泥岩地层产水与地层异常压力原因分析

第２９卷２００７年第１期　２月　西南石油大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．２９　Ｆｅｂ　Ｎｏ．１　２０ｏ７　文章编号：１０００—２６３４（２００７）Ｏｌ一０１３０—１３２　泥岩地层产水与地层异常压力原因分析　李传亮　（“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室・西南石油大学，四川成都６１０５００）　摘要：泥岩是碎屑岩的一种，有孔隙度，也有渗透率，但因孔隙开度较小，其渗透能力极差。泥岩可以疏导地层水，只　是疏导能力差而已。一些油井投产初期产出的微量水来自于储集层上下两侧的泥岩地层，而非原油溶解的地层水。　异常地层压力是由突发地质事件所致，是一种暂时的压力状态，泥岩还没有足够的时间将其平衡。　关键词：地层；泥岩；压力；含水率；异常压力　中图分类号：ＴＥｌ１２　文献标识码：Ａ　引　言　泥岩和砂岩都属于碎屑岩，它们的主要区别在　于砂岩粒粗、孔大、渗流能力强，而泥岩则粒细、孔　一岩石孔隙半径，　ｍ；　一为孔隙迂曲度，无因次。　泥岩和砂岩的内部结构如图１、图２所示。　小、渗流能力差。砂岩地层可以充当油、气、水三种　流体的储集层，而泥岩则只能残存地层水，只有当泥　岩层为烃源层时，则可以残留一些油气。当打开砂　岩地层时，只要施以一定的生产压差，就会有地层流　体（油、气或水）产出。人们自然会问，若打开泥岩　地层，会有地层水产出吗？回答是肯定的。但由于　泥岩地层的产水能力很差，人们一般不会从泥岩地　田　髑　图１砂岩内部结构　图２泥岩内部结构　层中开采地层水，而只从产能较高的砂岩地层中开　采地下流体。　在石油工程领域里，泥岩一般被作为盖（隔）层　出现的，它的主要作用是封堵（分隔）地层流体。人　根据式（１），泥岩和砂岩都有渗透率，只是泥岩　的渗透率远低于砂岩，即渗流能力较差而已。油气　在砂岩地层运移过程中遇到泥岩就会停止下来，是　由于毛管压力的阻力作用所致　Ｊ。　们通常把泥岩看作非渗透地层。可是，非渗透性的　单相地层水却会通过泥岩，当然，地层水通过泥　泥岩又怎么可以产出地层水而成为渗透性地层的　岩的渗流速度比通过砂岩的渗流速度要低很多。若　呢？　砂岩的孔隙度为５％，孔隙半径为１Ｏ　ｍ，则由式（１）　５％，孔隙半径为０．０１　ｍ，则由式（１）计算的泥岩渗　描述岩石物性参数之间关系的Ｋｏｚｅｎｙ—Ｃａｒｍａｎ　透率为０．０００　２８　ｍＤ。二者相差甚大，因此，通常认　方程为　］　为泥岩不具有工业渗流能力，只是渗流能力极低而　已。泥岩具有渗流能力，就一定会产出地层水。　ｋ＝　８　（１）、　　１　理论解释　计算的砂岩渗透率为２８０　ｍＤ。若泥岩的孔隙度为　式中　２生产现象　理论上泥岩是可以产出地层水的，实践也可找　ｊ｝一岩石渗透率，Ｄ；　岩石孔隙度，％；　一｝收稿日期：２００６一ｌ１—２８　作者简介：李传亮（１９６２一），男（汉族），山东嘉祥人，博士，教授，主要从事油藏工程的教学与科研工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　李传亮等：　泥岩地层产水与地层异常压力原因分析　１３１　到泥岩确实产出地层水的例证。图３为一口油井的　１０　ＭＰａ～，油藏压降为５　ＭＰａ，则由式（２）计算的地　生产曲线。从图中曲线可以看出，油井投产即产水，　层水饱和度增量为０．０５％。由此可以看出，仅靠束　油井不可能产出高达２％的含水率。　但投产初期的含水率极低，一般低于２％，直到油井　缚水膨胀，本文认为，油井所产水为泥岩盖（隔）层中流出　生产１００天后，含水率才逐渐提高。许多油井都呈　现出了图３所示的生产特征。　的地层水。当油井投产后，泥岩盖（隔）层与砂岩产　层之间便建立了压差（图４）。在压差的作用之下，　泥岩中的地层水便流入产层，然后随油气一同从油　井产出。由于泥岩盖（隔）层的渗流面积极大，即使　水　＼　＼　震　钿　图３油井生产曲线　当油井含水低于２％时，矿场上一般认为油井　还没有见水，油井所产的微量水并非来自油藏的边　底水或人工注入水。当含水高于２％时，才表明油　井正式见水，此时的所产水被认为来自边底水或注　入水。那么，油井投产初期产出的微量地层水到底　来自何处呢？　第一种说法是，所产水为油中溶解的地层水。　笔者不同意这种说法。如果该说法成立，那么水在　油中的溶解度就太高了，至少可以达到２％。根据　研究　Ｊ，石油在水中的溶解度很低，在地层温度下最　高为０．Ｏ１％，在地面温度下几乎不溶解石油。人们　通常把油水当作两种非互溶流体，２％的含水一定不　会是溶解状态的水。　第二种说法是，束缚水膨胀变成了可动水。这　种说法当然也没有理论根据了。既然是束缚水，一　定是不能流动的。如果油藏压力下降，束缚水将膨　胀致使饱和度增大，一旦超过临界饱和度，束缚水就　开始流动。