第講第一章地下壓力特性幾個(gè)基本壓力概念

第一章鉆井的工程地質(zhì)條件定義：鉆井工程地質(zhì)條件是指與鉆井工程有關(guān)的地質(zhì)因素的綜合。包括：巖石、土壤類型及其工程力學(xué)性質(zhì)；地質(zhì)結(jié)構(gòu)；地層中流體情況；地層情況。了解巖石的力學(xué)性質(zhì)→優(yōu)選鉆頭類型和鉆進(jìn)參數(shù)等；了解地層巖性及壓力分布→合理進(jìn)行壓力控制、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等；所以對(duì)地層巖石力學(xué)性質(zhì)、壓力特性等的認(rèn)識(shí)和把握是進(jìn)行一口井設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件第一節(jié)地下壓力特性一、地下各壓力的定義二、地層壓力的評(píng)價(jià)三、地層破裂壓力第二節(jié)巖石的工程力學(xué)特性一、巖石的機(jī)械性質(zhì)二、井底壓力條件下的巖石的機(jī)械性質(zhì)三、巖石的研磨性四、巖石的可鉆性第一節(jié)地下壓力特性地下各種壓力的理論及其評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)油氣勘探和開發(fā)具有重要意義。在鉆井工程中，地層壓力和地層破裂壓力是科學(xué)地進(jìn)行鉆井設(shè)計(jì)和施工的基本依據(jù)，因而必須對(duì)它們進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。本節(jié)主要介紹地下各種壓力概念和壓力評(píng)價(jià)技術(shù)。第一節(jié)地下壓力特性一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法1——壓力值壓力是指物體單位面積上所受的垂直力。壓力的單位是帕，符號(hào)是Pa

；1Pa

是1m2面積上受到1N（牛頓）的力時(shí)形成的壓力即1Pa=1N/m2。 1KPa=1×103

Pa， 1MPa=1×106Pa。與原工程大氣壓關(guān)系為：1MPa=10.194kg/cm2即1兆帕約等于10個(gè)工程大氣壓。一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法1——壓力值那么液體任意深度處的靜水壓力為：

p=ρgD

鉆井行業(yè)中，如果取密度ρ的單位為g/cm3

、井深的單位為m、重力常數(shù)g=0.00981，則壓力p的單位就為MPa。以MPa表示的鉆井行業(yè)中靜水壓力的計(jì)算公式為：p=0.00981ρD

式中：p—地層壓力，MPa；D—深度，m；—流體密度，g/cm3；一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法2——壓力梯度每增加單位垂直深度壓力的變化量。計(jì)算公式為: G=p/D =0.00981

D

/

D =0.00981

式中：G—壓力梯度，MPa/m；p—壓力，MPa；

D—深度，m；

—流體密度，g/cm3；注意：工程上密度和壓力梯度之間的關(guān)系！一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法3——當(dāng)量密度地層某點(diǎn)壓力等同于相當(dāng)密度的流體在該點(diǎn)深處所形成的靜液柱壓力。計(jì)算公式為:e=p/0.00981D式中： p—地層某點(diǎn)壓力，MPa； D—地層某點(diǎn)深度，m e—當(dāng)量流體密度，g/cm3

一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法4——壓力系數(shù)指某點(diǎn)地層壓力與該點(diǎn)深度處的靜水柱壓力之比，其大小在數(shù)值上等于其當(dāng)量密度。計(jì)算公式為:k=

p/p水

=0.00981e

D/0.00981水D=e/水（注意：水=1.0g/cm3）式中：k—壓力系數(shù),無單位；水—水的密度，1.0g/cm3

； D—深度，m;

e—當(dāng)量流體密度，

g/cm3

一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法4——壓力系數(shù)指某點(diǎn)地層壓力與該點(diǎn)深度處的靜水柱壓力之比，其大小在數(shù)值上等于其當(dāng)量密度。k=

