地层压力检测技术知识讲解
地层压力专业知识
使用c指数法旳注意事项
泥浆密度旳拟定.在计算c 指数和地层压力 时,应采用井底压力当量泥浆密度. 钻遇压力过渡带时,为防止不久钻遇高压过 渡带,往往把vh钻压转K速e P降N低,已达到减慢钻速 旳目旳.在这种情况下,用' c指a 数法监测地层 压力需要对机械钻速加以校正,修正公式如 下: 当泥浆密度较底时,c值对地层压力变化很 敏感,只要地层压力稍有变化,C值变化很大.
1.声波测井法
地层声波时差与孔隙度旳关系
t tma
t f tma
式中 φ-- 岩石孔隙度,%；
Δt--岩层声波时差测量值，μs/m； Δtma --岩层骨架声波时差，μs/m；
Δtf--岩层孔隙中旳流体声波时
差,μs/m 。
地层声波时差与孔隙度在正常压实旳地层 中旳相同公式：
t t0ecH
式中 A--系数； W--井底压力,KN； N--转速,r/min； R--钻速,m/h； ΔBBLSTiP--t-h----钻钻井-地头头底层直类压岩径型差性；,,mM；；pa； HEyfdf----水钻利头原磨因损；原因。
(2)对公式可作进一步简化得
RS
A
W N R (Bs )r3
(
Ed
)
r1
岩石强度法 dc 指数法预测值一实测值对比
实测压力梯
岩石强度法
Dc 指数法
度当量密度 压力梯度
误差 压力梯度 误差
(g/cm3)
(g/cm3)
(%)
(g/cm3)
(%)
1.56
1.59
1.92
1.46
6.41
1.83
1.86
1.64
1.61
12.02
1.81
地层破裂压力试验详解！
地层破裂压力试验详解！一、地层破裂压力和地层漏失压力地层破裂压力是指某一深度地层发生破碎和裂缝时所能承受的压力。
当达到地层破裂压力时，地层原有的裂缝扩大延伸或无裂缝的地层产生裂缝。
一般情况(遵循压实规律)下，地层破裂压力随着井深的增加而增大。
在钻井时，钻井液柱压力的下限要保持与地层压力相平衡，实现压力控制。
而其上限则不能超过地层的破裂压力，以避免压裂地层造成井漏。
地层漏失压力是指某一深度的地层产生钻井液漏失时的压力。
对于正常压力的高渗透性砂岩、裂缝性地层以及断层破碎带处，往往地层漏失压力比破裂压力小得多，而且对钻井安全作业危害很大。
习惯上以地层漏失压力作为确定井控作业的关井压力依据。
这样更加趋于安全。
二、确定地层破裂（漏失）压力的方法1、预测法——应用经验公式预测地层破裂压力，作为钻井设计的依据。
2、验证法——在下套管固井后，必须进行试漏试验，以验证预测的破裂压力。
1、钻头提至套管鞋以上，井内灌满钻井液，关井。
2、采用从钻具水眼或环空两种方式中的一种用选定小排量向井内泵入钻井液。
3、每间隔20~50L（选定一个固定量）泵入量或每间隔10~20s （泵速恒定、选择一个固定时间间隔）记录一次相应泵压和注入量或时间。
4、当泵压开始下降时，停泵。
若不要求计算地层最小水平主地应力及试漏层岩石抗拉强度时，则试验结束。
否则继续下部试验。
5、停泵1~2min，每间隔10~20s记录一次泵压。
6、待泵压相对稳定后，重新开泵1-2min,每间隔10~20s记录一次重张压力。
7、作出下图所示的典型漏失试验曲线。
图中偏离直线之点的压力PL则为漏失压力。
破裂压力当量密度（Υf）为：Υf=Υm+100Pl/H式中：Υm:试验所用泥浆密度，g/cm3；Pl:漏失压力，MPa；H:裸眼段中点井深，m。
该地层破裂压力梯度（Gf）则为：Gf = 0.01Υm+Pl/H单位：MPa/m值得注意的是，在直井与定向井中对同一地层作的液压试验所得到的数据不能互用。
第3章第5节地层压力检测
σ ( D) = Po ( D) − Pp ( D)
σ ( D) = σ ( De)
P0 ( D) − Pp ( D) = Po ( De ) − PP ( De )
A
B
d ca
d cn
井深D处的地层压力为: 井深D处的地层压力为:
Pp ( D) = Po ( D) − Po ( De ) + PP ( De ) = Go D − (Go − G pn ) De
Pp ( D ) = 0.00981ρ p D
符号同前
d ca
d cn
习题： 习题：
已知某井的钻井参数如下表所示， 已知某井的钻井参数如下表所示，并测得该地层正常压力 的当量泥浆密度为1.07g/cm3。试求： 的当量泥浆密度为1.07g/cm3。试求： 1.07g/cm3
