第三章 地层压力检测
地层压力计算
地层压力快速测试解释技术1．地层压力分布原理：常规的地层压力是严格遵循达西定律，对于油井的分布曲线应该是这个规律的。
在不同的压力点其恢复曲线也不同，但最终的地层压力在影响半径处是相同的。
pr 由上图表明流动过程中如果确定不同的初始压力点，也可以计算出地层re（影响半径）处的地层压力2压力恢复曲线的测试：压力恢复曲线的测试是油田油井常用的测压手段，起测试的压力数据是压力-时间变化曲线。
常规的测试一般测试地层压力需要3天以上的时间，而低渗透油藏需要10多天甚至一个月以上的时间来判断和计算地层压力。
Pt3地层压力快速计算的原理：由地层压力分布曲线和压力测试曲线，看，在同一个井底压力的初始点，测试曲线稍微滞后一点。
但压力趋势是一致的，也就是说压力恢复曲线的测试实际就是压力分布曲线的测试。
在这个基础上，我们将t时刻的井底测试压力认为是距生产井r 处的压力传递过来的反应。
于是就有了pt=prpt----t时刻的井底测试压力pr---r处的压力于t时刻传递到井筒基于上述原理，我们就可以利用短时间内的压力恢复曲线来计算地层re处的压力了。
4测试时间要求：因为地层恢复过程有一些不可预料的因素，而且，测试仪器的精度等一些客观因素，在分析计算的时候，需要大量的数据来修正计算误差。
所以低渗透游藏一般测试时间安排至少一天，如果是常规油藏，测试时间4-6小时就可。
测试数据密度点要求：因为是短时间测试，需要高密度和高精度的压力传感器，一般设置为30秒一个测试压力点即可。
5低渗透油藏的新的测试方法：由于油井恢复速度慢，至少一天的时间，担心影响产量，可以测试对应水井，但要求是水井的注水压力高。
在地面用压力传感器和计算机自动化采集压降数据4-6小时即可。
这样是以水井的影响半径处的地层压力来替代油井的测试。
以减少测试时间。
6 技术优点：不占大量的生产时间，快速动态的分析地层压力变化。
计算方法合理，利用测试密度点是为了得到地层压力分布曲线的曲率，尤其适应低渗透油藏的测试计算。
井控习题集(答案)
17、× 18、√ 19、× 20、√ 21、×
22、√ 23、√ 24、√ 25、√ 26、×
27、√ 28、× 29、√ 30、× 31、√
32、× 33、√ 34、×
第三章 地层压力检测
35、√ 36、× 37、√ 38、× 39、√ 40、× 41、√ 42、×
第五章 溢流的原因、预防与显示
60、B 61、A 62、B 63、A 64、D 65、A 第六章 关井程序 66、D 67、C 68、B 69、A 70、C 71、D 72、A 73、B 74、D 75、A 第七章 井内气体的膨胀和运移 76、A 77、D 78、D 79、A 80、B 81、B 82、B
第十八章 井控相关设备
190、× 191、× 192、× 193、√ 194、
√ 195、× 196、√
第十九章 井控装置现场安装、试压与维护
197、√ 198、× 199、√ 200、× 201、
√ 202、√
第二十章 硫化氢的危害、防护和监测
203、√ 204、× 205、× 206、√ 207、
170、C 171、C 172、B 173、A 174、A 第十五章 套管头 175、B 176、C 177、A 178、D 179、C 180、A 第十六章 节流、压井管汇
181、D 182、A 183、A 184、B 185、C
186、C
187、D 188、D 189、D
第十七章 钻具内防喷工具 190、A 191、A 192、C 193、C 194、D 195、A 第十八章 井控相关设备 196、B 197、C 198、B 199、B 200、C 201、A 202、B 203、A
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。
地层压力检测规范
单位高度上的上覆岩层压力。
3.3
静水压力 hydrostatic pressure
单位流体重量与静液柱垂直高度的乘积。
3.4
静水压力梯度 hydrostatic pressure gradient
每单位深度上静水压力的变化量。
3.5
4.3dc指数
lg[3.282/（RPM×ROP）]Gn
dc＝ ×
lg[0.0684×WOB/Db]ECD
式中：
dc——dc指数值，无量纲；
RPM——转盘转速，单位为转每分（r/min）；
ROP——钻时，单位为米每分（m/min）；
Gn——正常液压梯度，单位为克每立方厘米（g/cm3）；
WOB——钻压，单位为千牛顿（kN）；
接单根出现的后效气或接单根时空气进入钻具内，钻井液循环一周时出现的气测异常。
3.12
后效气 trip gas
又称起下钻气。是指停泵后地层中的流体渗入钻井液中，再开泵循环出现的气测异常。
3.13