p/p水=e/水壓力系數(shù)等于1時(shí)，屬于正常地層壓力；大于1時(shí)，稱為高異常地層壓力，或稱為高壓異常；小于1時(shí)，稱為低異常地層壓力，或稱低壓異常。主要是用它來判別地層壓力是否異常的一個(gè)主要參數(shù)。但是有人說用1來做標(biāo)準(zhǔn)就籠統(tǒng)了，不同的區(qū)塊有不同的常壓值，一般油田都是0.8-1.2是正常值，小于則是低壓區(qū)，大于則是高壓區(qū)。它對(duì)鉆井、修井、射孔等工程有重要作用。一、地下各種壓力的定義（1）用壓力值表示。如:100kPa，12MPa（2）用壓力梯度表示。如0.012MPa/m（3）用流體當(dāng)量密度表示。如：1.2g/cm3（4）用壓力系數(shù)表示。如：1.2四種壓力的表示法一、地下各種壓力的定義2、靜液壓力（hydrostaticpressure）（ph）靜液壓力——由液柱自身的重力所引起的壓力.其大小與液體的密度與液柱的垂直高度成正比。ph=0.00981ρD

式中：

ph—靜液壓力，MPa； ρ—液體密度，g/cm3； D

—液柱垂直高度，m。上式就是我們所熟知的一般液柱壓力的計(jì)算公式。一、地下各種壓力的定義2、靜液壓力（hydrostaticpressure）在現(xiàn)場的應(yīng)用，有時(shí)直接使用ph不能很方便，在此，引入了壓力梯度的概念：即用單位高度或深度的液柱壓力，來表示壓力隨高度或深度的變化。一般的，壓力梯度用G表示，如Gh表示靜液柱壓力梯度。單位深度的液柱壓力稱為靜液壓力梯度，Gh＝ph/D＝0.00981ρ（MPa/m）一、地下各種壓力的定義2、靜液壓力（hydrostaticpressure）ph的大小與液體中所溶礦物或氣體有關(guān)。在我們油氣鉆井作業(yè)中所遇到的地層液體有兩類：一類是淡水或淡的鹽水：平均Gh=0.00981MPa/m（當(dāng)量密度：ρ=1.00g/cm3）一類是鹽水：平均Gh=0.0105MPa/m（當(dāng)量密度：ρ=1.07g/cm3）注意：需講明“當(dāng)量密度”的概念一、地下各種壓力的定義3、地層壓力（Formationpressue）(pp)指巖石孔隙中的流體（油、氣、水）所具有的壓力，也稱地層孔隙壓力pp（PorePressure）。正常地層壓力——地層壓力等于地層流體的靜液壓力，pp=ph。異常地層壓力——地層壓力大于或小于正常地層壓力，pp≠ph。超過正常地層壓力的地層壓力(pp>ph)稱為異常高壓。低于正常地層靜液壓力的地層壓力(pp<ph)稱為異常低壓.正常地層壓力梯度地層水為淡水，GP=0.00981MPa/m地層水為鹽水，GP=0.0105MPa/m一、余地下毯各種抱壓力浪的定榆義4、上覆督巖層斷壓力(O都ve決rb涉ur喘de腫n柱pr檔es乒su底re須)(穗p0)地層茶某處墻的上短覆巖春層壓溝力是虧該處賊以上渣地層統(tǒng)（包突括巖差石基場質(zhì)和仔巖石亂孔隙號(hào)中流蓮體）覽總重塔力所懷產(chǎn)生漢的壓慚力。式中灘：p0—上覆訪巖層暢壓力惕，MP徒a；D障—地層器垂直占深度燒，m；φ杯—巖石喪孔隙側(cè)度，%；ρma—巖石魯骨架橡密度裂，g/暮cm3；ρ廉—孔隙逮中流激體密該度，g/化cm3。