(井控技术)第二章 压力的概念

与原工程大气压关系为：
1MPa=10.194kg/cm2即1兆帕约等于10个工程大气压。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
2、压力梯度 压力梯度是每增加单位垂直深度压力的变化量。 计算公式为: G=p/H=0.0098H/H=0.0098
式中 G—压力梯度，Mpa/m；
p—压力，Mpa；
H—深度，m；
解：1.
2.
Pf=0.098*1.45*2000+10
=29+10 =39(MPa) Gf=Pf/H=39/2000 =0.0195(MPa/M)
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 第二节 井筒内压力系统
井 内 压 力 示 意 图
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
一、钻井液静液柱压力
定义：由井内钻井液柱重量产生的压力。 计算公式： Pm=0.0098h 式中： Pm—钻井液柱压力，Mpa； —钻井液密度，g/cm3； H—钻井液柱垂直高度，m。 A、起钻未灌满钻井液钻井液柱压 力的减小Pd(-)
已知井深1500米，泥浆密度为1.4 g/cm 3 。环空流动阻力
为6 kg/cm 2 ，地层压力为21.2MPa 求：1、静止时井底压力； 2、循环时井底压力； 3、循环时会井涌吗？ 4、停泵时会井涌吗？
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 第三节 地层与井眼内的压力平衡
一、压力平衡关系 平衡压力钻井的条件：
（3）调整好泥浆性能
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 四、井底压力
定义：地面和井内各种压力作用在井底的总压力。这个压力随 工况不同而变化。
井底压力大部分来自钻井液柱静液压力，还有钻井液的环 空流动阻力、侵入井内的地层流体的压力、激动压力、抽吸压 力、地面回压等。 1、静止：井底压力Pb=钻井液静压力Pm； 2、起钻时 井底压力Pb=钻井液静压力Pm-抽汲压力psb
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
五、压差P
定义：井底压力Pb和地层压力Pp之间的差值。 P﹥0 超平衡压力钻井
P﹤0 欠平衡压力钻井
P=0 平衡压力钻井 P0 近平衡压力钻井 井底压差与钻速成反比。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
近平衡钻井的优点： 1、大大提高机械钻速；
B、岩屑引起钻井液柱压力的增加 Pmr（+）
在钻进过程中，钻头破碎的岩屑要被钻井液携带到环空， 从而使环空钻井液密度增高，环空钻井液柱压力升高。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 二、环空流动阻力Pbp
定义：钻井液在环空上返过程中,克服钻柱外壁、井壁及钻井液 内摩擦力所损耗的压力。 环空泥浆向上流动，环空阻力方向向下，使井底压力升高。 停止循环，环空阻力消失，井底压力下降。 环空流动阻力取决于钻井液上返速度、环空间隙、井深和 钻井液性能等。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
练习题： 1、井深H=2500m.该点处液柱压力P=30.00MPa 求：压力系数K和钻井液密度当量。. 2、某井液柱的压力梯为0.012MPa/m，求在3000米处的液 柱压力和泥浆密度。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
三、地层压力Pp
定义：地下岩石孔隙内流体的压力， 也称地层孔隙压力。 1、正常地层压力：地下某一深度的地层压力等于地层水 作 用于该处的静液柱压力。 正常地层压力梯度：0.0098-0.0105Mpa/m 或压力系数为1.0—1.07。
例：如图2-1所示，井内钻井液密度 为1.2g/cm2，3000m处静 液柱压力为多少？ 解： p=0.0098h =0.0098×1.20×3000
=35.288MPa
而地层孔隙内流体(水)的压力为：
p=0.0098h =0.0098×1.07×3000 =31.547MPa
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
m =102(Pp+ Psb +Pdp)/H 目前，国内现场设计多采用附加当量钻井液密度的方 法来确定钻井液密度。 油井：0.05—0.1 g / cm 3(1.5-3.5MPa)
气井： 0.07-0.15g / cm 3 (3-5MPa)
1、地层破裂压力实验
（一）目的
（1）确定最大允许使用钻井液密度；
（2）实测地层破裂压力； （3）确定允许关井套压。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
（二）步骤 （1）井眼准备---钻开套管鞋以下第一个砂层后，循环钻井液， 使钻井液密度均匀稳定。 （2）上提钻具，关封井器。 （3）以小排量,一般以0.8--1.32L / s的排量缓慢向井内灌入钻 井液。 （4）记录不同时间（5—10分钟）的注入量和立管压力。 （5）一直到井内压力不再升高并有下降(地层已经破裂漏失), 停泵,记录数据后,从节流阀泄压。 （6）从直角坐标内做出注入量和立管压力的关系曲线。
（4）在现场作破试时求出漏失压力即可。
（5）最好用水泥车或试压泵作破试。
图3--13
pf
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
练习题：
已知：某井套管鞋以下第一个砂层井深2000米，泥浆密度为 1.45g /cm3，当破裂压力实验时套压为10MPa时地层破裂。
