专题：地层压力预监测方法探讨（着重随钻） [复制链接]

异常压力与生、运、储、盖、保等成藏要素关系密切。在油气生成方面，异常高压可降低烃源岩的成熟度，延缓烃源岩热演化的进程，当地层压力超过一定门限时，压力对成烃有明显的抑制甚至是阻止作用，表现为压力系数与烃源岩生烃门限深度、石油窗下限深度的正相关。异常高压对储集层的影响主要表现在对孔隙度、渗透率的保存和改善方面。对油气运移和聚集，异常高压具有建设和破坏双重作用：发育异常高压的泥岩可作为良好的盖层，尤其是作为良好的区域性盖层，有利于油气成藏；异常高压可以成为泥岩排水、排烃的动力，产生的裂缝既可作为良好的油气运移通道，也可能导致油气盖层的破坏，促使油气重新分布，导致幕式成藏。

异常高压对生油岩的影响:
前苏联莫斯科古勃金石油学院B.И.叶尔英金等总结了世界600个油气田的实际资料后指出，有机质不仅受温度的影响，尤其受超压的影响。关于超压对有机质的影响有三种观点：①超压对有机质的演化起抑制作用（Hesp和Rigby，1973；Ceil和Stanton等，1977；Saigo和Mcevoy等，1986；杨天宇和王涵云，1987； Price和Wenger,1992；黄健全和周中毅等，1992；卢双舫和赵锡瑕等，1994）；②超压对有机质的演化起促进作用(Braun和Burnham,1990；胡忠良，2000)；③超压对有机质的演化没有明显影响（Hunt，1979；Harvath，1983；Tissot和Welte，1984； Monthioux和Landais等，1985）。在这三种观点中，以第一种最广为人们所接受。

异常高压对储层物性的影响:
早在1959年，Rubby和Hobert就指出，在正常压实作用下，孔隙度和深度之间存在指数关系，即孔隙度随着深度的增加呈指数下降。这一结论已被广泛接受和应用。按照这一理论，埋深大于3000m的地层，孔隙度一般应小于10%，渗透性也应相当差。但国内外许多研究实例却并非如此，3000～4000m甚至更深的地层中仍然有相当高的孔隙度带，如在南中国海盆地中，埋深3080m时的孔隙度达到27%；北海盆地中英国大陆架中央地堑的砂岩，埋深大于4500m时孔隙度仍在30%以上。这些异常高孔隙度带形成的主要原因是异常高压系统的存在，其次，溶解作用也有一定的贡献。

异常高压是控制含油气盆地中孔隙流体活动、成岩作用和烃类运移的重要因素（Powley，1990；Hunt，1990；Jeans，1994；Williamson，1995）。与沉积盆地中异常高压有密切关系的高压振荡流体活动（Bradeley，1975；Hunt，1990；Ghaith et al，1990）会快速改变高压储层内外孔隙介质流体的物理—化学、压力条件，改变正常的成岩过程，从而对异常高压盆地中储层的成岩作用产生重要影响。异常高压对储层物性的影响表现在对储层孔隙度和渗透率的保存和改善两个方面。
1、异常高压对储集物性的保存
随着孔隙压力的增大，作用在岩石上的有效应力反而减少了，即作用在岩石颗粒上的压实作用减弱了，压溶作用也得到抑制，从而较高的原生孔隙可以被保存下来。同时，超压的形成还可以阻止超压体系内流体的运动和离子、能量的交换，减缓或抑制成岩作用和胶结作用，使深部储层保持较高的孔隙度和渗透率。Bloach等人（1997）在论述深埋砂岩储层中异常高孔隙度和渗透率的原因时指出，造成地层中异常高孔隙度和渗透率的原因之一是流体超压。Wilkinson等人（1997）也认为处在超压系统中的砂岩具有高孔隙度。
2、异常高压对储集物性的改善
异常高压对储集物性的改善主要表现在物理和生物化学两种作用机理。
①物理作用
异常高压可促进更多微裂缝的形成，增强超压体系内的储集空间，改善储层的连通性，增强储层的渗透性能。对岩石的形变起作用的是有效应力，而异常压力改变了岩石发生破裂时的有效应力场。Grauls对3000m以下深度各种背景的观察表明，不论何种原因，超压上限似乎受临界值的控制。流体力学研究表明，发生水力压裂作用的条件是最小有效应力接近于零。此外，异常高的孔隙流体压力降低了泥岩颗粒之间的摩擦系数，使岩石强度明显降低。这种裂隙性泥岩油气藏在世界各地均有发现，如美国、前苏联已发现并开发了多个泥质岩油气藏，在我国的江汉、松辽、四川以及柴达木等盆地的第三系也发现了多个以泥质岩裂缝为主的油气藏，并且，随着各盆地勘探程度的提高，这类储层所占的比重还会逐年增大。
②生物化学作用
有机酸通过氧化作用、细菌对硫酸盐等矿物的还原作用、生物的发酵作用及热脱羧基作用产生较多的CO2，形成酸性水。随后酸性水进入砂岩形成酸性物质、烃类和硫酸盐之间发生反应，主要产物为有机酸、碳酸氢根离子及固体沥青，并放出能量。由于超压对有机质演化和油气生成的抑制，扩大了超压盆地中有机酸的释放空间和它对砂岩成岩作用的影响范围，促进了化学反应向有机酸生成方向进行。有机酸成为使砂岩胶结物和碎屑颗粒溶解并形成次生孔隙的主要因素。

