異常地層壓力

異常地層壓力是指偏離靜水住壓力的地層孔隙流體壓力稱之為異常地層壓力，或稱為壓力異常。

基本介紹

• 中文名：異常地層壓力
• 外文名：abnormal formation pressure
• 學科：石油及天然氣地質學
• 別稱：壓力異常
• 表示方法：壓力係數
• 原因：成岩、構造、熱力、生物化學作用

概念

地層壓力即作用於地層孔隙流體的壓力定義，在正常壓實條件下，這個作用於孔隙流體的壓力即為靜水柱的壓力。但是由於許多因素的影響，作用於地層孔隙流體的壓力，很少是等於靜水柱壓力的。通常我們把偏離靜水住壓力的地層孔隙流體壓力稱之為異常地層壓力，或稱為壓力異常。

表示方法

在油氣田勘探開發的過程中。特別是在勘探階段，國內外都非常重視油氣藏壓力異常情況的研究，認真找出異常地層壓力變化的規律。在研究異常地層壓力時常用壓力係數或壓力梯度來表示異常地層壓力的大小。

國內常用的是壓力係數。所謂壓力係數可用來表示，它是指實測地層壓力與同一深度靜水壓力的比值：

顯然時，實測地層壓力與靜水柱壓力相等，這時屬正常地層壓力；時，則為異常地層壓力。當時，稱為高異常地層壓力，或稱高壓異常；當時，稱為低異常地層壓力，或稱低壓異常。

原因

國內外的不少學者在做了大量的研究、實驗、分析後認為，異常地層壓力形成的原因是多種多樣的，其中主要的是成岩作用、構造作用、熱力作用、生物化學作用、滲析作用和古壓力等。

研究和預測壓力異常對認識油層能量特徵，評價油氣藏形成的基本條件及指導安全生產、保護油氣層等方面是極為重要的。如在鑽井過程中，當油氣層的地層壓力異常低時，易產生井漏；當地層壓力異常高時，易產生井噴。

近年來國外對引起異常地層壓力的原因及預測異常地層壓力的方法都做了很多研究工作，取得了較大的進展。而我國在測井預告地層壓力異常方面，也取得了可喜的成績。

在自然界，引起異常地層壓力的原因很多，情況也很複雜，必須結合具體的地質條件進行分析。造成異常地層壓力的主要原因是剝蝕作用及構造斷裂作用。

（1）剝蝕作用。由於剝蝕作用，易造成高壓異常和低壓異常。如圖a層比b層埋藏探，按正常情況應該是a層的壓力大於b層的壓力，但由於剝蝕作用的結果，b層壓力大於a層壓力，a層為低壓異常，b層為高壓異常。

（2）構造斷裂作用。

①如圖所示，油層和地面供水區連通時為正常壓力（圖a），後來發生了斷裂，斷層使油藏與供水區失去聯繫，並且由於剝蝕作用使油藏埋藏深度變小（H₁<H），而油藏中仍然保持原來的壓力值，故造成高壓異常（圖b）相反，如果囚斷層作用而使油層變深（H₂>H），就會造成低壓異常（圖c）。

②岩性遮擋油藏原來埋藏較深，具有較大的壓力，後因斷裂作用上升，其原始壓力仍然保存下來形成高壓異常。與此相反，岩性油藏埋藏較淺，後因斷層作用下沉，仍保持原來壓力，結果造成低壓異常（圖a）

③斷裂作用還可以把深部的高壓氣層與淺層油藏勾通，形成個統一的壓力系統。此時，油層壓力將顯著地高於按井深H計算出的靜水壓力。

（3）構造斷裂與剝蝕作用口最初的原始油層壓力由靜水壓頭H1造成，後來由於斷裂作用使其與高山供水區隔絕。後來的剝蝕作用的結果，使高山供水區降低，但油層保持原來的壓力，形成高壓異常。