一、賴地下超各種凳壓力仰的定妄義4、上覆彼巖層壯壓力(O坦ve測rb尤ur憐de再n福pr壯es繭su掛re惕)(喘p0)雖然帆由于奏沉積黎作用板，p0是隨良的深托度增淋加而滔增大。但賠通常積都假件設(shè)p0是隨D均勻無增加粉的。君設(shè)ρma=炎2鐮.5帖g死/c盲m3,ρ膛=1喪.0勇0g增/c紗m3，平斧均Φ=包10抱%，則玻上覆怖巖層就的壓昨力梯需度為沿：G0=0虧.0花09姥81扮×[差(1嚼-0殊.2腸5)醒×2蘆.5沾+1擔(dān).0旺×0脊.1灰]=辟0.夕02秘3化MP甩a/吳m沉積系巖的萌上覆廚巖層拼壓力假梯度輕一般賠為0.岔02暮3MP灣a/行m;在實(shí)擺際鉆逼井過費(fèi)程中捉，以鍬鉆臺(tái)之作為忽上覆肥巖層售壓力戲的基廟準(zhǔn)面。在強(qiáng)海上抬鉆井紙，實(shí)橋際上摟覆巖滔層的春壓力予是遠(yuǎn)機(jī)小于變這個(gè)動(dòng)值的膨。G0的分旺層計(jì)膨算公耗式為寨（平遭均值怨）：一、絹地下軍各種替壓力隸的定日義5、基叔巖應(yīng)腰力（ma曲tr娘ix廚s景tr疤es稠s）（σ）基巖膏應(yīng)力σ是指迅由巖斯石顆奇粒之某間相獸互接福觸來翼支撐殲的那殼部分p0（上侮覆巖報(bào)層壓是力）怕。亦構(gòu)稱有畫效上范覆巖哥層壓速力、則骨架儲(chǔ)應(yīng)力萍或顆最粒間幸壓力扎。這部航分壓疲力不這是由怖孔隙踩內(nèi)流但體所警承擔(dān)憐的。值其用σ來表像示。po=σ+pp由上靠式見萬，上罪覆巖趴層壓疼力是巡壽一定慘的，窯不管愚什么餅原因和，只攔要σ↑，那徑么pp就會(huì)↓。一、鴨地下拌各種曬壓力堤的定絞義6、賓地下計(jì)各種匠壓力仗的關(guān)圍系上覆打巖層汽壓力圓由巖滑石骨水架和沫孔隙晃中的純流體標(biāo)共同蜜承擔(dān)茅，因區(qū)此上姿覆巖華層壓素力、必地層膽壓力器和基提巖應(yīng)慣力之炸間存兼在以盒下關(guān)壘系：po=σ+pp當(dāng)po一定咬時(shí)，σ減小義，pp增大禍，σ→津0，pp→事po。所以重，地閱層的秋孔隙年壓力騎增大乓，基替巖應(yīng)奧力必貌然減挎小。一、秋地下喝各種炕壓力或的定紛義7、地兆層沉宇降壓揭實(shí)的遞機(jī)理沉積印物壓壯縮過休程是追由上育覆沉妥積層張的重帳力引筐起的背。隨撇著地吉層的憤沉降冷，上超覆沉天積物吼重復(fù)朵的增圾加，讓下覆牧巖層勻就逐縣漸被濁壓實(shí)齡。如果跡沉積懷速度表較慢吸，沉叉積層但內(nèi)的量巖石在顆粒犁就有金足夠抗的時(shí)刻間重鴨新緊炒密地歡排列脊，并潛使孔斃隙度斬減小凈，孔熱隙中珍的過唯剩流抽體被缸擠出駕。如果困是“剝開放漸”的前地質(zhì)啊環(huán)境鄭，被獲擠出肉的流鹽體就哪沿著袋阻力任小的嶄方向以，或性向著睜低壓釋高滲齡透的猶方向容流動(dòng)腳，于汗是便趕建立棉了正法常的屯靜液插壓力膝環(huán)境眾，此為情況伏下，破地層謙水自畜上而白下形香成連霜續(xù)的呢正常裕的靜箏液壓汗力系脅統(tǒng)。一、龜?shù)叵旅Ω鞣N趕壓力河的定凍義7、地論層沉孝降壓良實(shí)的裳機(jī)理地層師壓實(shí)虎能否沾保持恩平衡有，主億要取精決于條四個(gè)鴉因素南：上覆客巖層蹦沉積姻速度塌的大害小;地層社滲透統(tǒng)率的統(tǒng)大小楊；孔隙冠減小礎(chǔ)的速傳度；排出飯孔隙順流體結(jié)的能冊(cè)力。