各测点的dc指数； dc指数 （1）各测点的dc指数； 作出dc指数与井深的关系图，引出正常趋势线并写出方程； dc指数与井深的关系图 （2）作出dc指数与井深的关系图，引出正常趋势线并写出方程； 找出压力过渡带顶部位置； （3）找出压力过渡带顶部位置； 应用经验公式法（反算法）计算3900m处的地层压力。 3900m处的地层压力 （4）应用经验公式法（反算法）计算3900m处的地层压力。
式中：dc为泥岩正常压实井段dc值； 式中：dc为泥岩正常压实井段dc值 为泥岩正常压实井段dc 为回归系数； 为井深。 a、b为回归系数；H为井深。
（4）地层压力计算
经验公式法、当量（等效）深度法等。 经验公式法、当量（等效）深度法等。
a.经验公式法（反算法、ZAMORA公式 a.经验公式法（反算法、ZAMORA公式） 经验公式法
页岩密度shn做页岩密度与井深的关系图页岩密度与井深关系图地层孔隙压力随钻评估根据待求点的页岩密度和正常趋势线上的页岩密度求页岩密度差shoshnsh页岩密度差shn正常趋势线上的页岩密度sho由页岩密度差sh用插值法或者图版法求地层压力钻井液当量密度4
地层压力检测
其两种流体渗透率之和降低到单相流动时的1/10（Chapman， 1972）。在封闭的地质环境中，由于体积的增加和流体渗透率 的降低，从而导致地层孔隙压力的升高，形成异常高压。
三、异常地层压力的形成机理
许多研究（Meissner，1981；Momper，1978；Tissot，
可见，形成高压异常的关键是储层处于隔绝或 封闭状态，至少流体受围岩严格控制不易渗流出来 ，使之处于一种欠压实状态。
三、异常地层压力的形成机理
（2） 矿物脱水 在成岩作用过程中，有些矿物会脱出层间水和析出结晶水
，增加储层中流体的数量，引起压力升高。 如粘土矿物中常常含有大量的蒙脱石，而这些蒙脱石则含
b、地层渗透性能较好，但上下左右均被不渗透的隔层所隔，呈透镜
体状：此时流体所承担的压力最终要和上覆地层压力趋于平衡，即：Pf = Po，或 Gf = Go。
c、地层渗透性能较差，且岩性非均质性较强，孔隙水与地表水有连 通，但其连通性不好，流体可缓慢渗透，处于一种半封闭状态：此时上 覆岩层压力由孔隙流体和岩层基质共同负担，这种情况下的地层压力是 小于上覆岩层压力而大于静水压力的。即：
三、异常地层压力的形成机理
（3） 水热增压 另外，温度升高还可引起岩石中流体相态的变化，析出
CO2等气体，温度升高到一定程度还可引起油页岩中干酪根发 生热裂解，生成烃类气体等。若这一过程发生在封闭的地质 环境中，这些气体的产生将提高系统的压力而形成高压异常 。
如美国路易斯安那湾岸地区的一个资料：当地下平均地 温梯度为25℃/km时，温度每增加1℃，地层压力就增加 15.8kg/cm2，所以说，温度升高常常会伴随着压力的增大，温 度对压力的影响是不容忽视的。
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：10dH Ph ⨯=式中P h－静水压力，kg/cm2d－钻井液重量，g/cm3H－垂直深度，m2、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 PGP H P H == 式中 H PG －静水压力梯度，kg/cm 2/mP 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 hG P LP H ==10 式中 H G －静水压力梯度，g/cm 34、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 2d f －流体密度，g/cm 3 H －真实垂直深度，m5、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。
地层压力简介
二、为什么要预测地层压力
2、异常压力的危害
异常地层压力是含油气 盆地一种普遍存在的现 象。
它带来的潜在危险包括： 井漏、井喷、卡钻、地 层污染。
三、如何预测地层压力
1、超压的成因
压实效应 成岩作用 密度差作用 构造应力及构造活动
三、如何预测地层压力
三、如何预测地层压力
5、几个相关概念
骨架应力系数：岩石骨架水平与垂直应力 之比。
它和泊松比有以下关系：
K
1
四、地层压力监测软件简介
实时监测地层压力，预报工程事故， 实现安全钻进；
根据某一口井的数据计算压力趋势， 可推测当前区块的地层结构。
三、如何预测地层压力
3 . 1、dc指数法
