油气井压力控制
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11.1地层压力、破裂压力及坍塌压力
• 一、地层压力的有关概念
(the Concept of Formation Pressure) 1、静液压力:渗透性地层中液体液柱重量引起 的静液柱压力
Ph g H
式中 Ph——深Ｈ处的静液压力，Pa； ρ——液体密度，kg/ m3 ； 地层水密度：1.3×103～1.07×103 原油密度：0.88×103 泥浆密度：1.04×103～2.35×103 水泥浆密度：1.8×103～1.9×103 H——液柱垂直高度，m。
（1）地震资料（地震层速度法）
（2）钻井资料 (dc指数法) （3）测井资料 （声波时差法）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、地层破裂压力(Formation Fracture Pressure)
•
1、定义：使地层受压破裂的最低压
力（1.6～2.4 07g/cm3 ）
•
2、因素：埋藏深度，地质年代，覆 盖压力，地层压力，岩石性质，岩石应 力状态，岩石压实程度
受侵，钻井液静止不流动
Ｐ钻＝0； Ｐ套＝0；
Ｐ底＝Ｐ钻静＝Ｐ环静＝9.81Ｈρ ；
Ｐ鞋＝9.81Ｈ’ρ ；
（2）标准循环状态
—— 未钻入油、气、水高压层，钻 井液未受侵，井口敞开 Ｐ钻＝Ｐ循＝Ｐ泵＝Ｐ立管；
Ｐ套＝0；
Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循；
Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循；
（3）大排量循环状态
钻入高压油、气层，环空一段钻井液受侵，
二、失去压力平衡的原因
（一）压力组成
1、洗井液液柱静压力 2、抽吸压力（拔活塞） 影响因素：上提速度 ↑ 、钻井液粘度 和切力↑、钻头泥包↑→抽吸压力↑
3、激动压力
（1）下钻激动压力 因素：下钻速度↑、钻井液粘度和切力↑、 井径↓→激动压力↑ （2）开泵激动压力 因素：钻井液流变性，静止时间，钻具、 井眼几何尺寸，温度、压力。
pe p g H
4．压力系数
——某一点处的压力与该深度处的淡
水柱静压力之比。
P 压力系数 水 g H
五、压力剖面的具体应用简介
•
• •
1、确定合理的井身结构
2、确定合理的钻井液密度 3、防止井喷、卡钻、井漏等事故的发生
11.2地层--井眼压力平衡和平衡的破坏
一 、 地 层 - - 井 内 压 力 平 衡 ( Formation-Wellbore
关闭封井器以调节阻流器控制套管回压 Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循＋Ｐ套（要求＞Ｐ地）
Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循＋Ｐ套（要求＜Ｐ破）
3、钻井压力控制-Drill Pressure Control
根据Ｕ形管压力平衡原理，使用压 力控制设备，按规定的方法和程序，建 立和保持井内的压力平衡。
Ｐ底＝Ｐｅ＋Ｐ地＝Ｐ地＋9.81Ｈ△ρ △ρ＝0.05～0.1 g/cm3 (油层) △ρ＝0.07～0.15 g/cm3 (气层)
四、地层流体侵入井内的特点
3、确定方法
（1）公式估算法 P 休伯特（Hubbert）法 马修斯（Matthews）法 伊顿（Eaton）法 P1 （2）液压试验法 a 关闭环形空间 b 小排量（0.66～1.32L／s） c 记录灌注液量和立管压力 立管压力突降（峰值）——漏失压力P1 1 G f 9. 81 P Gf——地层破裂压力梯度，kpa/m。
Pressure Balanced) 1、压力系统模型 P钻静＝9.81Hρ P环静＝9.81[(H－h)ρ +hρ ’] P底＝P环静＋P环循＋P套 P鞋＝P鞋静＋P鞋循＋P套
p地 ' p底 H p鞋 h p钻 p套
2、几种常见井内压力关系
（1）静止平衡状态
——未钻入高压油、气、水层，钻井液未
2、上覆岩层压力(Overburden Pressure)
——覆盖在某一深度处地层以上的地 层岩石和岩石孔隙中的流体的总重量造成 的压力
Po 9.8 H[(1 )rm ]
