井下各种压力概念及相互关系[青苗书苑]

1、第二章 井下各种压力概念及相互关系 一、静液压力一、静液压力 1、静液压力和静液压力梯度的定义、静液压力和静液压力梯度的定义 静液压力是由静止液体的重力产生的压力。静液压力是由静止液体的重力产生的压力。其大小取决其大小取决 于液体的密度和液体的垂直高度，与液柱的横向尺寸及形状无于液体的密度和液体的垂直高度，与液柱的横向尺寸及形状无 关。关。 静液压力梯度是指每增加单位垂直深度静液压力的变化量。静液压力梯度是指每增加单位垂直深度静液压力的变化量。 静液压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的浓度以及静液压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的浓度以及 温度梯度的影响。含盐浓度高会使静液压力梯

2、度增大，溶解气温度梯度的影响。含盐浓度高会使静液压力梯度增大，溶解气 体量增加和温度增高则会使静液压力梯度减小。体量增加和温度增高则会使静液压力梯度减小。 1公开课件 2、静液压力的计算、静液压力的计算 P=gH 式中：式中：P-静液压力，静液压力，MPa -液体密度，液体密度，g/cm3 g-重力加速度，重力加速度，0.00981 H-液柱的垂直高度，液柱的垂直高度，m 在陆上钻井作业中，在陆上钻井作业中，H为井眼的垂直深度，起始点自转盘为井眼的垂直深度，起始点自转盘 面算起，液体的密度为钻井液的密度。面算起，液体的密度为钻井液的密度。 例例1 某井钻至井深某井钻至井深3000米处，所用钻井

3、液密米处，所用钻井液密1.3g/cm3，求，求 井底处的静液压力。井底处的静液压力。 解：解：P=gH=1.30.009813000=38.26MPa 2公开课件 例：如图所示，井内钻井液密度 为1.2g/cm3， 3000m处静液柱压力为多少？ 解解 p= 0.00981 H =0.009811.203000 =35. 288MPa 地层孔隙内流体地层孔隙内流体(水水)的的 压力为：压力为： p= 0.00981 H =0.009811.073000 =31.547MPa 3公开课件 3、静液压力梯度的计算、静液压力梯度的计算 根据压力梯度的定义可知，其计算公式为：根据压力梯度的定义可知，其

4、计算公式为： G=P/H=g 式中：式中：G压力梯度，压力梯度，kPa/m（MPa/m） P静液压力，静液压力，kPa（MPa） H液柱的垂直高度，液柱的垂直高度，m 液体密度，液体密度，g/cm3 g重力加速度，重力加速度，9.81（0.00981） 用压力梯度的定义，静液压力的公式也可以写成：用压力梯度的定义，静液压力的公式也可以写成： 静液压力静液压力=压力梯度压力梯度垂深垂深 （P=GH） 例例2 某井钻至井深某井钻至井深3600米处，所用钻井液密度为米处，所用钻井液密度为1.5g/cm3， 计算井内静液压力梯度。计算井内静液压力梯度。 解：解：G=g=1.59.81=14.7kPa/

5、m 4公开课件 二、当量钻井液密度 1、当量钻井液密度的定义 当量钻井液密度是指将井内某一位置所受各种 压力之和（静液压力、回压、环空压力损失等）折 算成钻井液密度，称为这一点的当量钻井液密度。 把地层压力、地层破裂压力、循环压力折算 成钻井液密度，分别称为地层压力当量钻井液密度、 地层破裂压力当量钻井液密度、循环压力当量钻井 液密度。 5公开课件 6公开课件 H P e 00981.0 2、当量钻井液密度的计算 式中：P压力，MPa 例3 井深2800m，钻井液密度1.24g/cm3，下钻时存 在一个1.76MPa的激动压力作用于井底，计算井底压力及 当量钻井液密度。 解：井底压力P=1.2

6、40.0098128001.76=35.82 MPa 7公开课件 3 /30. 1 280000981. 0 82.35 cmg e 当量钻井液密度 2、当量钻井液密度的计算 H P e 00981.0 8公开课件 地层压力：是地下地层压力：是地下 岩石孔隙内流体的岩石孔隙内流体的 压力，压力， 也称孔隙也称孔隙 压力。压力。 9公开课件 七、地层漏失压力七、地层漏失压力 地层漏失压力是指某一深度的地层产生钻井液漏失时地层漏失压力是指某一深度的地层产生钻井液漏失时 的压力。的压力。 对于正常压力的高渗透性砂岩、裂缝性地层以及断层对于正常压力的高渗透性砂岩、裂缝性地层以及断层 破碎带、不整合面等

