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、科地下柄各种税压力童的定竖义1、压爱力的昏四种徒表示绞方法表示商方法4—易—压力都系数指某喝点地衔层压力与该销点深沃度处麦的静水呈柱压剪力之比迷，其蓝大小创在数雅值上膜等于其当妹量密婶度。k乘=p搅/照p水=e/水压力鹅系数上等于1时，患属于定正常加地层索压力婶；大肚于1时，圣称为江高异勇常地伐层压偷力，计或称付为高捕压异器常；宽小于1时，策称为华低异欣常地样层压改力，稳或称屯低压哨异常既。主要芹是用距它来扣判别脱地层罗压力夸是否禾异常属的一牵个主身要参介数。倾但是还有人双说用1来做魔标准问就笼甚统了僵，不乖同的俩区块浑有不乡丰同的济常压脸值，誓一般烦油田馒都是是正车常值贷，小肉于则下是低徐压区敏，大锡于则西是高孙压区炭。它谅对钻话井、榴修井邪、射破孔等乞工程聪有重肿要作离用。一、煤地下尸各种迹压力浙的定卡义（1）用引压力铜值表猜示。晓如:1毫00藏k猜Pa，12甩MP药a（2）用粘压力枝梯度躁表示碰。提如0.曾01驶2M饥Pa软/m（3）用躺流体腔当量起密度错表示弊。如仙：1.烤2g旱/c图m3（4）用烤压力呜系数椅表示问。维如职：1.惰2四种腥压力钢的表展示法一、尽地下跳各种拴压力鹊的定挺义2、静千液压叼力（hy四dr敢os密ta引ti翅c令pr蜓es栋su喊re）据（ph）静液霸压力——由液撑柱自汇身的减重力场所引帖起的梅压力.其大果小与叨液体子的密骄度与掉液柱鹿的垂气直高蚕度成英正比蛛。ph=0虚.0奴09到81昆ρD式中各：ph—静液泥压力播，MP把a；ρ—液体材密度防，g/陵cm3；D—液柱垂直高度待，m。上式投就是崭我们序所熟棋知的厘一般旧液柱浊压力膜的计讲算公抓式。一、蓬地下碑各种丹压力仗的定盈义2、静施液压嫩力（hy微dr苦os叔ta仔ti蹦c惨pr课es瓜su殖re）在现巧场的荒应用廉，有引时直蛋接使踪蝶用ph不能限很方毕便，吼在此拖，引候入了创压力喜梯度神的概欺念：即用域单位猾高度桂或深强度的予液柱翅压力并，来够表示诵压力爹随高周度或厦深度蛾的变扰化。一般树的，隔压力膏梯度险用G表示机，如Gh表示吊静液桐柱压盈力梯舟度。炊单位苗深度毯的液额柱压纱力称激为静遵液压郊力梯渴度，Gh＝ph/D＝0.膝00厘98难1ρ（MP心a/摇m）一、椒地下关各种逐压力判的定亡义2、静滤液压狂力（hy艰dr颗os误ta堤ti援c裤pr令es春su问re）ph的大虑小与仿液体向中所仅溶矿姓物或乔气体额有关义。在奶我们汉油气呆钻井塞作业岭中所揪遇到家的地苦层液范体有狐两类汁：一类煤是淡代水或医淡的库盐水妇：平均Gh=0垦.0贺09蝇81隶M粥Pa释/m（当米量密际度：ρ=1剃.0棉0g笑/c任m3）一类叶是盐只水：平均Gh=0顿.0续10枕5践M剪Pa膝/m（当哄量密比度：ρ=1唯.0移7g锄/c伪m3）注意锐：需疾讲明赠“当田量密穿度”遥的概湖念一、男地下俱各种遗压力歇的定叼义3、地贷层压屡力（Fo持rm够at厘io兽n子pr惭es赚su或e）(pp)指岩轨石孔敌隙中虑的流欧体（救油、境气、彩水）套所具另有的咽压力僚，也伤称地驴层克孔隙座压力pp（Po眼re顿P蛮re壁ss较ur臣e）。正常飘地层膏压力——地层鲁压力等于骨地层蚀流体命的静啄液压厌力，pp=ph。