第7章油气井压力控制

地层破裂压力的大小取决于许多因素，如上覆岩层压力、 地层压力、岩性、地层年代、埋藏深度以及该处岩石的应力状 态。
哈伯特—威利斯法
破裂压力预测方法
马修斯—凯顿法
伊顿法 黄荣樽法
安德森法
哈伯特—威利斯法
马修斯—凯顿法
伊顿法
黄荣樽法
安德森法
破裂压力的液压实验
液压实验也称漏失试验，步骤如下：
(1) 循环调节泥浆性能，保证泥浆性能稳定，上提钻头至套管 鞋内，关闭防喷器。 (2) 用较小排量0.66～1.32 L/s向井内注入泥浆，并记录各个 时期的注入量及立管压力。 (3) 做立管压力与累计泵入量的关系曲线图。 (4) 求地层破裂压力当量密度ρf ρf＝ρm＋pL/(0.00981D) ρm— 试验用泥浆密度，g/cm3；D — 试验井深，m。
常用的地层压力预测方法： 地震法、声波时差法和页岩电阻率法等。
声波时差法预测原理：
声波传播速度主要是孔隙度和岩性的函数。如果岩 性为泥页岩时，则声波测井主要反映孔隙度的变化。
在正常压力地层中，随深度增大，地层压实程度增 强，孔隙度下降，则声波传播速度加快，传播时间减少。 深度H与传播时间Δt的对数之间呈一条正常趋势线。
Pp＝0.00981 Gp×H
Δtn Δt
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Δt－Δtn和Gp关系曲线
三、地层破裂压力（formation fracture pressure）
在井下一定深度出露的地层，承受流体压力的能力是有限 的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力 称为地层破裂压力。即：使地层发生破裂的最小井内液柱压力。
Δtn Δt
声波时差法计算地层压力步骤如下： (1)在声波时差测井资料上选择纯泥页岩 层，以5m左右为间隔点在测井曲线上读出 井深和相应的声波时差值，并在半对数坐 标纸上描点。 (2)在已知的正常地层压力井段，根据尽 可能多的数据点引出声波时差随井深变化 的正常趋势线，并将其延伸至异常高压井 段。 (3)读出某深度的实测声波时差Δt和该深 度所对应的正常趋势线上的声波时差Δtn， 并计算Δt－Δtn。 (4) 在Δt－Δtn和Gp关系曲线上读出Δt －Δtn 所对应的Gp，用Gp乘以井深H，得 其深度的地层压力。
由上式可知 上覆岩层压力由基岩和孔隙流体共同承 担。 Po 一定， σ 减小， Pp 增大。 当σ →0时， Pp → Po 。 不管任何原因使基岩应力下降，都会导 致孔隙压力增大。
Po = Pp +σ
二、地层压力评价
评价方法可分为两类：
用邻近井资料进行压力预测，建立地层压力剖面； 根据所钻井的实时数据进行压力监测，以掌握地层压力的实 际变化规律。
（三）地层压力（formation pressue）
指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层孔隙压力 （formation pore pressure），用pp 表示。
若地层水为淡水，则正常地层压力梯度GP=0.00981 MPa/m； 若地层水为盐水，则正常地层压力梯度GP= 0.0105MPa/m。 石油钻井中遇到的地层水多数为盐水。 异常地层压力: 地层压力大于或小于正常地层压力。。
p

o
基岩重力
流体重力 面积
p
Po
0 . 00981 H [(1 )
o

]
ma

0 . 00981 H i （分段计算）
Po
式中：PO为上覆岩层压力，MPa； H 为地层垂直深度,m； φ 为岩石孔隙度，%； ρma为岩石骨架密度，g/cm3； ρ为孔隙中流体密度，g/cm3。 ρ0为地层密度，g/cm3。
地层破裂压力实验
液压试验曲线
本章重点
1. 地下各种压力的基本概念。
2. 地层破裂压力的概念。
第七章 地下压力特性 地下各种压力：
• 静液柱压力 • 上覆岩层压力 • 地层压力 ☆ • 基岩应力 • 地层破裂压力 ☆
点 火 燃 烧 排 除 毒 气
大 火 映 红 半 边 天
特大井喷事故 2003年12月23日，重庆 市开县高桥镇，由川东 石油钻探公司承钻的中 国石油天然气集团公司 西南油气田分公司川东 北气矿罗家16Ｈ井在起 钻时，突然发生井喷， 富含硫化氢的气体从钻 井喷出达30米高程，失 控的有毒气体随空气迅 速扩散，导致在短时间 内发生大面积灾害。
超过正常地层静液压力的地层压力(pp>ph)称为异常高压。
而低于正常地层静液压力的地层压力(pp <ph)称为异常低压。
地层压力当量密度：指某一深度处地层压力用等高度的钻井 液柱压力来等效时，所需钻井液的密度。
(淡、盐水：1.0、1.07g/cm3)
（四）基岩应力（matrix stress）
上覆岩层压力由岩石的基质颗粒
t t0e
CH
ln t ln t 0 CH a * H b
根据声波时差进行地层压力评价 依据是地层压实理论或地层欠压 实理论 正常压力地层： H↗→↗， ↘→VP↗→ Δt ↘； 异常高压层：地层欠压实，↗， ↘ →VP↘ →Δt↗。
我 们 的 眼 睛 看 不 见 了
井喷事故波及28个 村庄，造成243人 死亡、4000多人受 伤，疏散转移6万 多人，9.3万多人 受灾。 2004年4月，中国 石油天然气集团公 司总经理马富才引 咎辞职。
动 物 死 尸
一、地下各种压力的概念
(一)静液柱压力
由液柱自身的重力所引起的压力。
ph=0.00981ρH
和孔隙中的流体共同承担。 基岩应力是岩石颗粒间相互接触 支撑的那一部分上覆岩层压力， 亦称有效上覆岩层压力、骨架应 力或颗粒间压力，用表示。 Po 上覆岩层压力、地层压力和基岩
应力之间的关系是：
Po Pp
Pp
Po、Pp和σ之间的关系可用下图表示
地下各种压力之间的关系
（ Po 、 Pp 和σ 之间的关系） Po= （基岩重力 + 孔隙流体的重力）/ 面积
式中：ph 为静液柱压力, MPa； ρ为液体的密度,g/cm3； H 为液柱的垂直高度，m。 压力梯度：单位高度或单位深度的压力。 静液柱压力梯度：Gh＝ph/H＝0.00981ρ Ph
（二）上覆岩层压力（Oveburden
pressure）
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地 层岩石基质和岩石孔隙中流体总重力所产生的 压力，用 pO 表示。