钻井气 drilled gas
在钻进过程中，因破碎岩柱而释放出的气体所形成的气显示。
3.14
抽汲气 swabbed gas
Db——钻头直径，单位为毫米（mm）；
ECD——当量循环钻井液密度，单位为克每立方厘米（g/cm3）。
4.4sigma指数
WOB0.5×RPM0.25
Ơt＝
Dh×ROP10.25
式中：
Ơt——sigma指数值，无量纲；
WOB——钻压，单位为吨（t）；
RPM——转盘转速，单位为转每分（r/min）；
Dh——钻头直径，单位为英寸（inch）；
井控技术(换证)
－消防沙不够。
－逃生路线等标记不清楚。风向标应装好。
GREAT WALL DRILLING COMPANY
乙方井控管理情况（其他国家）
－井控理念与国内不一样，国内以班组为主，国外以监督为中心。监督不 理解防喷演习频率。 －结合地区特色，形成自身特色。长井段分支水平井，垂深浅，起钻检查 溢流，处理都有自身特色。 －钻井队普遍比作业队安装、管理好。
GREAT WALL DRILLING COMPANY
乙方井控管理情况（苏丹）
井场布置问题 -主防喷管线不平直，出口距房20m（至少50m）. -辅防喷管线普遍不装压井管线。有的辅管线距远控台太近。 -油罐紧靠柴油机。（CNPC 要求大于20m.） -远控台距井口有些只有4~5m,7～8m.有些修井队就放在井口 边上。 -远控台操作普遍放在中位，应放在工作位置。 -远控台液压油，建议GWDC统一型号，使用10号航空液压 油，考虑粘度、抗温能力。
GREAT WALL DRILLING COMPANY
案例7
Well A-13 ，墨西哥湾，固井后水泥浆失重 引发井喷及着火。(2001).
GREAT WALL DRILLING COMPANY
2001年2月28日固完10-3/4‖ 表套
3月1日焊接卡瓦式套管套头 1:30发现有天然气泄漏，采 取灌海水、泥浆等措施无 效，
－管理方面，基本实现了体系联动。GWDC的HSE体系与 CNODC的体系协调性好。 －HSE管理。国外作了大量工作，尤其是在委内瑞拉，HSE 工作很好。GWDC和CNODC都将井控纳入HSE管理，加 强了井控管理。 －甲方监督是个人行为，非公司行为，如井场布局、管线装 坼由监督个人决定，没有标准。监督的指挥控制能力必须 与公司要求一致。 如ZPEB发电机房与远控房只隔1房间，里面放物品，与柴 油罐距3m.GWDC也有类似问题。
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。
地层压力检测技术知识讲解
(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
地层压力测井及井壁取芯技术简介
义
为了克服管柱式分层测试技术的不足。我们引进
了电缆泵吸式地层分层压力测试取样器。该备不仅
大大节约测试成本，缩短占井时间，而且井下封隔效
果好，资料符合率高。
套管井电缆泵抽式地层分层压力测试取样器 （CFT）
管柱测试与CFT测试的比较
管柱测试
测试成本高； 占井时间长； 井下封隔效果差，资料符合率低 不适合中低孔隙度地层。
泵出模块
在钻井过程中储层钻井液的侵 入是不可避免的，电缆地层测 试开始抽出的往往是冲洗带的 钻井滤液，它不代表储层流体 的类型和性质。在侵入较深的 情况下，需要长时间的抽出、 排液才能得到具有代表性的流 体。而泵出模块较好地实现了 此功能。在测试过程中，工作 人员可根据流体电阻率等流体 分析结果判断样品的污染程度， 以决定是否停止泵出，获得样 品。当管线中的流体为钻井滤 液时可通过泵出模块将抽出的 流体排至井筒，当分析管线中 抽出的是地层流体时可关闭泵 出模块，通过阀门操作将流体 排至取样筒，从而完成取样工 作。
下分隔器 取样筒 上分隔器 液压节
电子节
CFT的应用
直接获得的参数
地层压力 地层温度 井下流体分析 流体样品 流体电阻率
储量计算的部分参数
地层压力 油气水分布特征 地层渗透率 流体性质及高压物性 油井产油能力
地质应用
1、中低孔隙探井测试。随着石油勘探的难度尽一步加大，一些中低孔隙地层也将列入开发行 列，这些层的特点是井下单层多，管控测试困难，应用该项技术将节约成本50%以上，时间 将节约80%以上。
CFT测试
测试成本低，每井次测试成本 在10万元左右。
占井时间短，每井次仅需要1020个小时；
井下封隔效果好，资料符合率 高；
不受地层孔隙度影响。
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
地层压力预测与监测
比值式 Eaton法 等效深度式
比值式反算 回归统计式
地震资料 容积密度
修正正常趋势线
随钻估计及 试压压力
孔隙压力计算模型（二）
钻井资料
dc指数计算
声波测井 电(导)阻率