式中 Po——上覆岩层压力，Pa； H——该处垂直深度，m；
ρ——岩石孔隙中流体的密度， kg/ m3 ； Φ——岩石孔隙度，％；
H
T
三、地层坍塌压力
—— 当井眼压力小于某一压力值时，
井壁岩石在地应力的作用下发生变形破
裂，此时的压力称为坍塌压力
四、压力的表示方法
1、压力值形式表示 公制 Mpa，Kpa，Pa； 英制 psi 1 MPa=103 KPa= 106 Pa； 1 MPa = 145 psi； 2、压力梯度 单位长度（深度）压力增长值。 Gh=Ph/H 3、当量泥浆密度 ——某一点处的压力与某一密度的泥浆在 该深度处的静液压力相等，则称该密度值 为该压力的当量密度。
rm——岩石密度，。
3、地层压力Pp（Pore Pressure)
——某地层岩石孔隙和裂缝中油、气、水等流 体的压力
P o P p
连通体系：Pp＝Ph 封闭体系：→异常高压地层、异常低压地层
异常高压：地层压力高于正常压力；
异常低压：地层压力低于正常压力； 正常压力标准：1.0～1.07g/cm3淡水或盐水静液柱压力。
P kb 3. 3 Dh D p
Pkb——开泵压力。
4、环空压降引起的压力增量
因素：钻井液流变性；井深；钻具、井眼几
何尺寸；温度；压力。
5、其它原因引起的压力增加（井口憋回压）
6、起钻未及时灌钻井液或灌入量不足，井内 液面下降，井底液柱压力下降。
（二）失去压力平衡的原因
1．钻井液密度偏低，Ｐ环静↓；
4、异常高压起因-the Case of Abnormally Pressure
由静液柱压力引起的压力 异常 由欠压实（圈闭）引起的 高压 a、垂直方向 b、水平方向 压力圈闭＋压实─→异 常高压─→阻碍压实─→ 欠压实
C B A S
5、异常高压预报-the Forecast of Abnormally Pressure
2．突然钻遇高压油、气层； 3．起钻未灌浆→液柱高度↓； 4．钻头或钻铤泥包＋起钻速度过快→抽吸 压力↑；
5．油、气上串→体积膨胀→Ｐ环静↓↓；
6．井漏→液柱高度↓→Ｐ环静↓。
三、地层流体的发现和应采取的措施
Pm < Pp → 地层流体进入井底 →
Pm↓→溢流速度↑
1、溢流时的异常现象
2、监测方法 3、溢流发现后的处理措施
• 一、地层压力的有关概念
(the Concept of Formation Pressure) 1、静液压力:渗透性地层中液体液柱重量引起 的静液柱压力
Ph g H
式中 Ph——深Ｈ处的静液压力，Pa； ρ——液体密度，kg/ m3 ； 地层水密度：1.3×103～1.07×103 原油密度：0.88×103 泥浆密度：1.04×103～2.35×103 水泥浆密度：1.8×103～1.9×103 H——液柱垂直高度，m。
（1）地震资料（地震层速度法）
（2）钻井资料 (dc指数法) （3）测井资料 （声波时差法）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、地层破裂压力(Formation Fracture Pressure)
•
1、定义：使地层受压破裂的最低压
力（1.6～2.4 07g/cm3 ）
•
2、因素：埋藏深度，地质年代，覆 盖压力，地层压力，岩石性质，岩石应 力状态，岩石压实程度
受侵，钻井液静止不流动
Ｐ钻＝0； Ｐ套＝0；
Ｐ底＝Ｐ钻静＝Ｐ环静＝9.81Ｈρ ；
Ｐ鞋＝9.81Ｈ’ρ ；
（2）标准循环状态
—— 未钻入油、气、水高压层，钻 井液未受侵，井口敞开 Ｐ钻＝Ｐ循＝Ｐ泵＝Ｐ立管；
Ｐ套＝0；
Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循；
Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循；
（3）大排量循环状态
钻入高压油、气层，环空一段钻井液受侵，
二、失去压力平衡的原因
（一）压力组成
1、洗井液液柱静压力 2、抽吸压力（拔活塞） 影响因素：上提速度 ↑ 、钻井液粘度 和切力↑、钻头泥包↑→抽吸压力↑
3、激动压力
（1）下钻激动压力 因素：下钻速度↑、钻井液粘度和切力↑、 井径↓→激动压力↑ （2）开泵激动压力 因素：钻井液流变性，静止时间，钻具、 井眼几何尺寸，温度、压力。
pe p g H
4．压力系数
