现场地层压力计算

六、地层压力计算

1、地层孔隙压力与压力梯度

(1)地层孔隙压力

式中,P p—-地层孔隙压力(在正常压实状态下,地层孔隙压力等于静液柱压力),MＰａ;

ρf-—地层流体密度,g/cｍ3;

g—-重力加速度,9、81ｍ/s2;

H—-该点到水平面得重直高度(或等于静液柱高度),ｍ、

在陆上井中,H为目得层深度,起始点自转盘方钻杆补心算起,液体密度为钻井液密度ρm,则,

式中,p h——静液柱压力,MＰa;

ρm—-钻井液密度,ｇ／cｍ3;

H-—目得层深度,m;

ｇ——重力加速度,9.81m/s2。

在海上钻井中,液柱高度起始点自钻井液液面(出口管)高度算起,它与方补心高差约为0、6～3、3m,此高差在浅层地层孔隙压力计算中要引起重视,在深层可忽略不计。

(２)地层孔隙压力梯度

式中Ｇp—-地层孔隙压力梯度,ＭPa/m、

其它单位同上式。

２、上覆岩层压力及上覆岩层压力梯度

(１)上覆岩层压力

式中 P o-—上覆岩层压力,ＭPa;

Ｈ-—目得层深度,m;

Φ——岩石孔隙度,%;

ρ——岩层孔隙流体密度,g／cｍ３;

ρｍ—-岩石骨架密度,ｇ/cm3。

(2)上覆岩层压力梯度

式中,G o--上覆岩层压力梯度,ＭPａ/ｍ;

P o——上覆岩层压力,MPａ;

H——深度(高度),m。

(3)压力间关系

式中,Pｏ-—上覆岩层压力,ＭＰa;

P p—-地层孔隙压力,MPa;

σｚ--有效上覆岩层压力(骨架颗粒间压力或垂直得骨架应力),MPａ。

3、地层破裂压力与压力梯度

(1)地层破裂压力(伊顿法)

式中, Pｆ-—地层破裂压力(为岩石裂缝开裂时得井内流体压力),MPa;

μ——地层得泊松比;

σz—-有效上覆岩层压力,MPａ;

P p——地层孔隙压力,MPa。

或

式中,P f——地层破裂压力。ＭPa;

Pｈ——液柱压力,MPa;

P试——试验时地层破裂时得立管压力,MＰa。(２)破裂压力当量密度

式中,ρf-—破裂压力当量密度,g/cm3;

ρm——试验时所用钻井液密度,g/cm３;

ＰL—-试验时地层漏失压力,ＭPａ;

H——裸眼段中点井深,ｍ。

(3)地层破裂压力梯度

式中Ｇf——地层破裂压力梯度,MＰa／m;

P f——地层破裂压力,MＰa。

4、激动压力与抽汲压力计算

(１)层流情况下:

(２)紊流情况下:

式中, ｖ——环空流速,ｃm/ｓ;

Dｐ-—管子外径,cｍ;

D h-—井眼直径,cm;

n——流性指数,无因次;

K—-稠度系数,达因。sｎ／cｍ２;

Ｌ——管柱长度,cm;

ρ--钻井液密度,g/cｍ３;

ｆ-—摩阻系数。

5、摩阻系数计算

6、环空流速计算

(1)封闭一关泵情况下(下钻下套管):

下为正,起为负、

(２)封闭、开口一开泵(划眼、活动套管):

(3)开口一开泵(一般起下钻):

式中, v p——钻具平均起下速度,m/s;

D p——钻具外径,m;

D pｉ——钻具内径,m;

Dｈ——井径,m;

Ｄ泵——泵排量,m3/s;

Ｑｉ--钻井液进入钻具得量。

7、ｄｃ指数方程计算:

式中,T——钻时,min／m;

N-—转盘转速,rpm;

Ｗ-—钻压,KＮ;

D——钻头直径,mm;

ρn——正常压力层段地层水密度,g/cm3;

ρｍ—-实际使用得钻井液密度,g/cｍ3。

8、正常趋向线

通过下面得ｄc与井深之间得线性关系来表示: Y＝αlgx+ｂ

式中y——井深,m;

x—-ｄｃ指数;

b—-y轴截距;

α——斜率;

——回归相关系数。

七、压井计算公式

１、关井立管压力计算:

式中,P mｄ——钻柱内钻井液液柱压力,MPa;

Ｐｐ-—地层压力,MPa;

P a-—关井套管压力,MPa;

Ｐｍa—-环空内受侵钻井液液柱压力,MPa;

ρm——钻井液密度,g/cm3;

H-—-井深,m;

P d——关井立管压力,MPa、

２、装有钻具回压阀得关井立管压力

式中,Ｐd——关井立管压力,ＭPa;

P dl-—停泵时立管压力,MPa;

△Ｐａ—-关井时套管压力升高值,MPａ。

３、在循环钻井液情况下求关井立管压力

式中,P d——关井立管压力,MPa;

PＴ-—压井时立管总压力,ＭPａ;

Pｃi——压井时得循环压力,MPa。

4、压井所需钻井液得新密度计算:

式中, P p——地层流体压力,MＰa;

Ｐｅ——附加压力,一般为(0、9８0—２.940)ＭPａ;

H——井深,m;

ρml—-压井所需钻井液得新密度,ｇ／cｍ3、

5、压井循环时立管总压力计算:

式中,Ｐd-—关井立管压力,MPa;

Pｃ——一定排量压井循环时钻柱内钻头水眼环形空间内流动阻力得循环压力,MPa;

Pｅ——考虑平衡安全时得附加压力,ＭＰa;

ＰＴ—-立管总压力,MPa。

6、初始循环压力计算:

式中, P Tｉ——初始循环压力,ＭPａ。

P d——关井立管压力,MＰa;

P ci-—低泵速下,如25、３0、３５、４0、45、50冲／分记录下来得立管压力,MPａ;

P e——附加压力值,MPa;

7、终了循环压力计算:

式中,ρml——压井时所需钻井液密度,g/cm3;

ρm——关井时钻柱内未气侵钻井液密度,g/ｃｍ３;

Ｐｃi——不同排量循环时立管压力,MＰa;

P Tf-—用ρmｌ钻井液密度循环终了时立管总压力,MPａ;

P cf-—终了循环压力,ＭＰａ。

8、压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力

式中,P Tｉ——压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力,MPa;

P d——关井立管压力,MPa;

Pｃi——压井流量下得循环压力,MPａ;

Pｅ——安全附加压力,ＭPａ。

9、压井钻井液到达钻头时得立管终了循环总压力

式中, P Tf -—压井终了循环总压力,MPa;

ρmｌ——压井时所需钻井液密度,g／cm３;

ρd-—关井时钻柱内未气侵钻井液密度(钻柱内钻井液密度),g/cm3;

Pｃｉ—-压井流量下得循环压力,MPa。

10、压井钻井液从地面到达钻头时所需时间

式中,ｔd′——压井钻井液从地面到达钻头时所需时间,ｍin;

Ｖd-—钻具内容积,L/ｍ;

Ｈ—-井深,m;

Q r--压井流量,Ｌ／s;Q r=(１/3～1/2)Q;

Q——正常钻井时钻井泵实发流量,L/s。

1１、压井钻井液充满环空所需循环时间

式中, t a——压井钻井液充满环空所需循环时间,min;