除上述方法外，在钻井过程中，转盘扭矩突然增加，起钻时阻力加大，井喷、井涌以过程中，转盘扭矩突然增加，起钻时阻力加大，井喷、井涌以及井漏等现象的发生，均可作为钻遇到异常高压的标志。及井漏等现象的发生，均可作为钻遇到异常高压的标志。四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法（三）地球物理测井法（三）地球物理测井法 预测高压异常，测井方法效果较好。一般有以下三种：预测高压异常，测井方法效果较好。一般有以下三种：1 1、声波测井、声波测井 声波纵向传播速度主要是岩性和孔隙度的函数。声波纵向传播速度主要是岩性和孔隙度的函数。 对页岩来说，声波测井曲线基本上反映了对页岩来说，声波测井曲线基本上反映了的变化。在正常压实的变化。在正常压实情况下，页岩情况下，页岩随深度增加而减小，所以声波时差也将随着埋深增加随深度增加而减小，所以声波时差也将随着埋深增加而减小，而当钻遇到异常高压过渡带时，声波时差将朝着增加的方向而减小，而当钻遇到异常高压过渡带时，声波时差将朝着增加的方向偏离正常趋势线。通过在半对数座标纸上作声波时差与深度关系曲线偏离正常趋势线。通过在半对数座标纸上作声波时差与深度关系曲线图，就可以预测异常高压过渡带的位置。图，就可以预测异常高压过渡带的位置。 另外，还可对异常压力值进行定量解释，有两种方法：另外，还可对异常压力值进行定量解释，有两种方法： 页岩时差差值页岩时差差值- -压力梯度关系曲线法压力梯度关系曲线法 等效深度法等效深度法四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法页岩时差差值页岩时差差值- -压力梯度关系曲线法压力梯度关系曲线法 页岩时差差值：页岩时差差值：同一深度实际测得的页岩声波时差同一深度实际测得的页岩声波时差ttshsh与正常趋与正常趋势的声波时差势的声波时差ttshnshn之差。之差。 A A、根据相邻地区已钻井的资料，以地层流体压力梯度为纵座标，、根据相邻地区已钻井的资料，以地层流体压力梯度为纵座标，以以ttshsh-t-tshnshn为横座标，绘制该区的页岩时差差值与地层压力梯度关为横座标，绘制该区的页岩时差差值与地层压力梯度关系曲线。（压力梯度可通过试油测出紧靠页岩之下产层的地层压力来系曲线。（压力梯度可通过试油测出紧靠页岩之下产层的地层压力来计算）计算） B B、在研究井的页岩声波时差曲线上，确定该井储层的实际观测值、在研究井的页岩声波时差曲线上，确定该井储层的实际观测值ttshsh与正常趋势值与正常趋势值ttshnshn，并求出两者的差值：，并求出两者的差值：ttshsh-t-tshnshn 。 C C、在页岩时差差值与地层压力梯度关系曲线图版上，根据研究井、在页岩时差差值与地层压力梯度关系曲线图版上，根据研究井储层的储层的ttshsh-t-tshnshn值，就可求出相应的流体压力梯度值值，就可求出相应的流体压力梯度值G Gf f。 D D、用储层的井深乘以流体压力梯度值，就可求得该储层的预测压、用储层的井深乘以流体压力梯度值，就可求得该储层的预测压力值。即：力值。即：P Pf f = G = Gf fhh四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法等效深度法等效深度法 等效深度：等效深度：高压异常层段中与其上部正高压异常层段中与其上部正常压实层段中声波时差常压实层段中声波时差tt（或电阻率）相（或电阻率）相等的那一点所对应的深度等的那一点所对应的深度D DA A( (正常压实层段正常压实层段的深度为的深度为D DB B) )。 从物理意义上讲，因为声波时差（或电从物理意义上讲，因为声波时差（或电阻率）相等，可以设想这两深度点具有相同阻率）相等，可以设想这两深度点具有相同的的值，或者说具有相同的有效应力值值，或者说具有相同的有效应力值。 由此可推导出地层压力的计算公式：由此可推导出地层压力的计算公式： P PfAfA = G = Go oDDA A -(G -(Go o - G - GH H)D)DB B 利用此公式，我们就可以将异常层段处利用此公式，我们就可以将异常层段处的压力值求出来。