上覆压力
孔隙度资料 上覆压力
Sigma法 反算式
Eaton法 等效深度式
有效应力法
随钻检测压力
钻后评价压力
随钻或钻后评价
破裂压力计算模型（一）
按 b aVpa 型式回归 地震层速度
按 b a bt
或 b
a
b
t t
180 656
将上部或邻井回归 对下部声波求密度
钻前容积密度
随钻容积密度
预测下部井段
测井容积密度
计算不同阶段的上覆压力梯度
孔隙压力计算模型（一）
钻前初步预测
下部井段预测
随钻或钻后评价
Fillipono直接法
Eaton法
地震资料
随钻或钻后测井
漏失试验
Rocha简单法 Stephen法 Matthews和
Kelly法
反算构造应力系数
抗拉伸强度
骨架密度 骨架横波
上覆压力 孔隙压力 静态参数 密度声速 横波速度 粘土含量
Biot系数
黄荣樽式计算破裂压力
随钻或钻后评价破裂压力
坍塌压力计算模型
漏失试验 试验室测定结果
随钻或钻后测井
（5）测井法（钻井后）：电测（电阻率、页岩地层因子、 含盐度变化）、声波测井、传播间隔时间（时差测井）、 波列显示（变密度测井、特征测井等）、体积密度测井、 密度测井、氢指数、热中子俘获截面（脉冲中子测井）、 核磁共振测井、γ射线能谱测井；
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“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怀的是专门高压，有时称之为地质压力。
一、差不多概念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。
静水压力的运算公式如下：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。
通过流体能够传递任何施加的压力，而不随距离的变化而降低。
依照帕斯卡定律，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。
那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。
静水压力梯度的运算公式如下：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 的运算公式如下：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。
关于现场运算，孔隙压力与流体液柱的密度及垂直深度有关。
关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淌的压力缺失及温度效应的总和。
运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。
井控基础知识复习题(选择判断答案)
井控基础知识复习题弟一章绪论一、单项选择题1．井控是指对( C )的控制技术。
A．井口压力B．井涌C．．地层压力2．利用井内建立起来的各种压力去平衡地层压力的工艺技术称为( C )。
A．固控B．气控C．井控D．液控3．在钻井作业中，依靠适当的钻井液密度来控制住地层孔隙压力，使得没有地层流体侵入井内，井涌量为零，这种控制方法我们称之为( A )。
A．一次井控B．二次井控C．三次井控4．当井侵发生后，井口返出的钻井液量大于泵入量，停泵后井口钻井液自动外溢，这种现象称为( C )。
A．井侵B．井涌C．溢流D．井喷5．在钻井中，依靠正在使用的钻井液密度已不能平衡地层压力，这时要依靠地面设备和适当的井控技术排除溢流，恢复井内的压力平衡，我们称为( B )。
’A．一次井控B．二次井控C．三次井控二、填空题1．溢流、井涌、井喷和井喷失控反映了的严重程度，也反映了事故的严重程度。
2．井控是油气井压力控制的简称，按所采取的控制方法不同，井控可分为井控、井控和井控。
第二章压力一、单项选择题1．地层压力是指( C )。
A．该地层以上的上覆岩层的总重量B．从地表到该地层深度的静液柱压力C．地层孔隙内流体的压力D．地层所承受的压力2．过大的抽汲压力会使井底压力( C )。
A．不变B．变大C．变小D．猛增3．当钻柱向下运动时，井内钻井液( C )，而使井底压力增加。
A．及时上流B．不流动C．不能及时上流D．及时向下流动4．起钻拔活塞没有( B )的现象。
A．连续遇卡B．泵压下降C．钻具内液面下降D．环空液面随钻具上行5．钻头泥包对抽汲压力( A )。
A．有影响B．影响不大C．无影响D．有时有影响6．当井底压力与地层压力之差( A )时，井底压力为过平衡。
A．Δp>O B．Δp≥0 C．Δp<0 D．Δp≤O7．井内裸露的地层承压是有限的，当压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力我们称为( B )压力。