异常高压对盖层的影响
许多盆地的油气藏分布与盖层异常高流体压力有关，这种依靠超压封闭油气的机理，称之为超压封闭。超压盖层实际上是一种流体高势层，它能阻止包括油气水在内的任何流体的体积流动，因此，它不仅能阻止游离相的油气运动，也能阻止溶有油气的水流动，从这个角度讲，超压盖层是一种更有效的盖层。超压盖层的封盖能力取决于超压的大小，超压越高，其封盖能力就越高。
天然气与石油相比，无论在物理或化学特性上均存在明显差异。天然气能以水溶、油溶、游离扩散等多种方式运移，活动性强。由于天然气的分子直径小、密度小，扩散能力强，对盖层封闭的要求也就更高。郝石生等明确提出了“天然气运聚动平衡的原理”，认为在气藏形成过程中，始终存在着两个同时发生又相互消长的过程：一是从烃源岩生成的天然气，运移进入圈闭的过程；另一个就是已聚集在圈闭中的天然气不断逸散，形成聚散动平衡的过程。这种形成过程是随着地质条件的变化而不断变化的。郝石生等把处于“供气”大于“散失”阶段的成藏期，称之为“储量递增期”；处于“供气”与“散失”大致相当的成藏期，称之为“储量稳定期”；处于“供气”小于“散失”的成藏期称为“储量递减期”。