——某一点处的压力与该深度处的淡
水柱静压力之比。
P 压力系数 水 g H
五、压力剖面的具体应用简介
•
• •
1、确定合理的井身结构
2、确定合理的钻井液密度 3、防止井喷、卡钻、井漏等事故的发生
11.2地层--井眼压力平衡和平衡的破坏
一 、 地 层 - - 井 内 压 力 平 衡 ( Formation-Wellbore
关闭封井器以调节阻流器控制套管回压 Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循＋Ｐ套（要求＞Ｐ地）
Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循＋Ｐ套（要求＜Ｐ破）
3、钻井压力控制-Drill Pressure Control
根据Ｕ形管压力平衡原理，使用压 力控制设备，按规定的方法和程序，建 立和保持井内的压力平衡。
Ｐ底＝Ｐｅ＋Ｐ地＝Ｐ地＋9.81Ｈ△ρ △ρ＝0.05～0.1 g/cm3 (油层) △ρ＝0.07～0.15 g/cm3 (气层)
四、地层流体侵入井内的特点
3、确定方法
（1）公式估算法 P 休伯特（Hubbert）法 马修斯（Matthews）法 伊顿（Eaton）法 P1 （2）液压试验法 a 关闭环形空间 b 小排量（0.66～1.32L／s） c 记录灌注液量和立管压力 立管压力突降（峰值）——漏失压力P1 1 G f 9. 81 P Gf——地层破裂压力梯度，kpa/m。
Pressure Balanced) 1、压力系统模型 P钻静＝9.81Hρ P环静＝9.81[(H－h)ρ +hρ ’] P底＝P环静＋P环循＋P套 P鞋＝P鞋静＋P鞋循＋P套
p地 ' p底 H p鞋 h p钻 p套
2、几种常见井内压力关系
（1）静止平衡状态
——未钻入高压油、气、水层，钻井液未
2、上覆岩层压力(Overburden Pressure)
——覆盖在某一深度处地层以上的地 层岩石和岩石孔隙中的流体的总重量造成 的压力
Po 9.8 H[(1 )rm ]
式中 Po——上覆岩层压力，Pa； H——该处垂直深度，m；
ρ——岩石孔隙中流体的密度， kg/ m3 ； Φ——岩石孔隙度，％；
H
T
三、地层坍塌压力
—— 当井眼压力小于某一压力值时，
井壁岩石在地应力的作用下发生变形破
裂，此时的压力称为坍塌压力
四、压力的表示方法
1、压力值形式表示 公制 Mpa，Kpa，Pa； 英制 psi 1 MPa=103 KPa= 106 Pa； 1 MPa = 145 psi； 2、压力梯度 单位长度（深度）压力增长值。 Gh=Ph/H 3、当量泥浆密度 ——某一点处的压力与某一密度的泥浆在 该深度处的静液压力相等，则称该密度值 为该压力的当量密度。
rm——岩石密度，。
3、地层压力Pp（Pore Pressure)
——某地层岩石孔隙和裂缝中油、气、水等流 体的压力
P o P p
连通体系：Pp＝Ph 封闭体系：→异常高压地层、异常低压地层
异常高压：地层压力高于正常压力；
异常低压：地层压力低于正常压力； 正常压力标准：1.0～1.07g/cm3淡水或盐水静液柱压力。
P kb 3. 3 Dh D p
Pkb——开泵压力。
4、环空压降引起的压力增量
因素：钻井液流变性；井深；钻具、井眼几
何尺寸；温度；压力。
5、其它原因引起的压力增加（井口憋回压）
6、起钻未及时灌钻井液或灌入量不足，井内 液面下降，井底液柱压力下降。
（二）失去压力平衡的原因
1．钻井液密度偏低，Ｐ环静↓；
4、异常高压起因-the Case of Abnormally Pressure
由静液柱压力引起的压力 异常 由欠压实（圈闭）引起的 高压 a、垂直方向 b、水平方向 压力圈闭＋压实─→异 常高压─→阻碍压实─→ 欠压实
C B A S
5、异常高压预报-the Forecast of Abnormally Pressure
2．突然钻遇高压油、气层； 3．起钻未灌浆→液柱高度↓； 4．钻头或钻铤泥包＋起钻速度过快→抽吸 压力↑；
5．油、气上串→体积膨胀→Ｐ环静↓↓；
6．井漏→液柱高度↓→Ｐ环静↓。
三、地层流体的发现和应采取的措施
Pm < Pp → 地层流体进入井底 →
Pm↓→溢流速度↑
1、溢流时的异常现象
2、监测方法 3、溢流发现后的处理措施