7、处，往往地层漏失压力比破裂压力小得破碎带、不整合面等处，往往地层漏失压力比破裂压力小得 多，而且对钻井安全作业危害很大。多，而且对钻井安全作业危害很大。 10公开课件 在数值上等于钻井液循环泵压。该压力损失大小在数值上等于钻井液循环泵压。该压力损失大小 取决于钻柱长度和钻井液密度、粘度、切力、排量取决于钻柱长度和钻井液密度、粘度、切力、排量 和流通面积。任何时候钻井液通过管汇、喷嘴或节和流通面积。任何时候钻井液通过管汇、喷嘴或节 流管汇均要产生压力损失。通常，大部分压力损失流管汇均要产生压力损失。通常，大部分压力损失 发生在钻井液通过钻头喷嘴时。循环排量的变化也发生在钻井液通过钻头喷嘴时。循环

8、排量的变化也 会引起泵压较大的变化。会引起泵压较大的变化。 循环压力损失是指泵送钻井液通过地面高循环压力损失是指泵送钻井液通过地面高 压管汇、水龙带、方钻杆、井下钻柱、钻压管汇、水龙带、方钻杆、井下钻柱、钻 头喷嘴，经环形空间向上返到地面循环系头喷嘴，经环形空间向上返到地面循环系 统，及其它所经过的物体，因摩擦所引起统，及其它所经过的物体，因摩擦所引起 的压力损失。的压力损失。 11公开课件 返回 在钻井过程中，钻井液沿环空向上流动时所产生的压力损失称为环空压耗。在钻井过程中，钻井液沿环空向上流动时所产生的压力损失称为环空压耗。 在钻井泵克服这个流动阻力推动钻井液向上流动时，井壁和井底也承受了

9、该在钻井泵克服这个流动阻力推动钻井液向上流动时，井壁和井底也承受了该 流动阻力，因此，井底压力增加。当停泵钻井液停止循环时，流动阻力消失，流动阻力，因此，井底压力增加。当停泵钻井液停止循环时，流动阻力消失， 井底压力又恢复为静液压力。钻井液在环空中上返速度越大、井越深、井眼井底压力又恢复为静液压力。钻井液在环空中上返速度越大、井越深、井眼 越不规则、环空间隙越小，且钻井液密度、切力越高，则环空流动阻力越大；越不规则、环空间隙越小，且钻井液密度、切力越高，则环空流动阻力越大； 反之，则环空流动阻力越小。反之，则环空流动阻力越小。 12公开课件 九、激动压力和抽汲压力九、激动压力和抽汲压力 1、抽

10、汲压力、抽汲压力 抽汲压力发生在井内提钻时，由抽汲压力发生在井内提钻时，由 于钻柱上提，会引起钻井液向下流动，于钻柱上提，会引起钻井液向下流动， 以填充钻柱下端因上升而空出来的井以填充钻柱下端因上升而空出来的井 眼空间。这部分钻井液流动时受到流眼空间。这部分钻井液流动时受到流 动阻力的影响，使得井内钻井液不能动阻力的影响，使得井内钻井液不能 及时充满这部分井眼空间，这样，在及时充满这部分井眼空间，这样，在 钻头下方形成一抽汲空间，其结果是钻头下方形成一抽汲空间，其结果是 降低了有效的井底压力。降低了有效的井底压力。 13公开课件 2、激动压力、激动压力 激动压力产生于下钻和下套管激动压力产生于

11、下钻和下套管 时，因为钻柱下行，挤压其下方时，因为钻柱下行，挤压其下方 的钻井液，使其产生向上的流动。的钻井液，使其产生向上的流动。 由于钻井液向上流动时要克服流由于钻井液向上流动时要克服流 动阻力的影响，结果导致井壁与动阻力的影响，结果导致井壁与 井底也承受了该流动阻力，使得井底也承受了该流动阻力，使得 井底压力增加。井底压力增加。 14公开课件 3、影响因素、影响因素 激动压力和抽汲压力主要受以下因素影响：激动压力和抽汲压力主要受以下因素影响： 1）管柱结构、尺寸以及管柱在井内的实际长度；）管柱结构、尺寸以及管柱在井内的实际长度； 2）井身结构与井眼直径；）井身结构与井眼直径； 3）起下钻

12、速度；）起下钻速度； 4）钻井液密度、粘度、静切力；）钻井液密度、粘度、静切力； 5）钻头或扶正器泥包程度。）钻头或扶正器泥包程度。 因此，在起下钻和下套管时，要控制起下速度，不要过快，因此，在起下钻和下套管时，要控制起下速度，不要过快， 在钻开高压油气层和钻井液性能不好时，更应注意。在钻开高压油气层和钻井液性能不好时，更应注意。 15公开课件 十、井底压力十、井底压力 在钻井作业中，始终有压力作用于井底，主要来自于钻在钻井作业中，始终有压力作用于井底，主要来自于钻 井液的静液压力。同时，将钻井液沿环空向上泵送时所消耗井液的静液压力。同时，将钻井液沿环空向上泵送时所消耗 的泵压也作用于井底，即