为了消除钻井液密度对d指数的影响,引入dc 指数:
dc d
n
ECD
ρn—正常地层孔隙压力梯度，克/厘米3 ECD—钻井液循环当量泥浆密度，克/厘米3
三、如何预测地层压力
3 . 1、dc指数法
考虑到钻头磨损造成的误差,得到dcs指数:
B ROPAV ln 60 RPM n AV dcs 12WOB AV ECD ln 6 10 D
三、如何预测地层压力
4、破裂压力梯度
伊顿法
马氏法 黄式法
Gff= Gf+( μ / (1- μ) ) * ( G0-Gf )
Gff= Gf+K * ( G0-Gf ) Gff=η * Gf+ (2μ / (1- μ) +K )* ( G0Gf )+1000 * St / H
地层压力检测
地层压力检测钻进时，井内压力的掌握是使井眼压力处在地层孔隙压力和地层裂开压力之间。
既不发生井喷，又不压破地层，钻井的整个过程中要随时测试地层孔隙压力、井内液柱压力和地层裂开压力的平衡状况。
一、压力完整性测试1、dc 指数法dc 指数法是通过分析钻进动态数据来检测地层压力的一种方法。
其原理是钻进速度在钻头类型；钻头直径；水眼尺寸；钻头磨损；钻压；转速；钻井液类型；钻井液密度；钻井液粘度；固相含量、颗粒大小及在钻井液中的分布；泵压；泵速相对不变的条件下和地层压力、地层岩性有关。
正常状况下，随井深的增加岩石的强度增大，钻速下降，但进入特别压力过渡带，正常趋势发生变化。
这是由于地层的欠压实作用，地层的空隙度大硬度小，所以利用随井深钻速的变化能检测特别高压层的到来。
依据钻速模式：Ｒ=aN(W/D)d式中：Ｒ－钻速,ft/h;a－可钻性系数，对于大段页岩，视为1；Ｎ－转数，r/min;Ｗ－钻压，klbf; Ｄ－钻头直径，in；d－指数，无因次。
由钻速方程，可得出 d 指数的表达式为：d 指数可用来检测从正常到特别压力的过渡带。
但没有考虑钻井液密度的影响现场上用修正 d 指数，式中：ρn－地层水密度〔从当地地层水含盐量中查出〕g/cm3Ρm－所用密度g/cm3d 用下式表达式中：Ｒ－钻速m/h; N －转速r/min;Ｗ－钻压t；Ｄ－钻头直径mm；Ｌ－进尺m；Ｔ－钻时min 。
假设Ｗ的单位用KN( 千牛)，则由于0.0547R N 一般小于1，所以在 d 中，Ｒ增大，则 d 减小，故 d 反映地层的压实状况与Ｐ。
压实差、孔隙多，地层压力大，Ｐ减小，钻速可增加。
运用d c指数求地层压力可按下述方法进展：(1)、列表，预备记录和计算表的内容包括：井深Ｈ，进尺Ｌ，钻时Ｔ，钻速Ｒ，转速Ｎ，井径Ｄ，钻压Ｗ，地层水密度ρ0,钻井液密度ρm 大，dc 地层压力PP 。
(2)、取点记录, 计算dc, 填入表内.在钻速慢的地层每1m-3m 取1 点，在钻速快的地层,可5、10 、15 、30m 取1 点。
地层压力单位
地层压力单位地层是地球的外壳构成的一层岩层，通过含水层、油气层以及矿床等自然地质要素来挖掘资源。
因此，地层压力是在地质过程中必须考虑的因素，需要对其进行实际的测量和监测。
一、地层压力的定义和意义地层压力是指地下岩石和水压力的总和，其大小是由岩层自身的性质和深度等因素所影响的。
地层压力的重要性在于它直接影响着石油、天然气等矿物资源的开发，因此其准确的测量和分析对于石油工业的发展和实践具有重要的意义。
二、地层压力的测量方法1.测量钻孔重量法该方法是通过在不同深度的钻孔中进行砂袋重量和上部钻杆重量的测量，利用重力方程确定地层压力的大小。
此方法的优点是测量结果可靠且测量精度高，但是操作复杂，需要大量的实地测试和精密仪器的支持。
2.地形压力计法地形压力计法是一种比较常用的测量方法，其基本原理是通过将应力计的感应层置于加卸载器中，测定不同深度下的地层压力。
此方法操作简单、实用性强，广泛应用于矿山和建筑领域中的开发工作。
3.地震勘探法通过利用传统的地震勘探原理，确定在不同地质结构中的速度、密度和波速等参数，运用反演算法计算出地层压力。
此方法适用于大规模区域的测量要求，具有较高的精度和准确性。
三、地层压力单位的表示方法地层压力的单位通常用兆帕斯（MPa）或者磅力/平方英尺（PSF）来表示。
其中，1兆帕斯等于1百万帕斯卡，1磅力/平方英尺等于约47.8帕斯卡。
四、地层压力的影响因素1.地质环境由于不同地质环境中地层物性不同，例如密度、岩性、含水量等因素的差异会造成地层压力的变化。
2.地表载荷地表载荷主要指建筑、桥梁等人工建筑物及其相关设备、交通工具的荷载，其质量和分布均会影响地层压力。
