第讲第一章地下压力特性几个基本压力概念

第一章钻井的工程地质条件定义：钻井工程地质条件是指与钻井工程有关的地质因素的综合。包括：岩石、土壤类型及其工程力学性质；地质结构；地层中流体情况；地层情况。了解岩石的力学性质→优选钻头类型和钻进参数等；了解地层岩性及压力分布→合理进行压力控制、井身结构设计等；所以对地层岩石力学性质、压力特性等的认识和把握是进行一口井设计的重要基础。第一章钻井的工程地质条件第一节地下压力特性一、地下各压力的定义二、地层压力的评价三、地层破裂压力第二节岩石的工程力学特性一、岩石的机械性质二、井底压力条件下的岩石的机械性质三、岩石的研磨性四、岩石的可钻性第一节地下压力特性地下各种压力的理论及其评价技术对油气勘探和开发具有重要意义。在钻井工程中，地层压力和地层破裂压力是科学地进行钻井设计和施工的基本依据，因而必须对它们进行准确的评价。本节主要介绍地下各种压力概念和压力评价技术。第一节地下压力特性一、地下各种压力的定义1、压力的四种表示方法表示方法1——压力值压力是指物体单位面积上所受的垂直力。压力的单位是帕，符号是Pa

；1Pa

是1m2面积上受到1N（牛顿）的力时形成的压力即1Pa=1N/m2。 1KPa=1×103

Pa， 1MPa=1×106Pa。与原工程大气压关系为：1MPa=10.194kg/cm2即1兆帕约等于10个工程大气压。一、地下各种压力的定义1、压力的四种表示方法表示方法1——压力值那么液体任意深度处的静水压力为：

p=ρgD

钻井行业中，如果取密度ρ的单位为g/cm3

、井深的单位为m、重力常数g=0.00981，则压力p的单位就为MPa。以MPa表示的钻井行业中静水压力的计算公式为：p=0.00981ρD

式中：p—地层压力，MPa；D—深度，m；—流体密度，g/cm3；一、地下各种压力的定义1、压力的四种表示方法表示方法2——压力梯度每增加单位垂直深度压力的变化量。计算公式为: G=p/D =0.00981

D

/

D =0.00981

式中：G—压力梯度，MPa/m；p—压力，MPa；

D—深度，m；

—流体密度，g/cm3；注意：工程上密度和压力梯度之间的关系！一、地下各种压力的定义1、压力的四种表示方法表示方法3——当量密度地层某点压力等同于相当密度的流体在该点深处所形成的静液柱压力。计算公式为:e=p/0.00981D式中： p—地层某点压力，MPa； D—地层某点深度，m e—当量流体密度，g/cm3

一、地下各种压力的定义1、压力的四种表示方法表示方法4——压力系数指某点地层压力与该点深度处的静水柱压力之比，其大小在数值上等于其当量密度。计算公式为:k=

p/p水

=0.00981e

D/0.00981水D=e/水（注意：水=1.0g/cm3）式中：k—压力系数,无单位；水—水的密度，1.0g/cm3

； D—深度，m;

e—当量流体密度，

g/cm3

一、地下各种压力的定义1、压力的四种表示方法表示方法4——压力系数指某点地层压力与该点深度处的静水柱压力之比，其大小在数值上等于其当量密度。k=

p/p水=e/水压力系数等于1时，属于正常地层压力；大于1时，称为高异常地层压力，或称为高压异常；小于1时，称为低异常地层压力，或称低压异常。主要是用它来判别地层压力是否异常的一个主要参数。但是有人说用1来做标准就笼统了，不同的区块有不同的常压值，一般油田都是0.8-1.2是正常值，小于则是低压区，大于则是高压区。它对钻井、修井、射孔等工程有重要作用。一、地下各种压力的定义（1）用压力值表示。如:100kPa，12MPa（2）用压力梯度表示。如0.012MPa/m（3）用流体当量密度表示。如：1.2g/cm3（4）用压力系数表示。如：1.2四种压力的表示法一、地下各种压力的定义2、静液压力（hydrostaticpressure）（ph）静液压力——由液柱自身的重力所引起的压力.其大小与液体的密度与液柱的垂直高度成正比。ph=0.00981ρD

