地层压力公式

地层压力公式

1．静液压力Pm

(1)静液压力是由静止液柱的重量产生的压力，其大小只取决于液体密度和液柱垂直高度。在钻井中钻井液环空上返速度较低，动压力可忽略不计，而按静液压力计算钻井液环空液柱压力。

(2)静液压力Pm计算公式：

Pm＝0.0098ρmHm (2—1)

式中 Pm——静液压力，MPa；

ρm——钻井液密度，g／cm3；

Hm——液柱垂直高度，m。

(3)静液压力梯度Gm计算公式：

Gm＝Pm／Hm＝0.0098ρm(2—2)

式中 Gm——静液压力梯度，MPa／m。

2．地层压力Pp

(1)地层压力是指地层孔隙中流体具有的压力，也称地层孔隙压力。

(2)地层压力Pp计算公式：

Pp＝0.0098ρpHp(2—3)

式中 Pp——地层压力，MPa；

ρp——地层压力当量密度，g／cm3；

Hm——地层垂直高度，m。

(3)地层压力梯度Gp计算公式：

Gp＝Pp／Hp＝0.0098ρp(2—4)

式中 Gp——静液压力梯度，MPa／m。

(4)地层压力当量密度ρp计算公式：

ρp＝Pp／0.0098Hm＝102Gp(2－5)

在钻井过程中遇到的地层压力可分为三类：

a.正常地层压力：ρp＝1.0～1.07g／cm3；

b.异常高压：ρp>1.07g／cm3；

c.异常低压：ρp<1.0g／cm3。

3．地层破裂压力Pf

地层破裂压力是指某一深度处地层抵抗水力压裂的能力。当达到地层破裂压力时，使地层原有的裂缝扩大延伸或使无裂缝的地层产生裂缝。从钻井安全方面讲，地层破裂压力越大越好，地层抗破裂强度就越大，越不容易被压漏，钻井越安全。一般情况下，地层破裂压力随着井深的增加而增加。所以，上部地层(套管鞋处)的强度最低，易于压漏，最不安全。

(1)地层破裂压力Pf计算公式：

Pf＝0.0098ρfHf(2－6)

式中 Pf——地层破裂压力，MPa；

ρf——地层破裂压力当量密度，g／cm3；

Hf——漏失层垂直高度，m。

(2)地层破裂压力梯度Gf计算公式：

Gf＝Pf／Hf＝0.0098ρf(2－7)

式中 Gf——地层破裂压力梯度，MPa／m。

注意；地层破裂压力是合理进行井身结构设计、制定钻井施工和确定最大关井套压的重要依据之一。

(3)地层破裂压力试验的工作程序：

a.试验前安全准备：当钻至套管鞋以下第一层砂岩时，用水泥车或柱塞泵进行试验，而裸眼长短根据砂岩层的厚度决定；试验前应处理好钻井液性能(尤其是ρm)，保证试验时钻井液性能均匀、稳定；将上提钻头至套管鞋内。

b.地层破裂压力试验：关闭井口(一般关半封闸板防喷器)；试验开始时缓慢启动泵，以小排量(0．66～1．32L／s)向井内泵入钻井液，每泵入15L钻井液，稳压2min；作漏失试验曲线。曲线中偏离直线之点的压力PL则为漏失压力；计算破裂压力当量密度(ρf)：

ρf ＝ρm试＋PL／0.0098Hf (2—8)

式中ρf——破裂压力当量密度，g／cm3；

ρm试——试验所用钻井液密度，g／cm3；

PL——地层漏失时的井口压力，MPa；

Hf——裸眼段中点井深，m。

二．压井数据的计算

1.关井立管压力的确定

关井之初，井底压力小于地层压力，地层流体继续侵入井内，表现为关井立管压力增加。经一段时间后，关井立管压增加到一定值，井底压力与地层压力平衡。这时地面记录的关井立管压力才真实反映地层压力。（一般渗透性好地层需要10~15min），钻具内是否装有止回阀，立管压力求法不同。

①钻具中未装止回阀时关井立压的求法

钻具中未装止回阀时，关井立压可以从立管压力表上读得，注意压力的传播时间。

②钻具中装有止回阀时关井立压的求法

A.已知小排量和对应泵压的求法（循环法）

条件：事先进行了低泵速测试，知道小排量循环时的泵压。

具体操作：缓慢启动泵适当打开节流阀，循环中使套压等于关井套压保持不变；当排量达到预计排量时，记录此时循环立管压力PT，停泵后关节流阀。

因PT＝Ｐd＋Ｐｃ故Ｐd＝PT—Pc

B.未进行低泵速测试的求法（蹩压法）

条件：关井条件下，用小排量向井内蹩注钻井液、顶开止回阀的方式求立管压力。

具体操作：缓慢启动泵，小排量向井内注入钻井液，当止回阀被顶开、套压由关井套压上

升到某一值时停泵，(当套压超过关井套压0.5~1MPa时，说明钻具止回阀被顶开。)

同时记录套压、立管压力。（由于压力传播滞后，一般控制立压不超过套压）

因Ｐd＝Ｐd1—ΔＰa 及ΔＰa＝Pa1—Pa所以Ｐd＝Ｐd1—（Pa1—Pa）。

式中：Pa——关井套压；

ΔＰa——井内蹩压；

Pa1——停泵时记录的套压；

Ｐd1——停泵时记录的立压。

2.溢流种类的判别

原理：天然气密度小于钻井液密度，环空液柱压力小于钻柱内液柱压力，造成关井套压大于关井立压。当侵入环空的地层流体数量一定时，地层流体密度越小，环空液柱压力越小，关井套压与关井立压差值越大。

①根据关井压力计算地层流体压力梯度Gw＝Gm－(Pa－Ｐd)/hw

式中：Gw——地层流体压力梯度；

Gm——钻井液压力梯度；

hw——地层流体在环空所站高度（与溢流量多少有关）

②根据Gw判断地层流体种类

Gw＝0.01~0.12兆帕/米，盐水；

Gw＝0.0012~0.0035兆帕/米，天然气；

Gw＝0.0035~0.01兆帕/米，油或混合流体。

注意：计算是否精确，取决于溢流量计量、井径知否精确；钻头提离井底较长就没法判断。

3.压井液密度的确定

①根据地层压力计算：Pp＝0.0098ρmH＋Pd或ρmk＝102Pp/H＋ρe

②根据立管压力计算：ρmk＝ρm＋102Pd/H＋ρe

式中：ρmk——压井液密度；

ρm——原钻井液密度；

ρe——钻井液密度附加安全值；一般取：油井ρe＝0.05~0.10克/立方厘米；油井ρe＝0.07~0.15克/立方厘米；

Pd——关井立管压力。

4.计算钻柱内外容积及压井液量

V＝V1＋V2；V1——钻柱内容积，V2——钻柱外容积，所需要压井液量取总容积的1.5~2倍。

5.计算注入压井液时间

注满钻柱内容积所需时间，即压井液由地面到达钻头时间。

t＝V1/60Q；其中Q——压井时所选定的排量，L/s；（一般为正常钻进的1/2~1/3）

6.计算压井循环时的立管总压力

在压井循环时，需要通过立管压力来控制井底压力。因此，在压井之前须计算出循环时立管总压力。