3.地震和地质活动地震和地质活动会引起地层产生变形、断裂和塌陷等现象，进而影响地层压力的产生和变化。
五、地层压力的应用地层压力的研究对于油气开发、矿床勘探、地下水开采、工程建设等领域都有着重要的应用价值。
特别是在石油工业中，对地层压力的测量和分析是进行油田勘探、钻井、完井、生产以及二次开发等工作的基础和前提。
地层压力——精选推荐
地层压⼒地层压⼒⼀、基本概念1、静液压⼒：是由钻井液柱重量引起的压⼒。
2、地层压⼒：是指作⽤在岩⽯孔隙内流体（油⽓⽔）上的压⼒，也称为地层孔隙压⼒。
3、上覆地层压⼒：指覆盖在地层以上的地层基质（岩⽯）和孔隙中流体（油⽓⽔）的总重量造成的压⼒。
4、破裂压⼒：在井中⼀定深度处的地层，其承受压⼒的能⼒是有限的，当压⼒达到某⼀值时会使地层破裂，这个压⼒称为地层的破裂压⼒。
5、压⼒系数：是地层原始压⼒与同⼀深度地层⽔静⽔柱压⼒的⽐值(实际仍是当量密度，只是去掉密度量纲)。
6、当量钻井液密度：某深度处的钻井液液柱压⼒（包括循环阻⼒和波动压⼒等）等于该深度的地层压⼒时的钻井液密度(ECD=101.97＊压⼒梯度)7、静⽔压⼒（Hydrostatic Pressure）：指单位液体重量与静液柱垂直⾼度的乘积。
ph = (g*ρ*H )/1000 ≈ (ρ*H)/1000ph------ 静⽔压⼒ Mpag ------ 重⼒加速度 9.81m/s2ρ ------ 钻井液密度 g/cm3H ------ 垂深 m8、静⽔压⼒梯度（HydrostaticPressureGradient）：静⽔压⼒梯度是指每单位深度上静⽔压⼒的变化量。
Hpg = ph/H ≈ρ*g/1000Hpg ------ 静⽔压⼒梯度 MPaρ ------ 单位体积质量 g/cm3体积密度法：Hpg =（103* ph）/g*H9、地层孔隙压⼒（Pore Pressure）：指作⽤地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pf = (ρf*g*H)/1000pf ------- 地层孔隙压⼒ MPaρf ------- 地层流体密度 g/cm310、地层孔隙压⼒梯度（ Pore Pressure Gradiet）：指单位深度上地层孔隙压⼒的变化量。
pfg = pf/H ≈ρf*g/1000体积密度法：pfg =（103* pf）/g*H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⼒异常孔隙压⼒梯度，简称低压⼒异常。
第四章地层压力检测与地层破裂压力.pptx
则3000米处的压力
p3000=40024.8-9.8(0.095)(4000-3000)=39.08Mpa
5）流体运移作用
从深层油藏向上部较浅层运动的流体可以导致浅层 变成异常压力层。这种情况叫做浅层充压。 如图3-5
6）形成异常高压的其它原因 地面剥蚀； 注水；
盐丘体侵 入形成的 异常高压
原始压力型 异常高压
3）粘土成岩作用
成岩指岩石矿物在地质作用下的化学变化。 页岩和灰岩经受结晶结构的变化，可以产生异 常高的压力。有异常压力，必有上覆压力密封 层。如石膏（caso4 2H2O）将放出水化水而变 成无水石膏（caso4 ）它是一种特别不渗透的蒸 发岩，从而引起其下部异常高压沉积。如图33 所示。
1.4 最大破裂压力当量钻井液密度
2、钻进中检测地层压力
(1)页岩密度法 (2)dc指数法
（1）页岩密度法：
在钻进中，取页岩井段返出的岩屑，测其 密度，做出密度与深度的关系曲线，通过 正常压力地层的密度值画出正常趋势线。 偏离正常趋势线的点，即压力异常点。开 始偏离的部分即为过渡带的顶部。
图3--8
（2）dc指数法
dc指数法：dc指数法是通过分析钻进动 态数据来检测地层压力的一种压力方法。 动态数据中主要是钻速、大钩载荷、转 速、扭矩以及钻井液参数。
见图3-1
图3-1地层压力异常 23 正常孔隙压力
1）压实作用：
随着埋藏深度的增加和温度的增加，孔隙 水膨胀，而孔隙空间随地静载荷的增加而缩小。 因此，只有足够的渗透通道才能使地层水迅速 排出，保持正常的地层压力。如果水的通道被 堵塞或严重受阻，增加的上覆岩层压力将引起 孔隙压力增加至高于水静压力，孔隙度亦将大 于一定深度时的正常值。
4.2地层压力测试
p dc
lg( 3.282) NT
lg( 0.0684w) D
n
m
• 式中Pn一正常压力层段地层水密度(一般取1.0-1.07)，g/cm3; Pm一在用钻井液密度，g/cm3。