异常娘地层往压力——地层及压力冲大于鄙或小娃于正闸常地犹层压鞭力，pp≠ph。超过贪正常鸭地层匙压力酿的地识层压趣力(pp>ph)称为悼异常毁高压促。低于夏正常释地层蜻静液侵压力丢的地户层压督力(pp<ph)称为疏异常口低压.正常兔地层春压力泽梯度地层水为淡水，GP=0.00981MPa/m地层水为盐水，GP=0.0105MPa/m一、栋地下陕各种裹压力蒜的定撤义4、上覆洪岩层格压力(O笑ve酿rb艘ur谁de鼓n前pr权es臣su泊re健)(贤p0)地层雅某处疫的上歌覆岩请层压离力是御该处从以上僻地层暴（包爱括岩柴石基犹质和南岩石耽孔隙淘中流梢体）防总重池力所翁产生键的压炭力。式中厚：p0—上覆块岩层沙压力喉，MP忧a；D鹿—地层伏垂直延深度干，m；φ倘—岩石辅孔隙袭度，%；ρma—岩石戚骨架那密度逗，g/扮cm3；ρ币—孔隙笋中流锄体密功度，g/速cm3。一、戚地下召各种卧压力铃的定讽义4、上覆秒岩层傻压力(O军ve牌rb恨ur集de璃n傍pr廉es忠su镰re帮)(播p0)虽然陈由于呈沉积卡作用态，p0是随腿的深绑度增仇加而降增大。但巧通常践都假访设p0是随D均匀膨增加籍的。丧设ρma=胡2牢.5拿g锣/c门m3,ρ滨=1达.0斤0g透/c莲m3，平零均Φ=往10封%，则员上覆么岩层阿的压拐力梯贤度为产：G0=0巨.0感09戒81树×[袭(1参-0彻.2粥5)黄×2喝.5纠+1啦.0郑×0剖.1末]=劝0.烟02宁3脂MP秀a/习m沉积驾岩的首上覆然岩层替压力后梯度钥一般躁为0.蕉02拥3MP矮a/看m;在实史际钻溪井过同程中衬，以真钻台馆作为艘上覆胶岩层慨压力脏的基徒准面。在麻海上有钻井犯，实苍际上个覆岩奥层的游压力步是远涛小于纤这个耻值的始。G0的分器层计利算公其式为巡寿（平减均值字）：一、役地下刷各种斜压力饱的定案义5、基推岩应拴力（ma拢tr唱ix道s唉tr筐es术s）（σ）基岩涛应力σ是指品由岩呜石颗杯粒之讨间相嫂互接参触来锹支撑饺的那丹部分p0（上娇覆岩签层压把力）掩。亦辈称有鸟效上倘覆岩栏层压史力、提骨架愉应力口或颗棋粒间距压力握。这部千分压掘力不迎是由硬孔隙竞内流乎体所将承担睛的。毕其用σ来表拴示。po=σ+pp由上隆式见剪，上鲁覆岩主层压娱力是喇一定构的，刊不管付什么火原因喜，只圆要σ↑，那假么pp就会↓。一、割地下搞各种姜压力无的定视义6、件地下掌各种窜压力灭的关乎系上覆碑岩层蹲压力亮由岩乏石骨克架和结孔隙们中的爷流体锋共同耻承担贸，因与此上状覆岩互层压耍力、禁地层躬压力缎和基箱岩应设力之码间存陡在以波下关籍系：po=σ+pp当po一定叹时，σ减小搁，pp增大探，σ→爸0，pp→期po。所以丙，地踩层的毅孔隙姑压力夹增大则，基膜岩应脾力必斑然减竿小。一、虽地下绩各种秒压力新的定付义7、地铁层沉拿降压窑实的陶机理沉积窝物压益缩过慕程是顾由上和覆沉浊积层锦的重裁力引漠起的挖。随晋着地貌层的训沉降牌，上扑覆沉锦积物笛重复没的增砖加，驳下覆进岩层诱就逐叶渐被梁压实飘。如果狐沉积污速度廊较慢壤，沉单积层地内的植岩石荐颗粒厦就有要足够尿的时愿间重济新紧勿密地牧排列项，并劲使孔努隙度鞋减小项，孔钢隙中诞的过昂剩流箩体被锻挤出惠。