（4）刺穿作用。在不均衡的壓力作用下，可塑性岩層發生侵入刺穿作用，使上覆一些軟的頁岩和固結的砂層發生擠壓與斷裂變動，從而減少孔隙容積，使其中流體壓力增大而形成高壓異常。這就是鹽丘及泥火山發育區常出現高壓異常的原因。

（5）成岩作用。在成岩作用的過程中，造成高壓異常的主要因素又可分為泥、頁岩壓實作用。蒙脫石脫水作用以及硫酸鹽岩的成岩作用等。

（6）熱力作用和生化作用。

①熱力作用。世界鑽探經驗表明，異常高壓地帶V}是伴隨著異常高溫地帶出現，溫度對壓力的影響是不容忽視的。在一個封閉系統中，溫度增加將引起岩石和岩石孔隙中流體的膨脹，從而使該系統的壓力增大。

溫度增加還可引起岩石中流體相態的變化，析出二氧化碳等氣相物質。高溫能使油頁岩中的乾酪根熱裂解，生成烴類氣體。在封閉的地質環境中，這些氣體將大大提高該系統的壓力而促使高一異常地層壓力的形成。

②生化作用。經研究證明，催化反應、放射性衰變、細菌作用等，均可使烴類的微小顆粒裂解為較簡單的化合物，從而增大體積，在封閉的系統中形成高異常地層壓力。

（7）滲析作用。在粘土或頁岩地層兩側的液體的含鹽濃度不同時，濃度低的液體就會以粘土或頁岩作為半滲透膜，向著濃度高的液體中滲流，從而產生滲析壓力。在封閉的地質環境中，這種滲析壓力也是形成高壓異常的原因。Jones在60年代末曾試驗研究過這類滲析現象，並指出，違過單一的粘土半滲透隔膜所產生的滲析壓力差，最高可達24. 6 MPa，這種滲析作用的結果，必然會使高含鹽度或濃度高的液體一側地層中形成高壓異常。

（8）測壓水位的影響。因區域測壓水位的影響而顯示出異常地層壓力的現象是不淮理解的。人們通常利用靜水壓力來代替地層壓力是基於這樣一種理想的情況，即測壓水位（供水區露頭海拔高度）與研究井井口的海拔高度一致，換句話說，供水區露頭與研究井井口是處於同一水平面匕，但實際.匕，由於不均勻的剝蝕作用，地殼表面總是凹凸不平的。若測壓水位高於井口海拔高度，油井就顯示出高異常地層壓力。

（9）流體密度差異。油氣藏流體密度的差異會影響地層莊力的分布，特別是對於氣一水系統。如果地層傾斜較陡，氣藏高度又很大時，這種影響就更加明顯，位於氣藏頂部的氣井往往顯示出特別高的異常地層壓力。

預測方法

預測異常地層壓力的任務是確定異常地層壓力帶的層位和頂部深度，計算出異常地層壓力值的大小。

具有高壓，特別是超高壓異常地層莊力的油氣層在地下並非孤立地存在。正如在頁岩的壓實作用對異常壓力形成的影響問題中指出的那樣，高壓或超高壓儲油氣層周圍的泥、頁岩層，是處於從正常地層壓力到異常地層壓力過渡的地帶上，因此，這個過渡地帶上的泥、頁岩也就具備了高壓或超高壓異常地層壓力的特徵。與遠離高壓異常帶的，屬於正常壓實的泥、頁岩相比，過渡帶的泥、頁岩由於是欠壓實的，因此，其密度較小，孔隙度較大，其地球物理特性為電阻率值低、聲波時差大。在鑽井過程中，當鑽入過渡帶時，還可能產生井噴、井漏、井涌以及鑽井參數出現異常等現象。對過渡帶的這些顯示進行仔細的觀察和研究，便可預測異常地層壓力。

國內外在預測砂、泥岩剖面中的異常地層壓力方面，廣泛地採用了地球物理勘探、地球物理測井以及鑽井地質資料分析法等。