• 在正常地层压力情况下，随着井深的增加，机械钻速Vm逐 渐降低，dc指数变大
• 当进入异常高压地层时，井底压差减小，机械钻速增加， 相应的dc指数就会减小，
2) dc指数法
正常地层在其上覆岩层压力的作用下，随埋藏深度的增加，泥岩
页岩的压实程度相应地增加，地层孔隙度减小，钻进时的机械钻速
降低。而当钻遇到异常高压层时，由于高压地层欠压实，孔隙度增
大，因此，机械钻速相应地升高。利用这一规律可及时地发现异常
高压地层，并根据钻速升高的多少来评价地层压力的高低，这就是
2、地层漏失压力试验
有些井只需进行地层漏失压力试验即可满足井控要求。试验方法 同破裂压力试验类似。当钻至套管鞋以下第一个砂岩层时，用 水泥车进行试验。
试验前确保井内钻井液性能稳定，上提钻头至套管鞋内并关闭防 喷器。试验时缓慢启动泵，以小排量(0.8~1.32l/s)向井内注入钻 井液，每泵入80升钻井液(或压力上升0.7MPa)后，停泵观察5分 钟。如果压力保持不变，则继续泵入，重复以上步骤，直到压 力不上升为止。
地层压力检测技术
地层压力检测技术可用 于评估油气储量，为开 发计划提供依据，避免 盲目开发导致资源浪费 。
通过地层压力检测技术 ，可以优化油气开采方 案，提高开采效率和降 低成本。
水资源开发中的地层压力检测案例
01
总结词
02
详细描述
03
04
05
• 检测地层压力 • 评估水资源储 • 优化水资源开
变化
量
采方案
水资源开发中，地层压力 检测技术对于保障水资源 合理开发和利用具有重要 作用。
数值模拟方法的工作原理
建立模型
根据地质数据和物理规律，建 立描述地层压力变化的数学模
型。
数值求解
利用计算机技术，数值求解描述 地层压力变化的偏微分方程。
结果分析
对求解结果进行分析，预测地层的 压力状态，并提供可视化结果。
04
地层压力检测技术的优缺点 分析
直接地层压力检测技术的优缺点
• 优点 • 直接测量地层压力，获取准确的地层压力信息。 • 对于地层压力变化敏感，能够及时反映地层压力变化。 • 可用于不同地层和不同井况的测量。 • 缺点 • 受限于井下环境和测量设备，有时难以进行直接测量。 • 对于某些复杂的地质情况，可能需要更高级的测量设备和技术。 • 直接测量需要专门的设备和人员，成本较高。
05
地层压力检测技术的发展趋 势与展望
提高检测精度和可靠性
采用高精度传感器和数据采集技术
利用先进的传感器和数据采集技术，能够更准确地测量地层压力的变化，提 高数据的可靠性和精度。
实现实时监测与数据传输
通过实时监测地层压力变化并即时传输数据，可以更快速地获取地层压力信 息，提高检测的时效性和准确性。
核磁共振测井
学习任务二： 地层压力检测
二、dc指数法
在低渗透高压过渡带一般钻速增加的原因是： (1) 井底的压差降低； (2) 因压实力不足造成岩石强度较低。
影响钻速的钻井参数：钻头类型、钻头直径、水眼尺寸、钻头磨损、 钻压、转速、钻井液类型、钻井液密度、钻井液粘度、固相含量、颗 粒大小及在钻井液中的分布、泵压、泵速等等。
二、dc指数法
限制在一个封闭的体系中，这些被释放出来的水就在粘土孔隙中积蓄 起来，必然造成地层孔隙压力的升高，形成异常高压。通常，蒙脱石 的脱水作用是与页岩的欠压实作用同时出现的。
一、高压层的形成机理
又如，石膏向无水石膏转化时会析出大量的水： CaSO4·2H2O = CaSO2 + 2H2O
若这一过程发生在封闭的地质环境中，这些水积蓄起来就增加了地 层中孔隙流体压力，从而造成高压异常。
学习任务二 地层压力检测
能力目标： 掌握异常高压地层形成的原因； 能根据DC指数法分析判断地层压
力异常，理解DC指数法 知识内容： 异常高压层形成的原因； DC指数法检测地层压力； 页岩密度法检测地层压力；
学习任务二 地层压力检测
一、高压层的形成机理 二、dc指数法 三、页岩密度法 四、钻井后地层压力检测
一、高压层的形成机理
• 在地层的某些地区，地层压力因地质方面的原因而增高，在含油气的 地下圈闭或构造中，也存在着相同的情况。一般形成异常高压地层应 具备以下条件：
• （1）有相应的地层流体储存空间； • （2）有低渗透或不渗透的圈闭层； • （3）有相应的上覆岩层压力
一、高压层的形成机理
• 圈闭层的作用是阻隔地层流体与外
• 将上述钻速方程整理、取对数，得d指数表达式。
lg( 3.282)
d
随钻地层压力检测
随钻地层压力检测随钻地层压力检测是钻井中非常重要的一项技术，它通过对钻井过程中地层压力的实时监测，可以帮助钻井工程师做出正确的钻井决策，降低钻井事故发生率，提高钻井效率和钻井质量。