式中：

ph—静液压力，MPa； ρ—液体密度，g/cm3； D

—液柱垂直高度，m。上式就是我们所熟知的一般液柱压力的计算公式。一、地下各种压力的定义2、静液压力（hydrostaticpressure）在现场的应用，有时直接使用ph不能很方便，在此，引入了压力梯度的概念：即用单位高度或深度的液柱压力，来表示压力随高度或深度的变化。一般的，压力梯度用G表示，如Gh表示静液柱压力梯度。单位深度的液柱压力称为静液压力梯度，Gh＝ph/D＝0.00981ρ（MPa/m）一、地下各种压力的定义2、静液压力（hydrostaticpressure）ph的大小与液体中所溶矿物或气体有关。在我们油气钻井作业中所遇到的地层液体有两类：一类是淡水或淡的盐水：平均Gh=0.00981MPa/m（当量密度：ρ=1.00g/cm3）一类是盐水：平均Gh=0.0105MPa/m（当量密度：ρ=1.07g/cm3）注意：需讲明“当量密度”的概念一、地下各种压力的定义3、地层压力（Formationpressue）(pp)指岩石孔隙中的流体（油、气、水）所具有的压力，也称地层孔隙压力pp（PorePressure）。正常地层压力——地层压力等于地层流体的静液压力，pp=ph。异常地层压力——地层压力大于或小于正常地层压力，pp≠ph。超过正常地层压力的地层压力(pp>ph)称为异常高压。低于正常地层静液压力的地层压力(pp<ph)称为异常低压.正常地层压力梯度地层水为淡水，GP=0.00981MPa/m地层水为盐水，GP=0.0105MPa/m一、余地下毯各种抱压力浪的定榆义4、上覆督岩层断压力(O都ve决rb涉ur喘de肿n柱pr档es乒su底re须)(穗p0)地层茶某处墙的上短覆岩春层压沟力是亏该处贼以上渣地层统（包突括岩差石基场质和仔岩石乱孔隙号中流莲体）览总重塔力所怀产生汉的压惭力。式中滩：p0—上覆访岩层畅压力惕，MP徒a；D障—地层器垂直占深度烧，m；φ杯—岩石丧孔隙侧度，%；ρma—岩石鲁骨架橡密度裂，g/暮cm3；ρ廉—孔隙逮中流激体密该度，g/化cm3。一、赖地下超各种凳压力仰的定妄义4、上覆彼岩层壮压力(O坦ve测rb尤ur怜de再n福pr壮es茧su挂re惕)(喘p0)虽然帆由于奏沉积黎作用板，p0是随良的深托度增淋加而滔增大。但赔通常积都假件设p0是随D均匀无增加粉的。君设ρma=炎2镰.5帖g死/c盲m3,ρ膛=1丧.0勇0g增/c纱m3，平斧均Φ=包10抱%，则玻上覆怖岩层就的压昨力梯需度为沿：G0=0亏.0花09姥81扮×[差(1嚼-0殊.2肠5)醒×2芦.5沾+1担.0旺×0脊.1灰]=辟0.夕02秘3化MP甩a/吴m沉积系岩的萌上覆厨岩层拼压力假梯度轻一般赔为0.岔02暮3MP湾a/行m;在实摆际钻逼井过费程中捉，以锹钻台之作为忽上覆肥岩层售压力戏的基庙准面。在强海上抬钻井纸，实桥际上搂覆岩滔层的春压力予是远机小于变这个动值的膨。G0的分旺层计膨算公耗式为寨（平遭均值怨）：一、绢地下军各种替压力隶的定日义5、基叔岩应腰力（ma曲tr娘ix厨s景tr疤es稠s）（σ）基岩膏应力σ是指迅由岩斯石颗奇粒之某间相兽互接福触来翼支撑歼的那壳部分p0（上侮覆岩报层压是力）怕。亦构称有画效上范覆岩哥层压速力、则骨架储应力萍或颗最粒间幸压力扎。这部航分压疲力不这是由怖孔隙踩内流但体所警承担怜的。值其用σ来表像示。po=σ+pp由上靠式见万，上罪覆岩趴层压疼力是巡寿一定惨的，窑不管愚什么饼原因和，只拦要σ↑，那径么pp就会↓。一、鸭地下拌各种晒压力堤的定绞义6、宾地下计各种匠压力仗的关围系上覆打岩层汽压力圆由岩滑石骨水架和沫孔隙晃中的纯流体标共同蜜承担茅，因区此上姿覆岩华层压素力、必地层胆压力器和基提岩应惯力之炸间存兼在以盒下关垒系：po=σ+pp当po一定咬时，σ减小义，pp增大祸，σ→津0，pp→事po。所以重，地阅层的秋孔隙年压力骑增大乓，基替岩应奥力必貌然减挎小。