的压力值求出来。四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法2 2、电阻率测井、电阻率测井 在正常压实条件下，页岩的在正常压实条件下，页岩的值随值随深度增加而下降。表现在电阻率测井曲深度增加而下降。表现在电阻率测井曲线上，随深度增加电阻率增高。线上，随深度增加电阻率增高。 当钻遇高压异常层段时，因当钻遇高压异常层段时，因比正比正常压实下的常压实下的高，电阻率必然降低，这高，电阻率必然降低，这样，根据页岩电阻率随深度变化的曲线样，根据页岩电阻率随深度变化的曲线图就可以预测异常高压过渡带的顶界以图就可以预测异常高压过渡带的顶界以及异常地层压力的大小。及异常地层压力的大小。 预测过渡带的顶界位置：预测过渡带的顶界位置：电阻率电阻率开始明显偏离正常趋势线的那一点，即开始明显偏离正常趋势线的那一点，即为过渡带的顶界位置。为过渡带的顶界位置。四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法 预测异常压力的大小。预测异常压力的大小。 A A、等效深度法。、等效深度法。 B B、页岩电阻率比值、页岩电阻率比值- -压力梯度关系曲线法。压力梯度关系曲线法。 此法与页岩时差差值此法与页岩时差差值- -压力梯度关系曲线法相同，所不同的是：声压力梯度关系曲线法相同，所不同的是：声波时差采用的是差值，而电阻率采用的是比值。波时差采用的是差值，而电阻率采用的是比值。 页岩电阻率比值：页岩电阻率比值：某一深度正常压实的页岩电阻率某一深度正常压实的页岩电阻率R Rshnshn与实测的页与实测的页岩电阻率岩电阻率R Rshsh之比。即：之比。即：R Rshnshn/R/Rshsh。 然后绘制页岩电阻率比值与储层流体压力梯度关系曲线，来作为然后绘制页岩电阻率比值与储层流体压力梯度关系曲线，来作为研究区预测地层压力的图版。研究区预测地层压力的图版。 影响电阻率的因素比较多，与声波测井相比，电阻率测井要受到影响电阻率的因素比较多，与声波测井相比，电阻率测井要受到井眼大小、地温、地层水含盐量等因素的影响，所以预测精度与声波井眼大小、地温、地层水含盐量等因素的影响，所以预测精度与声波测井相比要差些。测井相比要差些。四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法3 3、页岩密度测井、页岩密度测井 利用页岩密度测井资料预测异常地层压力的基本原理利用页岩密度测井资料预测异常地层压力的基本原理与页岩岩屑录井相同：随着埋深增加，页岩密度增大，当与页岩岩屑录井相同：随着埋深增加，页岩密度增大，当钻遇异常高压层段时，密度减小偏离正常压实趋势线。其钻遇异常高压层段时，密度减小偏离正常压实趋势线。其方法与电阻率测井和声波测井同。方法与电阻率测井和声波测井同。 密度测井由于受井眼大小的影响较大，所以与电阻率密度测井由于受井眼大小的影响较大，所以与电阻率测井和声波测井相比，其精度和效果都要差些。测井和声波测井相比，其精度和效果都要差些。 一般地，对于某口井或某一地区，要预测异常地层压一般地，对于某口井或某一地区，要预测异常地层压力，应该尽可能获取各种预测异常压力的资料，然后进行力，应该尽可能获取各种预测异常压力的资料，然后进行综合分析，得出最佳最可靠的结论。综合分析，得出最佳最可靠的结论。四、异常地层压力的预测方法四、异常地层压力的预测方法一 、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 在存在着高压异常地区，正常钻进、井身结构、含油性好坏、储量大小、储量在存在着高压异常地区，正常钻进、井身结构、含油性好坏、储量大小、储量计算方法和动态分析等一系列问题，均与高压异常有关。所以，研究异常地层压力，计算方法和动态分析等一系列问题，均与高压异常有关。所以，研究异常地层压力，不仅具有理论上的意义，而且在油气勘探和开发过程中具有实际的意义。不仅具有理论上的意义，而且在油气勘探和开发过程中具有实际的意义。（一）指导找油找气（一）指导找油找气 主要是通过研究异常高压与油气藏工业价值之间的关系来进行。