A．传播B．地层破裂C．地层D．液柱8．欠平衡(负压)钻井技术，在钻进的过程中允许地层流体进入井内，并在( D )得到控制。
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）
地层压力-地层破裂压力-地层坍塌压力预检测
地层压力-地层破裂压力-地层坍塌压力预检测地层破裂压力和坍塌压力预测摘要地层破裂压力和地层坍塌压力是钻井工程设计的重要依据，对确定合理的钻井液密度和其他钻井参数有重要意义。
在参考了一些书籍和相关论文的基础上，对地层破裂压力和坍塌压力的预测方法做出了较为系统的总结。
地层破裂压力的预测主要有H-W模式和H-F模式，包括伊顿法、黄荣樽法、安德森法等；地层坍塌压力的预测主要基于井壁岩石剪切和拉伸破坏的原理。
关键词：破裂压力；坍塌压力；预测第一章前言地层破裂压力是指使地层产生水力裂缝或张开原有裂缝时的井底流体压力。
它是钻井和压裂设计的基础和依据。
如何准确地预测地层破裂压力，对于预防漏、喷、塌、卡等钻井事故的发生及确保油气井压裂增产施工的成功有着重要的意义。
地层坍塌压力是指随着钻井液密度的降低，井眼围岩的剪应力水平不断提高，当超过岩石的抗剪强度时，岩石发生剪切破坏时的临界井眼压力。
它的确定对于确定合理的钻井液密度和钻井设计及施工有重要意义。
地层三项压力研究历史及发展现状：八十年代以前，地层孔隙压力以监测为主，地层破裂压力预测处于经验模式阶段，如马修斯-凯利模式、伊顿模式等。
没有地层坍塌压力的概念。
八十年代，提出了地层坍塌压力的概念，从理论上对地层三个压力进行了公式推导。
九十年代以来，一般根据岩石力学的基本原理由地应力和地层的抗拉强度预测地层的破裂压力，进入实用技术开发阶段。
目前，地层三项压力预测技术已经得到广泛的重视，也从各个方面对其进行了研究和应用：●室内实验研究方法（研究院）●地震层速度法（石大北京）●常规测井资料法（华北钻井所、石大）●页岩比表面积法（Exxon)●人造岩心法(Norway)●岩屑法(Amoco、石油大学）●LWD、SWD法（厂家）●经验模式法（USA)第二章地层三项压力预测机理2.1 地应力模型1、各向同性模型利用电缆地层测试或压力恢复测试资料，在不考虑构造应力影响情况下，各向同性模型计算水平应力公式为：()p p b x P P P PR PR αασ+--=01（2-1）式中：PR —泊松比；Pob —上覆岩层压力；Pp —孔隙流体压力；α — Biot 常量。
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三、检测地层压力的方法
检测异常地层压力的原理是依据压 实理论：随着深度的增加，压实程度增 加，孔隙度减小。
1、钻井前预测地层压力。 2、钻进中检测地层压力。 3、钻进后检测地层压力。
1、 钻井前用传播时间预测地层压力
预测地层压力可有两种方法：
（1）参考邻井资料
邻井的电测数值能够很准确的反映出各个地层 深度 的地层压力数值，这是最好的参考资料，大多 数新井钻井过程中的高压层位置都是与邻井电测资 料进行对比得到的。在钻进中可以按邻井的高压层 压力值适当的调整钻井液密度，实施近平衡钻井。
d用下式表示
d
log
0.0547 R N
log
0.673 D
log
3.282 L NT
log
0.673W D
式中 R---钻速，m / h；
w---钻压，t；
L---进尺；m； N---转数，r / min；
D---钻头直径，mm； T---钻时，min 。
m---所用钻井液密度，g /cm3。 n---地层水密度g /cm3。
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。
岩屑选取
a）在页岩井段，每3--5米取一次砂样，钻速 快时可10--20米 取一次，钻速慢时，重要 层位也可每米取一次。同时卡 准迟到时 间。
3、钻进后检测地层压力
1）声波时差法：
原理：声波测 井记录的纵向 声波速度是孔 隙度和岩性的 函数。如图3-11所示。
由图可见：在正常压力地层，随井 深的增加，地层孔隙度减小，使声 波传播速度加快，当声波到达油气 层时，传播速度减小。
2)利用电阻率评价地层压力
原理：不同地层的电阻率不同。正常情况下，随着地 层的加深，岩石孔隙度减小，电阻率减小。如图3--12
图3-3粘土成岩中形成的异常高压
28页
2、异常压力形成机理
压实作用： 密度差作用： 构造运动： 流体运移： 成岩作用 其它原因：
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。如图3-4 所示
图3-4由于地层流体密度差形成的异常压力
见图3-1