求：1.井深2000米处地层破裂压力；2.地层破裂压力梯度。
计算公式为：
K=0.0098 eH/0.0098水H= e 式中 K---压力系数，无单位； 水—水的密度，1.0 g/cm3； H—深度，m； e —当量流体密度，g/cm3。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
四种 压力的表示法
(1)用压力值表示。如:12Mpa (2)用压力梯度表示。如：0.012MPa/m (3)用流体当量密度表示。如：1.2g/cm3
-起钻时液源自文库下降而降小的压力Pdp
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
3、下钻时: 井底压力Pb =钻井液静压力Pm+激动压力Psw； 井底压力=环空静液压力+环空压力 4、正常钻进时 井底压力Pb=钻井液静压力Pm+环空流动阻力力Pbp+岩屑 入井而增加的压力Pmr 5、划眼时 井底压力Pb=钻井液静压力Pm+环空流动阻力力Pbp+激动 压力Psw 结论：同一情况下，起钻工况下井底压力最小。
第二章 井下各种压力的概念 及其相互关系
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 第一节 压力的基本概念 一、压力的四种表示方法
1、压力 压力是物体单位面积上所受的垂直力。 压力的单位是帕，符号是 pa；1pa是1m2面积上受到1N （牛顿）的力时形成的压力即1Pa=1N/m2, 1KPa(千帕）=1*103Pa ， 1MPa=1*106Pa 。
2-8 压力激动
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 3、波动压力的影响因素
（1）管柱的起下速度； （2）钻井液粘度； （3）钻井液静切力； （4）环行空间的大小； （5）钻井液密度； （6）钻头泥包程度。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 4、减少波动压力的措施
（1）控制起下钻速度.井控条例规定：到油气层后,一档起钻 （2）操作平稳
例 井深H=3000m,该点处地层压力PP=45.00MPa
求：(1)压力梯度 GP； (2)当量钻井液密度当量。
解：(1)压力梯度： GP= PP/ H =45MPa / 3000 =0.015MPa / m
(2)当量钻井液密度：
当量 =45/(0.01*3000) =1.5 g / cm 3
(4)用压力系数表示。如：1.2
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 二、静液压力
静液压力是由静止液体重力产生的压力。
计算公式：
p=0.0098h 式中 p—静液压力,Mpa ；
—液体密度，g/cm3 ；
H—液柱高度，m。 如图2-1所示。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
—流体密度，g/cm3。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
3、当量密度 某点压力等于相当密度的流体在该点所形成的液柱压力。 计算公式为： e=p/0.0098H 式中 p—压力，Mpa； H—深度，m； e —当量流体密度，g/cm3 。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
4、压力系数 某点压力与该点深度处的静水柱压力之比，其大小在数 值上等于其当量密度。
井底压力Pb=地层压力Pp
但不同工况下，井底压力不同。 二、泥浆密度确定的原则 最小的井底压力等于地层压力。在生产中以起钻时的 井底压力为条件来建立平衡关系。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
地层压力Pp=钻井液静压力Pm-抽汲压力psb -起钻时液面下降而降小的压力Pdp
Pm =Pp+ Psb +Pdp=0.0098*H* m
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 抽吸压力 三、波动压力
1、抽吸压力Psb：上提钻柱时，由于钻井液粘滞作用而减小
的井底压力值。
2、激动压力Psw ：下钻或下套管时，由于钻头下行挤压该处 钻井液,使钻井液流动受的阻力。
激动压力和抽吸压力是类似的概念，激动压力是正值，
抽吸压力是负值。如图2-8所示
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系
(三) 注意事项： （1）实验压力不应超过地面设备、套管的承压能力。 （2）在钻进几天后进行液压实验时，可能由于岩屑堵塞了岩 石孔隙，导致实验压力很高，这是假象，应注意。
（3）液压实验只适用于砂、页岩为主的地区，对于石灰岩、 白云岩等地层的液压实验尚待解决。
2、异常低压：一般情况下,地层压力梯度小于0.0098Mpa/m 或地层压力系数小于1的地层。
3、异常高压:一般情况下,地层压力梯度高 于0.0105Mpa/m或 地层压力系数大于1.07的地层。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 四、地层破裂压力
定义：使地层原有裂缝张开延伸或形成新的裂缝时的井内流 体压力。
2、保护油气产层；
3、缩短建井周期，降低钻井成本；
4、降低钻井事故。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 六、泵压
定义：克服井内循环系统中摩擦损失所需的压力。 泵压=地面+钻柱内+钻头水眼+环空流动损耗 如果不考虑地面管汇压力损失的情况下，泵压就等于立压。
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系 练习题：