主要是通过研究异常高压与油气藏工业价值之间的关系来进行。 根据美国墨西哥湾沿岸地区几百口井砂泥岩剖面上的压力资料和页岩电阻率测根据美国墨西哥湾沿岸地区几百口井砂泥岩剖面上的压力资料和页岩电阻率测井资料的统计，发现油气藏的工业价值与页岩电阻率比值之间有一定的规律性。井资料的统计，发现油气藏的工业价值与页岩电阻率比值之间有一定的规律性。 、 Rshn/Rsh 1.6：占工业价值油气藏：占工业价值油气藏90%以上，不下技术套管便可完井。以上，不下技术套管便可完井。 、 Rshn/Rsh ：1.63.0：占工业价值油气藏的：占工业价值油气藏的9.9%。 、 Rshn/Rsh ：3.03.5：小油气藏。：小油气藏。 、 Rshn/Rsh 3.5：无工业价值油气藏存在。：无工业价值油气藏存在。 上述这一规律也适用于世界上许多第三纪盆地的砂泥岩剖面。因此，根据这一上述这一规律也适用于世界上许多第三纪盆地的砂泥岩剖面。因此，根据这一规律，可帮助我们作出决策，即有无必要继续钻进，从而可指导我们找油、找气。规律，可帮助我们作出决策，即有无必要继续钻进，从而可指导我们找油、找气。五、异常地层压力的研究意义五、异常地层压力的研究意义勘探意义勘探意义勘探意义勘探意义（二）预测异常地层压力，实现平衡钻进（二）预测异常地层压力，实现平衡钻进 在生产实践中常发生这样的情况：钻开超压层时，因泥浆柱压力在生产实践中常发生这样的情况：钻开超压层时，因泥浆柱压力小于地层压力，井壁垮塌，形成严重卡钻事故，甚至不得不另钻斜眼。小于地层压力，井壁垮塌，形成严重卡钻事故，甚至不得不另钻斜眼。钻入超压层后，发生井喷，用重泥浆压井又发生井漏，井漏又再次引钻入超压层后，发生井喷，用重泥浆压井又发生井漏，井漏又再次引起井喷。如果技术套管下入深度不够，当用重泥浆钻开超压层时，上起井喷。如果技术套管下入深度不够，当用重泥浆钻开超压层时，上部地层被压裂，泥浆失去循环也会造成破坏性井喷。部地层被压裂，泥浆失去循环也会造成破坏性井喷。 上述情况可见：泥浆比重的选择和套管层序的确定，是保证顺利上述情况可见：泥浆比重的选择和套管层序的确定，是保证顺利完成钻探任务的关键，并且还为以后油气藏的开采提供优质的井身。完成钻探任务的关键，并且还为以后油气藏的开采提供优质的井身。 因此，对于有超压层段的地区，为了搞好泥浆比重的选择和套管因此，对于有超压层段的地区，为了搞好泥浆比重的选择和套管层序的设计这两项工作，必须首先要预测地层压力和钻遇岩层的破裂层序的设计这两项工作，必须首先要预测地层压力和钻遇岩层的破裂压力，而地层压力是起决定作用的，岩石的破裂压力是由它计算的。压力，而地层压力是起决定作用的，岩石的破裂压力是由它计算的。 所以，预测异常地层压力，可以帮助我们实现平衡钻进。所以，预测异常地层压力，可以帮助我们实现平衡钻进。五、异常地层压力的研究意义五、异常地层压力的研究意义一 、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 人们早在人们早在2020世纪世纪3030年代就已在钻井中遭遇到异常高年代就已在钻井中遭遇到异常高压并认识到它们是引起众多钻井事故的主要原因。但直压并认识到它们是引起众多钻井事故的主要原因。但直到到2020世纪世纪6060年代人们才开始系统地研究这种现象年代人们才开始系统地研究这种现象（FertlFertl，19761976；MagaraMagara，19781978）。至今，人们对超高）。至今，人们对超高地层压力的分布特征和形成机制认识仍很不深入，真正地层压力的分布特征和形成机制认识仍很不深入，真正经得起实际资料和定量分析检验的并不多（经得起实际资料和定量分析检验的并不多（BethkeBethke，19861986；ShiShi和和WangWang，19861986；LuoLuo和和VasseurVasseur，19921992）。）。六、研究现状六、研究现状 最早进行定量压力的预测的是最早进行定量压力的预测的是HottmanHottman和和JohnsonJohnson（19651965），利用先前钻井中的电阻率和声波），利用先前钻井中的电阻率和声波时差测井资料，创建起目前仍普遍使用的地层压力时差测井资料，创建起目前仍普遍使用的地层压力预测和监测方法。