图3-1地层压力异常 23 正常孔隙压力
2、异常压力形成机理
压实作用： 密度差作用： 构造运动： 流体运移： 成岩作用 其它原因：
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。
图3-2构造运动形成的异常压力
断层形成的 异常高压
盐丘体侵 入形成的 异常高压
原始压力型 异常高压
2、异常压力形成机理
压实作用： 密度差作用： 构造运动： 流体运移： 成岩作用 其它原因：
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。
第三章 地层压力检测
一、压力检测的目的及意义
1、异常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、保护和利用自然资源。
例 如图3-4 所示，设4000米处为正常压力，水的 密度1.02g /cm3,气的密度为0.0959g /cm3,则4000 米处的压力
P4000=9.811.02 4000 =40024.8kPa
则3000米处的压力
p3000=40024.8-9.8(0.095)(4000-3000)=39.08Mpa
二、异常压力的区分及形成的机理
1、区分 2、异常压力形成机理
压实运用： 密度差作用： 构造运动： 流体运移： 成岩作用： 其它原因：
二、异常压力的区分及形成的机理
1、区分：若设正常地层压力时地层水密度为 n，则地 层压力当量密度e ，
当e = n时，等于1.07g/cm3为压力正常; 当e > n时，大于1.07 g/cm3为异常高压; 当 e<n时，小于1.07g/cm3为异常低压。
2、异常压力形成机理
压实作用： 密度差作用： 构造运动： 流体运移： 成岩作用 其它原因：
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
2、异常压力形成机理
压实作用： 密度差作用： 构造运动： 流体运移： 成岩作用 其它原因：
6）形成异常高压的其它原因 地面剥蚀； 注水；
常趋势线。 e）重矿物在岩屑中的存在会使密度升高。
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。
1.488D log w d 18.288N log R
dc指数表达式是:
dc d n m
通过细粒沉积，如页岩或蒸发岩的压实， 渗透性自然减少，便会造成密封，产生异 常压力。
总之，压实作用是沉积压实产生的。 在有渗透通道时，不会产生异常压力；在 渗透通道被封闭时，封闭在下部的地层孔 隙压力会成为异常高压。或者说，如果正 常压实，孔隙压力也正常；如果压实不足， 孔隙度大，便是异常高压。
2、异常压力形成机理
2）标准密度法。把准备好的岩屑放入标准密 度液中，看其在液柱内停留的位置，直接读 出刻度所示的密度大小。
现象对比：
正常压力带：井深，机械钻速，
岩屑量, 颗粒小且圆滑。
异常压力带：井深，机械钻速 ，岩
屑量， 颗粒大，棱角分 明，多为片状。
影响岩屑密度的因素
a）岩屑内有天然气，使测得的密度下降。 b）岩屑混杂。 c）操作人员的仔细程度。 d）地质年代交界面，不整合面，影响正
压实作用： 密度差作用： 构造运动： 流体运移： 成岩作用 其它原因：
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。如图3-2所示。
四、地层破裂压力
1 概念
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。
地层破裂压力梯度是指每单位深度增加的 破裂压力值。
2 地层破裂压力计算公式：
Gf
Pf H
0.0098 MF
3、破裂压力的验证法
实
实
注
验
验
意
目
步
事
的
骤
项
思考题
1、什么是异常地层压力？ 2、异常地层压力是怎样形成的？ 3、钻井中检测地层压力的方法有那些？ 4、什么是dc指数法？ 5、什么是地层破裂压力梯度？压力地层，随着岩石埋藏深度的增加，上 面的岩石压力逐渐增加，地层孔隙度逐渐减小， 这就使地震波的传播速度随岩石埋藏深度的增加 而成正比的增加。当地震波到达高压油气层时， 由于高压油气的存在，使地层孔隙度增加，使地 震波传播的速度随之下降。人们可以根据地震波 在高压油气层中传播速度的减小值来确定高压层 的压力值。
b）用清水洗去岩屑上的钻井液。 c）用吸水纸将岩屑擦干。
(2)岩屑密度的测定
1）密度称法
取准备好的岩屑若干,加入到钻井液密度计 的杯子里,使其加盖后称得密度恰好等于1克每 立方厘米。 然后用淡水冲满杯子，加盖后再次测得密 度值为T。
将以上数据代入下式计算页岩岩屑 的密度值。
sh
1
2
T
_ 页岩密度，g / cm3。 sh