13、循环钻井液时的环空压耗。其它还的泵压也作用于井底，即循环钻井液时的环空压耗。其它还 有侵入井内的地层流体的压力、激动压力、抽汲压力、地面有侵入井内的地层流体的压力、激动压力、抽汲压力、地面 回压等。回压等。井底压力就是指地面和井内各种压力作用在井底的井底压力就是指地面和井内各种压力作用在井底的 总压力总压力。在不同作业情况下，井底压力是不一样的。在不同作业情况下，井底压力是不一样的。 静止状态，井底压力静止状态，井底压力=静液压力静液压力 静止状态下，井底压力主要由钻井液的静液压力构成，静止状态下，井底压力主要由钻井液的静液压力构成， 钻井液的静液压力主要受钻井液密度和井内液柱高度的影响。钻井

14、液的静液压力主要受钻井液密度和井内液柱高度的影响。 油气活跃的井，要注意井内流体长期静止时，地层中气体的油气活跃的井，要注意井内流体长期静止时，地层中气体的 扩散效应对井内流体密度影响，最终有可能影响井底压力。扩散效应对井内流体密度影响，最终有可能影响井底压力。 另外，静止状态下，要监测井口液面，防止液柱高度下降影另外，静止状态下，要监测井口液面，防止液柱高度下降影 响井底压力。响井底压力。 16公开课件 正常循环时，井底压力正常循环时，井底压力=静液压力环空压耗静液压力环空压耗 井内流体循环时，环空压耗会使井底压力增加，过大的井内流体循环时，环空压耗会使井底压力增加，过大的 循环压耗可能漏失

15、；一旦停止循环，循环压耗突然消失会使井循环压耗可能漏失；一旦停止循环，循环压耗突然消失会使井 底压力下降，同样影响井内的压力平衡。底压力下降，同样影响井内的压力平衡。 节流循环时，井底压力节流循环时，井底压力=静液压力环空压力损失节静液压力环空压力损失节 流阀回压流阀回压 节流循环除气或压井循环时，通过调节节流阀的不同开节流循环除气或压井循环时，通过调节节流阀的不同开 关程度，形成一定的井口回压，保持井底压力平衡地层压力。关程度，形成一定的井口回压，保持井底压力平衡地层压力。 提钻时，井底压力提钻时，井底压力=静液压力抽汲压力静液压力抽汲压力 17公开课件 由于抽汲压力的影响，提钻时的井底压力

16、会下降，导致由于抽汲压力的影响，提钻时的井底压力会下降，导致 很多井在正常钻进时井底压力能够平衡地层压力，而提钻时发很多井在正常钻进时井底压力能够平衡地层压力，而提钻时发 生溢流。因此，提钻时要事先判断并注意减小抽汲压力的影响。生溢流。因此，提钻时要事先判断并注意减小抽汲压力的影响。 下钻时，井底压力下钻时，井底压力=静液压力激动压力静液压力激动压力 由于激动压力的产生，使得下钻时的井底压力增大，虽由于激动压力的产生，使得下钻时的井底压力增大，虽 不至于直接引发井控问题，但过大的激动压力可能导致漏失，不至于直接引发井控问题，但过大的激动压力可能导致漏失， 致使静液压力下降，从而引发井控问题。所

17、以，下钻时同样要致使静液压力下降，从而引发井控问题。所以，下钻时同样要 做好井控工作。做好井控工作。 关井时，井底压力关井时，井底压力=静液压力地面回压静液压力地面回压 发生溢流后需及时关井，形成足够的地面回压，使井底发生溢流后需及时关井，形成足够的地面回压，使井底 压力重新能够重新平衡地层压力。地面回压作用于井口设备和压力重新能够重新平衡地层压力。地面回压作用于井口设备和 整个井筒，因此要求井口设备具有足够的承压能力和密封性，整个井筒，因此要求井口设备具有足够的承压能力和密封性， 地面回压过高会破坏井筒的完好性，所以关井地面回压并不是地面回压过高会破坏井筒的完好性，所以关井地面回压并不是 越

18、大越好。越大越好。 18公开课件 十一、安全附加值十一、安全附加值 在近平衡压力钻进中，钻井液密度的确定，以地层压力在近平衡压力钻进中，钻井液密度的确定，以地层压力 为基准，再增加一个安全附加值，以保证作业安全。因为在起为基准，再增加一个安全附加值，以保证作业安全。因为在起 钻时，由于抽汲压力的影响会使井底压力降低，而降低上提钻钻时，由于抽汲压力的影响会使井底压力降低，而降低上提钻 柱的速度等措施只能减小抽汲压力，但不能消除抽汲压力。因柱的速度等措施只能减小抽汲压力，但不能消除抽汲压力。因 此，需要给钻井液密度附加一安全值来抵消抽汲压力等因素对此，需要给钻井液密度附加一安全值来抵消抽汲压力等因素对 井底压力的影响。附加方式主要有两种：井底压力的影响。附加方式主要有两种： 一是按密度附加，其安全附加值为：一是按密度附加，其安全附加值为： 油水井：油水井：0.050.10g/cm3 气井：气井：0.070.15g/cm3 二是按压力附加，其安全附加值为：二是按压力附加，其安全附加值为： 油水井：油水井：1.53.5MPa 气井：气井：3.0