Page 12 - Origin and Prediction of Abnormal Formation Pressures

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CONTENTS

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
List of Contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix

Chapter 1 INTRODUCTION TO ABNORMALLY PRESSURED FORMATIONS
E.C. Donaldson, G.V. Chilingar, J.O. Robertson Jr. and V. Serebryakov ........ 1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Abnormal pressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Subpressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Surpressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Origin of vertical barriers resulting in abnormal formation pressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Undercompaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Tectonic compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Faulting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Diapirism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Geothermal temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Phase changes that produce abnormal pressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Osmosis as a factor for generation of abnormal pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Salinity of interstitial water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Reservoir engineering concepts in abnormal pressure environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Economics in overpressure environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Chapter 2 ORIGIN OF ABNORMAL FORMATION PRESSURES
G.V. Chilingar, J.O. Robertson Jr. and H.H. Rieke III . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Compaction process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Hydrostatic pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Formation or interstitial fluid pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Sediment consolidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
State of stress in compacting shales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Resolution of the total stress field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Hydrostatic stress state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Deviatoric stress state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Total stress tensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Spring models of compaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Hooke's law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Load transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Porosity-density variations with depth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Compaction models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Athy's compaction model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Hedberg's compaction model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Weller's compaction model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46