一、秋地下喝各种炕压力或的定纷义7、地兆层沉宇降压揭实的递机理沉积印物压壮缩过休程是追由上育覆沉妥积层张的重帐力引筐起的背。随撇着地吉层的愤沉降冷，上超覆沉天积物吼重复朵的增圾加，让下覆牧岩层匀就逐县渐被浊压实龄。如果迹沉积怀速度表较慢吸，沉叉积层但内的量岩石在颗粒犁就有金足够抗的时刻间重鸭新紧炒密地欢排列脊，并潜使孔毙隙度斩减小净，孔热隙中珍的过唯剩流抽体被缸挤出驾。如果困是“剥开放渐”的前地质啊环境郑，被获挤出肉的流盐体就哪沿着袋阻力任小的崭方向以，或性向着睁低压释高渗龄透的犹方向容流动脚，于汗是便赶建立棉了正法常的屯静液插压力膝环境众，此为情况伏下，破地层谦水自畜上而白下形香成连霜续的呢正常裕的静筝液压汗力系胁统。一、龟地下忙各种赶压力河的定冻义7、地论层沉孝降压良实的裳机理地层师压实虎能否沾保持恩平衡有，主亿要取精决于条四个鸦因素南：上覆客岩层蹦沉积姻速度塌的大害小;地层社渗透统率的统大小杨；孔隙冠减小础的速传度；排出饭孔隙顺流体结的能册力。一、舰地下加各种绝压力牛的定绝义8、正青常地住层压框力的陵形成在地张层的肥沉积咬过程警中，鞠随着狗上覆闸沉积毙物不繁断增蠢多，格地层显逐渐奏被压撤实，绕孔隙舌度减钥小。如果剖地层前是可隶渗透抚的、夸连通微的，伞地层胖中流乔体的泼流动容不受剑限制豆（称之拾为水召力学披开启狸系统），昆地层慌孔隙令中的耗流体杠则随调着地蹦层的满压实她被排者挤出锁去，裁建衬立起熟静液寺压力饺条件千。形秒成正半常压绩力地糕层。对于亦正常挣压力走的地只层，灰地层拼压力pp等于周地层躬流体里静液允柱压挨力ph：pp=ph一、麻地下共各种西压力宁的定惹义9、异往常高慨压和毛异常喂低压（Ab匆no兰rm兰al能f燥or业ma身ti边on裂p锁re屑ss蒸ur锈e纳an康d蹦Su彩bn歉or舒ma云l就fo耳rm乓at气io稻n旬pr奇es废su缓re）异常禾低压蓄和异炭常高政压统束称为伤异常约压力(A薄bn瞧or互ma克l陵P扬re史ss遣ur延e)。（1）异从常低叙压（ab迅no使rm俯al垒l加ow床p击re逆ss诵ur洋e）压力妇梯度惩小于0.朝00愚98赴1M咏Pa／m时，岩称为畏是异叠常低裹压。产生也异常危低压摧的原途因:生产想多年勤而又融没有倒压力绩补充转的枯似竭油拌气层蹦。地下杯水位典很低壁。一、侮地下猫各种详压力源的定东义9、异府常高堤压和显异常帮低压（Ab蜂no墙rm理al耐f奸or饼ma缴ti年on皱p垄re粥ss撤ur陪e拜an查d哄Su须bn妨or心ma胡l孝fo新rm酸at盾io马n挎pr志es门su带re）（2）异常京高压股（a同bn例or白ma钞l程hi袖gh咱p胀re选ss拳ur昌e）地层裳压力终梯度音大于兽地层痛流体锡的静蒜液压劝力梯阳度衫（0.跳00佣98城1～0.般01诵05痕MP烟a/茅m）时榜，称柴为是异常圾高压。形成减异常淋高压颈的地质健条件地层割具有善保存昂流体另的空哪隙；地层性周围屋存在泊不渗打透围浅栅，维构成和圈闭构；具有涨一定休的埋厉藏深丸度；一、车地下款各种污压力逝的定愤义10、异佳常高躁压成妹因如果费沉积诸速度旱很快显，岩从石颗位粒没犁有足显够的即时间客去重析新排吧列，巡寿孔隙笼内的傲流体张的排身出受款到限膀制，纪基岩寒无法决增加拿它的改颗粒验与颗俱粒之巧间的沈压力器，即沾无法洞增加餐它对室上覆魄岩层户的支留撑能另力。启由于瞒上覆覆岩层润继续养沉积朴，负医荷增灰加，聚而下爽面基浮岩的勇支撑舍能力悉没有墓增加寻，孔堤隙中邀的流委体必气然开漫始支掌撑部限分上阶覆岩姑层压促力。腹若周夕围被岩不渗累透地状层圈家闭起灯来，抓使得潮高压剩流体漂无法既流出拣，就方会造狐成孔舟隙增绸大，酿地层泥不能猫被压轿实到描正常屑地层葱应该插压实槽的程掏度，轿即形团成地俗层欠压剂实现哲象，会残导致燥异常嚼高压之。这种蹄超高召压的妇存在晚理论欢可以问用“压力庆桥”模户型来记解释幻玉。在治大陆枝边缘避，特绍别是蜜三角贤洲地到区，政由于津沉积衔速度份很快身，在锈这些傅地区炉易形宾成异组常高饶压