如果备是“下开放兰”的郊地质立环境芝，被蹲挤出好的流柏体就际沿着炒阻力殃小的凳方向撇，或削向着粉低压馋高渗口透的壤方向牺流动葡，于肾是便絮建立罗了正平常的晋静液扒压力朋环境跪，此田情况取下，渣地层劫水自注上而达下形之成连谊续的页正常惩的静帽液压闯力系诵统。一、张地下清各种损压力花的定形义7、地喜层沉识降压按实的锅机理地层妥压实喜能否进保持畏平衡欢，主裁要取静决于跟四个旅因素与：上覆偏岩层获沉积啄速度乖的大抓小;地层典渗透津率的口大小莲；孔隙幸减小歼的速筹度；排出车孔隙认流体及的能继力。一、拔地下斩各种那压力撞的定扇义8、正涉常地坝层压赤力的膨形成在地蛋层的径沉积遮过程肃中，中随着朗上覆炒沉积盘物不醉断增世多，巩地层娘逐渐蚕被压返实，没孔隙骑度减翁小。如果岸地层秤是可令渗透这的、徐连通餐的，练地层丛中流宋体的摧流动渔不受蕉限制慰（称之更为水棕力学特开启茄系统），养地层漫孔隙山中的僻流体驴则随识着地牢层的与压实裳被排赞挤出贝去，令建施立起探静液哭压力板条件杰。形押成正特常压租力地么层。对于桶正常必压力煤的地必层，么地层揉压力pp等于棉地层台流体新静液框柱压旧力ph：pp=ph一、监地下丝式各种雁压力倘的定肥义9、异豪常高律压和炮异常挤低压（Ab盟no罗rm部al贝f遥or求ma语ti灿on亚p纳re至ss雁ur绪e诵an劝d头Su掏bn键or讨ma着l匀fo眼rm迫at减io泛n略pr决es钩su倚re）异常免低压短和异愤常高怨压统虹称为音异常善压力(A而bn刚or细ma助l谦P督re疼ss康ur逼e)。（1）异仅常低稼压（ab禁no备rm环al围l方ow阳p旁re旨ss劣ur浪e）压力抛梯度拔小于0.鞠00罗98墓1M廉Pa／m时，奥称为助是异活常低旗压。产生驰异常烘低压常的原座因:生产搜多年蒙而又壮没有垂压力棚补充肚的枯竹竭油摩气层混。地下始水位昼很低敬。一、汇地下糠各种筑压力紫的定灭义9、异州常高伍压和保异常呈低压（Ab备no竟rm愁al失f浅or影ma降ti诊on务p定re恶ss涨ur批e夹an牺d促Su铃bn模or踏ma盟l慌fo恼rm波at捆io然n者pr杂es箭su慰re）（2）异常镜高压星（a偏bn抹or刑ma游l调hi谋gh尚p票re贱ss史ur地e）地层便压力宴梯度啦大于矛地层陈流体券的静乳液压到力梯壶度脉（0.殖00舌98宅1～0.拼01肉05悠MP汁a/泻m）时夸，称副为是异常女高压。形成递异常公高压并的地质朱条件地层溜具有粒保存幕流体沈的空则隙；地层诊周围鞭存在惩不渗醉透围箭栅，兼构成渣圈闭悄；具有歌一定烛的埋紧藏深田度；一、肤地下笋各种精压力薯的定挡义10、异野常高免压成嫩因如果粪沉积莫速度旦很快隆，岩午石颗氧粒没升有足鼠够的醉时间维去重具新排已列，摸孔隙剖内的叮流体奖的排乖出受职到限菠制，返基岩杂无法盟增加疤它的滴颗粒坊与颗缘瑞粒之项间的修压力玻，即搬无法但增加捎它对绞上覆盏岩层杀的支浸撑能俭力。何由于遥上覆恋岩层谁继续乳沉积糟，负鹿荷增唱加，疾而下咱面基栋岩的俭支撑捷能力宽没有佳增加砌，孔骡隙中劲的流影体必予然开迈始支恼撑部汗分上危覆岩室层压茫力。冬若周须围被棒不渗荣透地泛层圈趴闭起孟来，也使得民高压遇流体以无法桌流出厨，就稠会造森成孔杠隙增真大，佳地层懒不能魔被压宿实到阵正常鼠地层记应该值压实低的程技度，致即形咏成地偿层欠压沟实现绢象，会顾导致谦异常羽高压财。这种罚超高攀压的手存在业理论厨可以怠