本文将对随钻地层压力检测的原理、方法和应用进行详细介绍。
一、随钻地层压力检测的原理随钻地层压力检测的原理与杨氏模量定律有关。
杨氏模量是固体材料的一种弹性模量，在应力作用下，杨氏模量越小，则固体的周围表面变形越大。
在钻井过程中，地层中的岩石是固体材料，当钻头在岩石上钻进去时，会产生应力作用，使得周围的岩石受到压缩，形成应力。
如果地层中的岩石属于非均质性地层，那么不同深度、不同类型的岩石受到的应力也会不同，因此在进行钻井时，如果能够实时监测到地层中不同深度的压力值，就可以更加精确地判断地层类型和性质，从而做出正确的钻井决策。
二、随钻地层压力检测的方法随钻地层压力检测的方法主要有两种：一种是通过钻井液循环监测地层压力，另一种是通过安装随钻地层压力感应器实时监测地层压力。
1、通过钻井液循环监测地层压力在钻井过程中，钻井液不仅能起到润滑和冷却的作用，还可以通过变化的压力来反映地层的压力情况。
在液循环系统中，钻井液的流动速度和压力大小是可以通过仪器进行实时监测的。
当钻头钻进地层时，压力的变化就能够反映出地层中的压力情况。
通过对液压系统中高低压差的监测，可以得到地层压力值的近似估算。
2、通过安装随钻地层压力感应器实时监测地层压力随钻地层压力感应器一般是安装在钻杆上，可以实时测量地层压力，输出地层压力数据，包括静态压力和动态压力。
静态压力是指钻头不受力时钻柱内的压力，用来确定地层结构和压力的水平梯度；动态压力则是指钻头在不同深度下钻进岩石时所受到的压力，用来判断岩石类型和性质。
通过随钻地层压力感应器的安装，可以对地层压力进行高精度、实时的监测和分析，为钻井工程师提供重要的决策依据。
三、随钻地层压力检测的应用随钻地层压力检测可以应用于多个方面，比如确定井筒下端孔段位置、预测地层高压区、识别地层异常、评价井壁稳定性、判断地质条件和可钻性等。
第3章地层压力检测
第三章地层压力检测大量的勘探实践表明，异常高压地层的存在具有普遍性，而且钻遇到高压地层比低压地层更为常见。
这些广泛分布的异常高压地层首先影响钻井的安全，钻井中，如果未能预测到可能钻遇到的异常高压地层，使用的钻井液液柱压力小于地层压力，可能会导致严重的井喷甚至井喷失控。
因此，在石油钻井中，对地层压力的评价是非常重要的，对保护油气层，保证井控安全具有重要意义。
一压力检测的目的及意义1 压力检测和定量求值指导和决定着油气勘探、钻井和采油的设计与施工。
2 对钻井来说，它关系到高速、安全、低成本的作业甚至钻井的成败。
3 只有掌握地层压力，地层破裂压力等地层参数，才能正确合理的选择钻井液密度，设计合理的井身结构。
4 更有效地开发、保护和利用油气资源。
二异常地层压力的形成机理1压实作用：随着埋藏深度的增加和温度的增加，孔隙水膨胀，而孔隙空间随地静载荷的增加而缩小。
因此，只有足够的渗透通道才能使地层水迅速排出，保持正常的地层压力。
如果水的通道被堵塞或严重受阻，增加的上覆岩层压力将引起孔隙压力增加至高于水静压力，孔隙度亦将大于一定深度时的正常值。
2 构造运动构造运动是地层自身的运动。
它引起各地层之间相对位置的变化。
由于构造运动，圈闭有地层流体的地层被断层、横向滑动、褶皱或侵入所挤压。
促使其体积变小，如果此流体无出路，则意味着同样多的流体要占据较小的体积。
因此，压力变高。
3 粘土成岩作用成岩指岩石矿物在地质作用下的化学变化。
页岩和灰岩经受结晶结构的变化，可以产生异常高的压力。
例如在压实期间蒙脱石向伊利石转化。
有异常压力，必有上覆压力密封层。
如石膏（CaSO4·2H2O）将放出水化水而变成无水石膏（CaSO4），它是一种特别不渗透的蒸发岩，从而引起其下部异常高压沉积。
4 密度差的作用当存在于非水平构造中的孔隙流体的密度比本地区正常孔隙流体密度小时,则在构造斜上部，可能会形成异常高压。
这种情况在钻大斜度气层时常见到。
地层压力检测技术
研究现状和发展趋势
地层压力检测技术的研究和应用已经有几十年的历史，国 内外研究者不断探索新的检测方法和改进现有的检测技术 。
发展趋势主要体现在以下几个方面：一是不断提高检测的 精度和灵敏度；二是推进多参数、多频带的检测；三是实 现长期、连续的自动化监测；四是利用大数据和人工智能 等技术提高数据处理能力和预测精度。
解决方案和建议
采用高精度测量仪器
采用高精度测量仪器可以提高测量结果的准确性和可靠性，例如采用高分辨率地层压力计 和多参数地层压力监测系统等。