他们建立了正常压实趋势线，提预测和监测方法。他们建立了正常压实趋势线，提出了等效深度法，而且发现仅用等效深度法不能完出了等效深度法，而且发现仅用等效深度法不能完全准确地预测地层压力，在某些地层中须建立适当全准确地预测地层压力，在某些地层中须建立适当的经验关系。的经验关系。 六、研究现状六、研究现状正常趋势线方程正常趋势线方程： t= t0e-cH孔隙流体压力计算模型孔隙流体压力计算模型：Pfa=GoaHa-（Go-Gw）（）（ln t0-ln t）/c 式中：式中：Pfa目的层地层压力，目的层地层压力，MPa； Go上覆层压力梯度，上覆层压力梯度，MPa/m； Gw静水压力梯度，静水压力梯度，MPa/m； t目的层声波时差，目的层声波时差， s/m ； t0 正常趋势线截距，代表深度为正常趋势线截距，代表深度为0 时的声波时差值，时的声波时差值，s/m； c正常趋势线斜率；正常趋势线斜率； Ha目的层埋深，目的层埋深，m。tH/mba泥岩压实曲线泥岩压实曲线等效深度法等效深度法 Forster Forster和和WhalenWhalen（19661966）进一步探讨了等效深度）进一步探讨了等效深度法和有效应力法，从泥质岩的压实作用分析了压力预法和有效应力法，从泥质岩的压实作用分析了压力预测和监测的可行性和存在的问题，奠定了定量计算地测和监测的可行性和存在的问题，奠定了定量计算地层孔隙压力的基础。随后，钻井、录井及测井的各种层孔隙压力的基础。随后，钻井、录井及测井的各种可以反映地层孔隙度和岩石性质变化的数据都被尝试可以反映地层孔隙度和岩石性质变化的数据都被尝试用来预测和检测地层压力（用来预测和检测地层压力（BoatmanBoatman，19671967； MatthewsMatthews和和KellyKelly，19671967；FertlFertl，19761976；MagaraMagara，19781978）。）。 六、研究现状六、研究现状钻井参数钻井参数 钻井速度方程式钻井速度方程式 钻井孔隙度录井钻井孔隙度录井 泥浆参数泥浆参数 泥泥 浆浆 气气 侵侵 出口泥浆比重出口泥浆比重 压压 力力 井井 涌涌 出口泥浆温度出口泥浆温度 出口泥浆电阻率出口泥浆电阻率 氯氯 离离 子子 含含 量量 槽面和槽的总体积槽面和槽的总体积 泥泥 浆浆 排排 量量 地质参数地质参数 气气 测测 录录 井井 泥泥 岩岩 密密 度度 页页 岩岩 因因 子子 岩屑体积与形状岩屑体积与形状 泥岩造浆电阻率泥岩造浆电阻率 湿度指数湿度指数 MC造浆和渗滤速度造浆和渗滤速度 碳酸盐含量碳酸盐含量 氧化还原指数氧化还原指数 PH 值值 造浆离子含量造浆离子含量 检测异常地层压力的录井参数 Bingham Bingham（19641964）认识到影响钻井速度的因素来）认识到影响钻井速度的因素来自地层、钻具及钻井过程，提出钻井速度、转盘转自地层、钻具及钻井过程，提出钻井速度、转盘转速、钻压和钻头尺寸之间应存在相关关系。速、钻压和钻头尺寸之间应存在相关关系。JordenJorden和和ShirleyShirley（19661966）进一步发展了）进一步发展了BinghamBingham的工作，的工作，提出了标定钻井速度的提出了标定钻井速度的d d指数方法，后来经指数方法，后来经RehnRehn和和McColendonMcColendon（19711971）改进，推出了以后常用的）改进，推出了以后常用的dcdc指指数法。数法。 六、研究现状六、研究现状 Vidrine Vidrine和和BenitBenit（19681968）提出了标准化钻速）提出了标准化钻速法，利用压力可降低地层有效应力的原理而提出法，利用压力可降低地层有效应力的原理而提出的压力检测和监测方法。该方法利用钻井方程和的压力检测和监测方法。该方法利用钻井方程和图解法，综合考虑影响钻速的各种可变因素（泥图解法，综合考虑影响钻速的各种可变因素（泥浆、水力、钻头类型、钻压、转速）及不可变因浆、水力、钻头类型、钻压、转速）及不可变因素（岩性、井深）。