一、艦地下加各種絕壓力牛的定絕義8、正青常地住層壓框力的陵形成在地張層的肥沉積咬過程警中，鞠隨著狗上覆閘沉積斃物不繁斷增蠢多，格地層顯逐漸奏被壓撤實(shí)，繞孔隙舌度減鑰小。如果剖地層前是可隸滲透撫的、夸連通微的，傘地層胖中流喬體的潑流動(dòng)容不受劍限制豆（稱之拾為水召力學(xué)披開啟貍系統(tǒng)），昆地層慌孔隙令中的耗流體杠則隨調(diào)著地蹦層的滿壓實(shí)她被排者擠出鎖去，裁建襯立起熟靜液寺壓力餃條件千。形秒成正半常壓績力地糕層。對(duì)于亦正常掙壓力走的地只層，灰地層拼壓力pp等于周地層躬流體里靜液允柱壓挨力ph：pp=ph一、麻地下共各種西壓力寧的定惹義9、異往常高慨壓和毛異常喂低壓（Ab匆no蘭rm蘭al能f燥or業(yè)ma身ti邊on裂p鎖re屑ss蒸ur銹e納an康d蹦Su彩bn歉or舒ma云l就fo耳rm乓at氣io稻n旬pr奇es廢su緩re）異常禾低壓蓄和異炭常高政壓統(tǒng)束稱為傷異常約壓力(A薄bn瞧or互ma克l陵P(guān)揚(yáng)re史ss遣ur延e)。（1）異從常低敘壓（ab迅no使rm俯al壘l加ow床p擊re逆ss誦ur洋e）壓力婦梯度懲小于0.朝00愚98赴1M詠Pa／m時(shí)，巖稱為畏是異疊常低裹壓。產(chǎn)生也異常危低壓摧的原途因:生產(chǎn)想多年勤而又融沒有倒壓力績補(bǔ)充轉(zhuǎn)的枯似竭油拌氣層蹦。地下杯水位典很低壁。一、侮地下貓各種詳壓力源的定東義9、異府常高堤壓和顯異常幫低壓（Ab蜂no墻rm理al耐f奸or餅ma繳ti年on皺p壟re粥ss撤ur陪e拜an查d哄Su須bn妨or心ma胡l孝fo新rm酸at盾io馬n挎pr志es門su帶re）（2）異常京高壓股（a同bn例or白ma鈔l程hi袖gh咱p脹re選ss拳ur昌e）地層裳壓力終梯度音大于獸地層痛流體錫的靜蒜液壓勸力梯陽度衫（0.跳00傭98城1～0.般01誦05痕MP煙a/茅m）時(shí)榜，稱柴為是異?；邏骸Ｐ纬蓽p異常淋高壓頸的地質(zhì)健條件地層割具有善保存昂流體另的空哪隙；地層性周圍屋存在泊不滲打透圍淺柵，維構(gòu)成和圈閉構(gòu)；具有漲一定休的埋厲藏深丸度；一、車地下款各種污壓力逝的定憤義10、異佳常高躁壓成妹因如果費(fèi)沉積諸速度旱很快顯，巖從石顆位粒沒犁有足顯夠的即時(shí)間客去重析新排吧列，巡壽孔隙籠內(nèi)的傲流體張的排身出受款到限膀制，紀(jì)基巖寒無法決增加拿它的改顆粒驗(yàn)與顆俱粒之巧間的沈壓力器，即沾無法洞增加餐它對(duì)室上覆魄巖層戶的支留撐能另力。啟由于瞞上覆覆巖層潤繼續(xù)養(yǎng)沉積樸，負(fù)醫(yī)荷增灰加，聚而下爽面基浮巖的勇支撐舍能力悉沒有墓增加尋，孔堤隙中邀的流委體必氣然開漫始支掌撐部限分上階覆巖姑層壓促力。腹若周夕圍被巖不滲累透地狀層圈家閉起燈來，抓使得潮高壓剩流體漂無法既流出揀，就方會(huì)造狐成孔舟隙增綢大，釀地層泥不能貓被壓轎實(shí)到描正常屑地層蔥應(yīng)該插壓實(shí)槽的程掏度，轎即形團(tuán)成地俗層欠壓劑實(shí)現(xiàn)哲象，會(huì)殘導(dǎo)致燥異常嚼高壓之。這種蹄超高召壓的婦存在晚理論歡可以問用“壓力慶橋”模戶型來記解釋幻玉。在治大陸枝邊緣避，特紹別是蜜三角賢洲地到區(qū)，政由于津沉積銜速度份很快身，在銹這些傅地區(qū)爐易形賓成異組常高饒壓