优化数据处理方法
通过数据处理方法的优化，可以减小误差和提高数据的可靠性。例如采用滤波算法、卡尔 曼滤波器和最小二乘法等数据处理方法。
结合多种测量技术
结合多种测量技术可以更好地解决地层压力检测的问题。例如采用地震勘探、电阻法、声 波法和地热法等多种测量技术，以更全面地了解地层的结构和性质。
地层压力检测技术可以为地层研究提供基础数据，包括地层 的埋深、厚度、岩性和含油气水情况等，有助于深入了解地 层的特征和演化历史。
其他领域应用
水资源工程
地层压力检测技术可用于水资源工程中，了解地下水的水位、流量和储量等 情况，为水资源开发和利用提供科学依据。
地球物理学研究
地层压力检测技术可以为地球物理学研究提供重要的数据支持，包括地壳和 上地幔的压力状态、地震活动的特征等，有助于深入了解地球的内部结构和 动力学特征。
其他测量法
地震波测试
通过地震波在地层中传播的波形、振幅等参数，推算地层压力的大小和分布 情况。
重力测量
通过重力测量仪器，测量地层的重力加速度，推算地层压力的大小和分布情 况。
03
地层压力检测技术的应用
石油和天然气开采
地层压力检测技术知识讲解
该密度线所指示的密度值即为该点地层压力的当量钻井 液密度。
（2） dc指数法（1971年Rehm和Mclenden提出）
①原理： dc指数法检测地层压力是通过钻进过程中，钻速 的变化来进行的。在不考虑钻井参数突然变化的条件下，
当钻进到欠压实地层时，由于地层源自隙压力高、井底压差 小，钻速上升。
H
(3)Sigmalog法 ①简介： Sigmalog法是1984年，美国AGP公司开发的一种
地层压力检测方法。此法克服了因井径、参数变化、岩 性等因素对检测精度的影响。较适合4000m以上的深井。
②原理：利用欠压实地层岩石强度不按压实规律变化的特 性检测地层压力。
岩石强度公式： （未考虑钻井液及地层流体的影响）
b、伊顿公式：
⒈2
ρp=ρo-（ρo-ρn） × （dco/dcn）
dco dcn dc
c、麦克伦敦公式：
ρp=0.92 ㏒( dcn-dco)+1.98
上式中： dco—实际测得的dc值
dcn---正常趋势线上的dc值
ρo---上覆岩层压力
ρn---该地区地层流体密度
d、等效深度法： Gp=0.02306-0.01236He/H 式中:He—等效深度m H---欲求地层压力深度m dc He
Rn
电阻率
H ②Eaton计算地层压力公式；
Gp=Go- [ （Go-Gn ）（Ro/Rn）¹·²] 式中： Ro---所求点的实测电阻率 Rn---所求点在正常趋势线上的电阻率
（σo）¹⁄²= F（σt）¹⁄² 式中：F= 1+[1-（1+n²△p²）¹/²] / n △p （系数）
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(3)Sigmalog法 ①简介： Sigmalog法是1984年，美国AGP公司开发的一种
地层压力检测方法。此法克服了因井径、参数变化、岩 性等因素对检测精度的影响。较适合4000m以上的深井。
②原理：利用欠压实地层岩石强度不按压实规律变化的特 性检测地层压力。
岩石强度公式： （未考虑钻井液及地层流体的影响）
a、加岩屑于钻井液密度秤钻井液杯中，加盖后，使游 码指示读数为1g/cm³。 b、加清水充满钻井液杯，加盖后测定密度值ρT
c、计算页岩密度值ρsh=1/（2- ρT ） e、列表作H- ρsh关系曲线
ρsh
H
f、用标准透明密度图版覆盖于 H- ρsh图上，使图版的正常 地层压力当量钻井液密度线与H- ρsh上的正常密度趋势
② dc指数方程： dc=
㏒（0.0547R/N） ρn
㏒（0.0673W/D） ρm
式中：R---机械钻速 m/h
N---转速
r/min
W---钻压 KN
D---钻头直径 mm
ρn—该地区地层流体密度
ρm—钻井液密度
③dc指数方程中各参数录取原则： a、在钻速慢的地层中，可按1.5-3m录取； b、在钻速快的地层中，可按7.5或15m录取； c、求dc指数时，各参数的录取必须在泥页岩井段，其它岩 层的参数不能用。 ④数据处理
求出岩石总强度（σt）¹⁄² 通过（σr） ¹⁄²=aH/1000+b，求该深度在正常趋势线上
所对应的岩石强度（σr） ¹⁄² 设Y=（σr） ¹⁄²/（σt）¹⁄²