在超压环境下，这种聚散变化过程比常压情况更为活跃。随着埋深的增加，地层温度不断升高，增强了油气扩散和运移的能力，特别是改变了盖层的封闭条件。
盖层封闭天然气一般具有三种形式，即物性封闭、超压封闭和浓度封闭。超压层，往往具有物性封闭和超压封闭的作用。如郝石生等所描述，在欠压实泥岩顶、底靠近储层处，在压实过程中，孔隙水已充分排出，形成上、下压实段，而中间，由于孔隙水不能充分排完，形成欠压实带。上下压实段的毛细管压力大于中间欠压实段的毛细管压力，起着物性封闭的作用。中间压实段，毛细管压力虽比上下压实段低，但其内部存在异常高的孔隙压力，使毛细管压力与孔隙流体压力之和明显大于上下压实段的毛细管压力，其封闭能力更强。据刘方槐（1992）计算，压力系数为1.3的欠压实泥岩，依靠异常孔隙压力封闭的气柱高度比依靠毛细管阻力封闭的气柱高度大11倍，可见，超压带本身就是一个重要的封闭盖层。
孙嘉陵等认为，压力封闭的实际就是一种动态封闭。在超压层内的润湿性超压流体存在者克服毛细管力向低势方向流动的趋向，而在储层中非润湿性的气体，在运移散失的过程中，它不仅要克服储、盖层间的毛细管压差，还要克服在盖层中由于超压润湿性流体形成的巨大势差。由此可知，压力封闭的实质就是储层与盖层由于压力差异形成的不同润湿性流体的势差与毛细管力的综合体现，只不过其中流体势差表现明显，起主导作用而已。
超压体内储层孔隙流体压力的大小与盖层破裂压力的关系是影响超压体油气富集的重要条件。Powers和Dickey较早地认识到了盆地流体的幕式活动，Hunt在讨论异常压力流体封存箱中油气的生成和运移时提出了流体封存箱幕式释放,随之人们对超压流体幕式释放理论做了进一步讨论，目前超压流体幕式释放已成为超压环境下排烃和烃类运移的重要理论,通过微裂隙的幕式排烃已被很多学者认为是超压烃源岩中油气初次运移的主要机制。在高温高压地层中，随深度的增大，成熟的烃类由源岩向储层运移，烃类以溶解状态存在于孔隙水中，当储层孔隙流体压力大于盖层破裂压力时，即超压体系内的孔隙压力大约达到上覆地层静压力的70%～90%（与盖层的岩性有关），超压体系开始产生裂缝，且裂缝带可达数千英尺形成优势运移通道。随着裂缝的产生，烃类和其他孔隙流体沿优势通道排出地层，压力逐渐降低。当孔隙压力下降到上覆地层的大约60%时，裂缝合拢而形成新的封闭系统。然后，再开启裂缝—释放压力和排出烃类—再闭合裂缝。周而复始，循环往复，排出烃类，在合适的地质条件中聚集成藏。在得克萨斯湾页岩、中国莺歌海盆地及鄂尔多斯盆地中就存在幕式排烃的现象。
墨西哥湾沿岸区超压与钻井成功率的关系表明，等效气储量的成功率随超压的升高而急剧降低。这一经验关系可能反映了自然水力压裂引起盖层完整性的降低。北海中部已钻圈闭随着有效应力的减少，干井的可能性更大，见油的可能性更小。根据G.Schaar(1976)对文莱—巴兰三角洲24口钻遇烃类井的统计，在常压下找到液态烃占40%，气态烃占54%；当压力系数达到1.48时，找到液态烃的可能性占17%，气态烃占27.4%，水占54.8%；到压力系数达到1.92%时，液态烃占7%，气态烃占13.5%，水占83%；当压力系数达到2.1时，找到油气的可能性等于零。
由此可见，超压对生、储、盖产生了重要的影响。同时，也对油气的运移、聚集和保存具有双重作用，建设或破坏的关键是取决于盖层的质量和压力的大小，即超压大小与盖层破裂压力之间的关系。与异常高压的演化过程相对应，在压力成长、孕育期，盖层中的超压具有良好的封盖能力，在一定压力范围内，封盖能力随孔隙压力的增高而增大；当孔隙压力大于盖层的破裂压力时，就会起破坏作用，导致压力和油气的散失。压力的散失会导致盖层微裂缝的闭合，重新起到封盖作用，这种循环的过程会导致幕式成藏。从中还可以觉察到，这种影响机制与盖层的性质（岩性等）是有关系的，对于脆性盖层（泥质岩类），破坏是长久的，如济阳坳陷的泥岩裂缝油气藏等；而对于塑性盖层（蒸发岩类），建设与破坏具有重复性。

运用地球物理方法来解决异常压力预测,本人认为:
1,在运用地震勘探方法时候,首先建立异常压力的正演模型,从而获取异常压力的正演数据,用实测数据进行约束反演,获得异常压力反演的一般模型;再结合正演模型,运用最优化理论或者其他算法,从实际数据出发,获取局部最优解;
2,运用测井方法时候,核心问题是建立异常压力地层的物性模型,再考虑通过某种有效测井方法对与异常压力关联的物性参数进行预测,间接获取异常压力参数;目前,声波测井和密度测井用的相对多.C/O能谱测井也可以运用到异常压力研究中.
3,其他地球物理方法,如重力勘探,由于其方法的特殊性,主要发挥异常压力大地质背景的研究更好些;而磁法效果将局限于沉积背景研究中.
4,从一定角度而言,重力,磁法,地震更象是小波分析中的大尺度,而测井和随钻测井伴随的是小尺度的细信号,二者之间有一个衔接与过度的问题.
5,基于一定沉积认识,地质认识和地球物理认识的综合研究将有效地解决某个实际问题.

jacob666 博士,您好!
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我把博士写的总结了一下，希望对大家有用，大家积极参与，积极讨论！继续。。。。

引用第28楼贾倩于2007-01-17 19:19发表的:
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注：最后一段是赵教授的发言

  多谢贾倩

jacob666：把你邀请来开了这个帖子，很感谢你的捧场，感谢你的辛苦劳动。


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