油藏投产初期的压降较小，地层水的饱　和度可以用下式计算　Ｓ　＝Ｓ　（１＋Ｃｗ△ｐ）　（２）　式中　ｓ　一地层水饱和度，无因次；　ｓ　一地层的束缚水饱和度，无因次；　ｃ　一地层水的压缩系数，ＭＰａ～；　却一油藏压降，ＭＰａ。　若束缚水饱和度为２５％，水的压缩系数为４×　极低的渗透率，也可以流出足够多的地层水。　…………　捌：：±弓　毒　当　一一：　’　覃：　・：・　：：：　‘ｊ　’　‘　：　：：：　：　：：：：：：　・：・：‘・　：：　：：：：　ｉ　ｌ　：：：・　：　　ｉ　●　－　＿　图４泥岩渗流示意图　３　异常压力　既然泥岩具有渗透率，又可以疏导地层水，那　么，异常地层压力又是如何形成和如何维持的呢？　事实上，绝大多数的地层都具有正常的压力系　统，只有极少数的地层才可能出现压力的异常，这是　由于绝大多数的地层（砂岩和泥岩）都具有疏导流　体能力的原因所致。　泥岩的渗透率有高低之分，一些颗粒极细、孔隙　极小、渗透率极低的泥岩层（包括膏岩地层），疏导　流体的能力极差。在没有突发地质事件的情况下，　这些地层呈现正常的压力系统。突发地质事件使这　些地层的压力发生了突然的变化（升高或降低），而　变化了的地层压力需要一定的时间才能重新达到平　衡状态。在没有达到平衡之前，地层压力即呈现异　常。因此，异常地层压力只是一种暂时的压力状态。　图５油气聚集致异常高压　维普资讯 http://www.cqvip.com

１３２　西南石油大学学报　２００７证　地层压力的异常有两种情况：异常高压和异常　形成了暂时的异常低压。实践也表明，异常低压地　低压。异常高压通常发生于被泥岩（或其他致密岩　层都是一些脆性岩石的破碎带。　石，如膏岩）包围的砂岩（或其他储集岩）地层中（图　如果泥岩的渗透率不是特别低，在地层形成异　则难以形　５）。在油气进入之前，砂岩地层处于正常的压力状　常低压的同时，向其中及时疏导了地层水，态。砂岩地层下方泥岩中生成的油气进入之后，地　成异常低压。如果碳酸盐岩地层没有被泥岩完全包　层的压力必然升高Ｍ’５　Ｊ。又由于砂岩被低渗透岩石　围，而是与地面有一定程度的连通（开放地层），也　所包围，压力在短时间内难以彻底释放，因而形成了　不可能形成异常低压。如果没有发生构造运动挤压　暂时的异常高压。　如果泥岩的渗透率不是特别低，在油气运移进　入砂岩地层的同时，把其中的地层水进行了有效的　疏导，则难以形成异常高压。如果砂岩地层没有被　泥岩完全包围，而是与地面有一定程度的连通（开放　地层），也不可能形成异常高压。如果油气生成过程　不是突发的地质事件，而是与泥岩疏导地层水的过　程同步进行，也不可能形成异常高压。如果油气聚　集是一个久远的事件，泥岩有足够的时间释放地层　压力，也不可能形成异常高压。由此可见，异常高压　形成的条件是十分苛刻的，因此，数量极少就不足为　奇了。　异常低压地层的形成，与油气生成和聚集通常　没有什么关系，大多是因为突发的构造运动使地层　挤压破碎产生了次生孔隙所致（图６）。　图６地层破碎致异常低压　由图６可知，碳酸盐岩（或砂岩）强度大脆性强，　受压易碎，而泥岩（或膏岩）强度小韧性强，受压易　变形，因此，当地层受到构造应力的挤压作用时，整　个地应力便集中在碳酸盐岩地层之上，致使地层破　碎产生了一系列的次生裂缝，岩石孔隙体积增多，因　而，地层的压力必然降低。又由于碳酸盐岩被低渗　透岩石所包围，压力在短时间内难以彻底平衡，因而　地层产生次生孔隙，也不可能形成异常低压。如果　构造运动不是突发的地质事件，而是与泥岩疏导地　层水的过程同步进行，也不可能形成异常低压。如　果构造运动是一个久远的事件，泥岩有足够的时间　平衡地层压力，也不可能形成异常低压。可见异常　低压形成的条件也十分苛刻。　４　结论　（１）泥岩具有孔隙和孔隙度，因而也具有渗透　率，可以疏导地层水；　（２）油井生产初期产出的微量水，是泥岩流出　的地层水，而非原油的溶解水和束缚水的膨胀所致；　（３）数量极少的压力异常地层是因突发地质事　件所致，是一种暂时的压力状态。　参考文献：　［１］何更生．油层物理［Ｍ］．北京：石油工业出版社，１９９４：　４８．　［２］　张厚福，方朝亮，高先志，等．石油地质学［Ｍ］．北京：　石油工业出版社，１９９９：１２０—１２２．　［３］Ｐｒｉｃｅ　Ｌ　Ｃ．Ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｉｔｓ　ｏｒｉｇｉｎ　ａｎｄ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡＡＰＧ　Ｂｕｌｌ，１９７６，６０　（２）：２１３—２４４．　［４］　李传亮．地层异常压力原因分析［Ｊ］．新疆石油地质，　２００４，２５（４）：４４３—４４５．　［５］李传亮，靳海湖．也谈库车坳陷的异常高压问题［Ｊ］．　新疆石油地质，２００５，２６（５）：５９２—５９３．　（编辑朱和平）