随钻地层压力检测

第五节 随钻地层压力检测

“正常”的地层流体压力大致等于流体液柱中的静水压力。地层流体压力有时比静水压力高，有时比静水压力低。两种“不正常”的压力条件都能引起钻井事故，而工业生产中最为关心的是异常高压，有时称之为地质压力。

一、 基本概念

1、静水压力(Hydrostatic Pressure)

静水压力是指单位液体重量与静液柱垂直高度的乘积。与液柱的直径和形状无关。

静水压力的计算公式如下：

10

d H P h ⨯= 式中 P h －静水压力，kg/cm 2

d －钻井液重量，g/cm 3

H －垂直深度，m

2、帕斯卡定律(Pascal ’s Law)

帕斯卡定律阐述了静止流体中任何一点上各个方向的静水压力大小相等。通过流体可以传递任何施加的压力，而不随距离的变化而降低。

根据帕斯卡定律，静水压力在液柱中给定的深度上，作用于任何方向上。

3、静水压力梯度（Hydrostatic Pressure Gradient ）

静水压力梯度是指每单位深度上静水压力的变化量。这个值描述了液体中压

力的变化，表示为单位深度上所受到的压力。其计量单位是kgF/cm 2/m 。

录井人员常用体积密度（g/cm3）来描述静水压力梯度，以便于同钻井液密度相对比。静水压力梯度的计算公式如下： 10V h PG

P H P H == 式中 H PG －静水压力梯度，kg/cm 2/m

P h －静水压力，kgf/cm 2

P v －单位体积质量，g/cm 3

H －实际垂直深度，m 。

应用体积密度（g/cm 3）时，静水压力梯度H G 的计算公式如下：

V h G P L P H ==

10

式中 H G －静水压力梯度，g/cm 3

4、地层孔隙压力（Pore Pressure ）

地层孔隙压力是指作用在岩石孔隙中流体上的压力。对于现场计算，孔隙压力与流体液柱的密度及垂直深度有关。

对于正常压力系统的地层，给定深度的真实孔隙压力等于液柱压力与流体流动的压力损失及温度效应的总和。

计算孔隙压力的公式为： 10H d P f F ⨯=

式中 P F －孔隙压力，kg/cm 2

d f －流体密度，g/cm 3

H －真实垂直深度，m

5、地层孔隙压力梯度（Pore Pressure Gradient ）

地层孔隙压力梯度是指单位深度上地层孔隙压力的变化量。

计算公式如下：

H

P P F FG = 式中 P FG －孔隙压力梯度，kg Ｆ/cm 2

孔隙压力梯度等于或接近于静水压力梯度时称为正常孔隙压力梯度；低于静水压力梯度时称为低压异常孔隙压力梯度，简称低压异常；高于静水压力梯度时称为超压孔隙压力梯度，简称超压。后两种孔隙压力梯度都称为异常孔隙压力梯度。同一地区，在不同的深度，可能会有几种不同的孔隙压力梯度。孔隙压力的上限通常等于上覆岩层的压力。

6、上覆岩层应力(Overburden Stress)

上覆岩层应力是指覆盖在该地层以上的地层基质（岩石骨架）和孔隙中流体的总重量所造成的压力。在石油领域中，上覆地层应力的数值可用与钻井液密度等效的压力或压力梯度表示。

上覆岩层应力的计算公式为：

10

H S b ⨯=ρ 式中 S －上覆岩层应力，kg/cm 2；

ρb －区间平均体积密度，g/cm 3；

H －深度，m 。

岩石的体积密度与岩石骨架的密度、岩石孔隙流体的密度以及岩石孔隙度有关。

下面是有代表性的各种岩石、矿物和流体的体积密度：

m f b d ρφφρ)1(-+⨯=

式中 ρb －体积密度，g/cm 3；

φ－孔隙度，％；

ρm －岩石骨架密度，g/cm 3；

d f －孔隙流体密度，g/cm 3；

7、上覆岩层压力梯度(Overburden Pressure Gradient)

上覆岩层压力梯度是指单位高度上的上覆岩层应力。其计算公式为:

∑∑=L

S P OBG 式中 ＰＯＢＧ－上覆岩层压力梯度，kgf/cm 2/m ；

S －上覆岩层压力，kgf/cm 2；

L －某段地层的厚度，m 。

8、基岩应力

当一个固态的物体受到压力时，在其中某一点上测得的压力可能在不同的方向上并不相同。基岩应力这个术语就是用来描述固体物质的压力分布的。基岩应力的集中可以形成地层压力异常，并在很大程度上影响了岩石破裂压力。岩层的破裂压力又决定了油井的套管程序和允许使用的最大钻井液密度。因此，基岩应力是在分析地层压力异常成因及参数分析计算时不可忽视的因素。

9、正常地层压力(Normal Formation Pressure)

正常地层压力是由所在地层以上的所有流体所施加给该地层的压力。上覆

岩层压力全部由岩石骨架所承担，地层流体仅承载上覆孔隙液体的压力。

因为水是岩石中普遍存在的流体，一个给定深度的正常地层压力是地层水密度的函数。地层水密度主要与地层水矿化度有关。

10、异常地层压力（Abnormal Formation Pressure ）和压力异常(Pressure Anomalies ）

异常地层压力(Abnormal Formation Pressure)是指地层流体压力大于或小于计算所得的静水压力。

压力异常(Pressure Anormalies)是指任何地层流体液柱高度或密度与井眼中的流体液柱的差异所作用的结果。从技术上讲：压力异常是“正常”地层流体压力，它与异常地层压力对井眼的效应是相同的。

对于任何异常地层流体高压，部分上覆地层载荷已经从岩石骨架转移到了地层流体中。如果钻井液的压力低于地层流体压力，就会发生流体溢出，直到压力平衡为止。这种流体溢出就是通常所说的井涌（KICK ）。

11、当量钻井液循环密度（ECD-Equivalent Circulation Density ）

当量钻井液循环密度（ECD ）是相当于井底循环压力(BHCP)的钻井液密度。井底循环压力等于钻井液的静水压力加上以实际钻井液流速在环空中损失的压力（ΔPann ）。

12、压差（Differential Pressure ）

压差(ΔP )是井底计算压力和地层压力之间的差值。

即

F BHC P P P -=∆

式中 ΔP －压差，kgf/cm2；

P BHC －计算井底压力，kgf/cm2；

P F －地层压力，kgf/cm2。

ΔP 是在现场钻井活动中与其它许多活动有关的重要参数之一。

如果ΔP 是负值（P F ＞P BHC ），可能会产生如下结果：

①来自地层的油气侵入井眼。

②钻速(ROP )加快。

③非渗透岩层坍塌。

④渗透性岩层发生井涌。

⑤软岩层出现井眼跨塌。

如果ΔP 的值接近于零（P F ＝P BHC ），可能会产生如下结果：

①岩屑中有较好的气体显示。

②由于循环暂停和钻杆的运动，钻井液柱压力下降，出现起下钻气

体显示。

如果ΔP 是正值（P F ＜P BHC ），可能会产生如下结果：

①钻速(ROP )降低。