素（岩性、井深）。 六、研究现状六、研究现状 Pennebaker Pennebaker（19681968）注意到地震资料是压力预）注意到地震资料是压力预测的重要信息，认为利用地震资料预测的关键点在测的重要信息，认为利用地震资料预测的关键点在于如何正确获得异常地层压力的深度和压力值。他于如何正确获得异常地层压力的深度和压力值。他利用地震层速度资料预测了美国湾岸地区的地层压利用地震层速度资料预测了美国湾岸地区的地层压力，其预测结果与实际使用的泥浆比重相当接近。力，其预测结果与实际使用的泥浆比重相当接近。六、研究现状六、研究现状 Eaton Eaton（19721972）详细分析和总结了前人的工作，针）详细分析和总结了前人的工作，针对当时流行的建立在以压实作用为主要增压机制和等对当时流行的建立在以压实作用为主要增压机制和等效深度法基础上的压力预测和监测方法存在的问题，效深度法基础上的压力预测和监测方法存在的问题，提出了上覆负荷压力和地层压力随埋深变化的概念，提出了上覆负荷压力和地层压力随埋深变化的概念，建立了基于有效应力方程的页岩电阻率、建立了基于有效应力方程的页岩电阻率、dcdc指数和声指数和声波时差的孔隙压力关系式以及计算地层破裂压力的公波时差的孔隙压力关系式以及计算地层破裂压力的公式，即著名的伊顿法。式，即著名的伊顿法。 六、研究现状六、研究现状 1980 1980年，美国年，美国ExxonExxon石油公司利用随钻测量石油公司利用随钻测量（MWDMWD）资料的采集进行了压力监测方面的应用。这）资料的采集进行了压力监测方面的应用。这些资料主要是与钻井液和钻具有关的数据，如钻压、些资料主要是与钻井液和钻具有关的数据，如钻压、扭矩、泥浆压力、温度、电阻率、含气量等。到扭矩、泥浆压力、温度、电阻率、含气量等。到2020世世纪纪8080年代末，人们已可以测量到钻头处地层的电阻率年代末，人们已可以测量到钻头处地层的电阻率和放射性等来进行压力预测（和放射性等来进行压力预测（Mouchet and MitchellMouchet and Mitchell，19891989）。）。 六、研究现状六、研究现状 随随着着地地震震测测量量及及处处理理技技术术的的进进步步，2020世世纪纪8080年年代代地地震震资资料料在在压压力力预预测测中中得得到到了了广广泛泛的的应应用用（BellottiBellotti和和GiaccaGiacca，19781978；DobrininDobrinin和和SerebryakovSerebryakov，19891989）。对对于于地地震震信信息息的的利利用用不不仅仅限限于于层层速速度度，还还有有对对二二维维地地震震剖剖面面乃乃至至三三维维地地震震数数据据体体的的综综合合分分析析和和处处理理，根根据据地地震震波波速速和和振振幅幅等等方方面面的的特特殊殊性性质质来来预预测测地地下下超超压压（GraulsGrauls等等，19951995；DjevanshirDjevanshir和和AkhnerdievAkhnerdiev，19981998）。）。六、研究现状六、研究现状 目前，目前，Sperry SunSperry Sun公司正在开展利用公司正在开展利用MWDMWD（随钻测量）的地层深电阻率及自然伽玛资（随钻测量）的地层深电阻率及自然伽玛资料实时监测地层孔隙压力。料实时监测地层孔隙压力。AGIPAGIP公司也正在采公司也正在采用用SigmaSigma法人工智能技术研究开发利用钻井资料法人工智能技术研究开发利用钻井资料随钻监测地层孔隙压力技术。随钻监测地层孔隙压力技术。六、研究现状六、研究现状 在在国国内内， 自自19821982年年以以后后，全全国国各各大大油油田田都都相相继继开开展展了了以以dcdc指指数数法法、地地震震资资料料法法、页页岩岩密密度度法法和和测测井井资资料料法法等等为为基基础础的的压压力力检检测测方方法法研研究究及及应应用用，迄迄今今还还没没有有一一套套较较为为完完善善的的压压力力预预测与监测技术。测与监测技术。六、研究现状六、研究现状 敬请各位领导、专家多敬请各位领导、专家多提宝贵意见。谢谢！提宝贵意见。谢谢！结束结束