则地层压力梯度为： Gp=Gm- [ 20（1-Y）]/ [nY （2-Y）H ] 式中： Gm---钻井液压力梯度 100kpa/m n=3.25/ [640 （σt）¹⁄²] 当 (（σt）¹⁄²≤1)时 n=(1/640 ) [4-0.79/（σt）¹⁄²]当(（σt）¹⁄²＞1)时
b、将上式整理得： （σo）¹⁄²关于（σt）¹⁄²的一元函数
并求出： （σt）¹⁄²=------
将上式与 岩石总强度公式联立，去除 （σt）¹⁄²
得（σo）¹⁄²与 H关系方程。
（实际岩石总强度与井深关系得以建立）
c、每米取一点连续作（σo）¹⁄²与 H关系曲线。 σo
压实段 （σr） ¹⁄²表示正常趋势线
b、伊顿公式：
⒈2
ρp=ρo-（ρo-ρn） × （dco/dcn）
dco dcn dc
c、麦克伦敦公式：
ρp=0.92 ㏒( dcn-dco)+1.98
上式中： dco—实际测得的dc值
dcn---正常趋势线上的dc值
ρo---上覆岩层压力
ρn---该地区地层流体密度
d、等效深度法： Gp=0.02306-0.01236He/H 式中:He—等效深度m H---欲求地层压力深度m dc He
a、 在各井段录取的R、 N、W、D、ρn 、 ρm等参数，分 别带入dc指数方程中，求出不同井深所对应的dc值并列表。 dc b、以dc值为横坐标、井深为纵坐标
在半对数坐标图上，描点、绘制
dc—H关系曲线
H
⑤、 dc指数法检测地层压力的方法（四种）
a、若玛纳公式：
ρp=ρn × dcn / dco
（σt）¹⁄²=(25.4W ¹⁄²N¼)/DR ¼ +0.0287(7-0.001H) 式中： （σt）¹⁄²----岩石总强度 100kp
W----钻压 t N----转数 r/min D----井径 mm R----转速 m/h H----井深 m
③具体方法：
a、设选取参数点的岩石总强度为（σo）¹⁄²，在考虑井内实际 压力和正常压差△p的影响下，得（σt）¹⁄²与（σo）¹⁄²的函数 关系式：
线重合 g、观察所求测点落在标准透明密度图版哪一条密度线上，
该密度线所指示的密度值即为该点地层压力的当量钻井 液密度。
（2） dc指数法（1971年Rehm和Mclenden提出）
①原理： dc指数法检测地层压力是通过钻进过程中，钻速 的变化来进行的。在不考虑钻井参数突然变化的条件下，
当钻进到欠压实地层时，由于地层孔隙压力高、井底压差 小，钻速上升。
t
H
2、钻进中检测地层压力 ---页岩密度法、dc指数法、sigmalog法
（1）页岩密度法： ①原理：岩层随沉积深度的增加，页岩压实程度增加，但
在压力过度带或异常高压层。由于岩层的欠压实，岩石 孔隙度大、密度小。
②岩样的选取要求：
a、在页岩井段每隔3-5m取一次样并除去杂质； b、用清水洗去岩屑上的钻井液。 c、烘干岩样 ③岩屑密度的测定（现场）
欠压实段
H d、求正常趋势线方程
在实测曲线中正常压力段取2个可信点（ （σr） ¹⁄²1，H1） 和（ （σr） ¹⁄²2，H2），求取正常趋势线方程；
（σr） ¹⁄²=aH/1000+b 式中：a---直线斜率 b---直线截距
d、求地层孔隙压力梯度 取异常压力点。（H） 通过（σt）¹⁄²=(25.4W ¹⁄²N¼)/DR ¼ +0.0287(7-0.001H)
封等原因；造成岩石密度、孔隙度不能随着埋藏深度的增加
而呈规律性的减小。其中未排出或残留的地层流体便成为支 撑上覆岩层压力的一部分。造成地层欠压实，形成高压层。
二、检测地层压力的方法
1、钻前检测地层压力---地震资料法 依据地震波在地层中传播时间的变化来预测地层压力
的变化。 原理：在压实地层中，随着深度的变化，岩石的密度越来 越大，地震波的传播速度也越来越快，传播时间越来越短。 在欠压实地层中，则相反。
（σo）¹⁄²= F（σt）¹⁄² 式中：F= 1+[1-（1+n²△p²）¹/²] / n △p （系数）
△p=0.1(ρm-ρn)H (密度差)n=3Leabharlann 25/ [640 （σt）¹⁄²]
当(（σt）¹⁄²≤1)时
n=(1/640 ) [4-0.79/（σt）¹⁄²] 当 (（σt）¹⁄²＞1)时
一、地层压力检测的依据—岩层欠压实
在沉积岩沉积过程中，随着沉积深度的增加，岩层受 到的上覆岩层压力增大，岩层的压石程度增加、密度变大、 孔隙度减少。
（正常沉积）
（欠压实沉积）
若沉积岩在沉积过程，由于受构造运动的影响或断层
的存在，局部形成了圈闭，在沉积过程中，岩层孔隙中的流 体不能有效地排出；
或由于沉积速度高于流体排出速度或细砂沉积导致密