第二章井身结构设计
井身结构设计
井身结构设计一、套管的分类作用1、表层套管主要用途：封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。
下深位置：根据钻井的目的层深度和地表状况而定，一般为上百米甚至上千米。
2、生产套管（油层套管）主要用途：用以保护生产层，提供油气生产通道。
下深位置：由目的层位置及完井方式而定。
3、中间套管（技术套管）在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。
主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。
4、尾管（衬管）是在已下入一层技术套管后采用，即在裸眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延伸到井口。
减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头负荷；节省套管和水泥。
一般在深井和超深井。
二、井身结构设计的原则1、有效地保护油气层；2、有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安全、快速钻进；3、钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力，不致压裂上层套管鞋处最薄弱的裸露地层；4、下套管过程中，井内钻井液液柱压力和地层压力间的压差不致于压差卡套管；5、当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范围内，具有压井处理溢流的能力。
三、井身结构设计的基础数据•地层岩性剖面、地层孔隙压力剖面、地层破裂压力剖面、地层坍塌压力剖面。
•6个设计系数：抽吸压力系数Sb；0.024 ～0.048 g/cm3激动压力系数Sg；0.024 ～0.048 g/cm3压裂安全系数Sf；0.03 ～0.06 g/cm3井涌允量Sk；：0.05 ～0.08 g/cm3压差允值∆p；∆P N: 15～18 MPa ，∆P A：21～23 MPa 四、井身结构设计方法套管层次和下入深度设计的实质是确定两相邻套管下入深度之差，它取决于裸眼井段的长度。
在这裸眼井段中，应使钻进过程中及井涌压井时不会压裂地层而发生井漏，并在钻进和下套管时不发生压差卡钻事故。
设计前必须有所设计地区的地层压力剖面和破裂压力剖面图，图中纵坐标表示深度，横坐标表示地层孔隙压力和破裂压力梯度，皆以等效密度表示。
《钻井与完井工程》复习资料
第一章 钻井概述1、钻井的定义：利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的园柱形孔眼的工程。
2、各类井型：(1)地质基准井<参考井>:为了了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理勘探提供各种参数所钻的井。
(2)预探井:主要上为探明油田面积，油水边界线，为油田计算可靠工业储量提供资料所钻的井。
(3)详探井:在已证实有工业开采价值的油田上，为确定油层参数，查明油田地质特性，为油田开发做好准备的井，这种井在油层部位要求全取心。
(4)生产<或开发>井:在已探明储量，有开采工业价值的油田构造上钻产油产气井(5)注水<气>井:为了提高采收率，达到稳产所钻的井。
注水注气的主要目的是为了给地层提供生产油气所必须的能量。
第二章 井身结构设计1、井身结构定义：套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)与套管尺寸的配合。
2、三压力：(1)地层压力( Formation Pressure) P P :是指作用在岩石孔隙流体(油气水)上的压力，也叫地层孔隙压力。
(2)地层破裂压力(Fracture Pressure)Pf:在井中，当地层压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层破裂压力。
(3)地层坍塌压力(Caving Pressure)Pc:当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌，我们称这个压力为地层坍塌压力。
3、静液柱压力(Hydrostatic pressure)Ph ：由液柱重力引起的压力。
4、上覆岩层压力 P 0(Overburden Pressure)：某处地层的上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的地层基质(岩石)和孔隙中流体(油气水)的总重力造成的压力。
5、压力梯度：单位高度(或深度)增加的压力值。
6、有效密度(当量密度)：钻井液在流动过程中有效地作用在井内的压力为有效液柱压力，通过有效压力换算得到的液体密度称为当量密度(ECD)。
7、DC 指数法预测地层压力的原理：机械钻速随压差的减少而增加。
第二章井身结构设计
第二章 井身结构设计井身结构设计就是钻井工程得基础设计。
它得主要任务就是确定套管得下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。
基础设计得质量就是关系到油气井能否安全、优质、高速与经济钻达目得层及保护储层防止损害得重要措施。
由于地区及钻探目得层得不同,钻井工艺技术水平得高低,国内外各油田井身结构设计变化较大。
选择井身结构得客观依据就是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。
主观条件就是钻头、钻井工艺技术水平等。
井身结构设计应满足以下主要原则:1.能有效地保护储集层;2.避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况与事故。
为安全、优质、高速与经济钻井创造条件;3.当实际地层压力超过预测值发生溢流时,在一定范围内,具有处理溢流得能力。
本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法,井身结构设计原理、方法、步骤及应用。
第一节 地层压力理论及预测方法地层压力理论与评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。
钻井工程设计、施工中,地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力就是合理钻井密度设计;井身结构设计;平衡压力钻井;欠平衡压力钻井及油气井压力控制得基础。
一、几个基本概念1.静液柱压力静液柱压力就是由液柱自身重量产生得压力,其大小等于液体得密度乘以重力加速度与液柱垂直深度得乘积,即0.00981hP H (2-1)式中:P h ——静液柱压力,MPa;r ——液柱密度,g/cm 3; H ——液柱垂直高度,m 。
静液柱压力得大小取决于液柱垂直高度H 与液体密度r ,钻井工程中,井愈深,静液柱压力越大。
2.压力梯度指用单位高度(或深度)得液柱压力来表示液柱压力随高度(或深度)得变化。
ρ00981.0==HP G hh (2-2) 式中:G h ——液柱压力梯度,MPa/m; P h ——液柱压力,MPa; H ——液柱垂直高度,m 。
石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示,即HP h00981.0=ρ (2-3)式中:r ——当量密度梯度,g/cm 3; 3.有效密度钻井流体在流动或被激励过程中有效地作用在井内得总压力为有效液柱压力,其等效(或当量)密度定义为有效密度。
第6讲-[第二章-套管柱及注水泥设计]——套管柱强度设计方法
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由套管性能表查得N－80、壁厚11.51mm套管，其抗挤强度为: 泥
σD1 =60.5MPa。
返 高
因此，实际安全系数为:
SD1
D1
Pco1
60.46 45.5
1.33
D1=3500
4.6.设计举例
3）确定第二段套管可下深度和第一段套管的使用长度。
由于外挤压力愈往上愈小, 根据既安全又经济的原则, 第
②N-80、10.36mm 水
泥
D2=3300
返
高①
D1=3500
4.6.设计举例
4）确定第三段套管可下深度和第二段套管的使用长度。
显然第三段套管底部由于承受其下部套管
可下深的度重:量, 其抗挤强度必定下降, 下入深度就
不可能达到2600m, 否则其底部安全系数必 ＜1.125。
由于第二段比第三段强度大, 应将第二段套 管长度增长, 即减少第三段的下入深度, 提 高其底部的抗挤系数, 以补偿双向应力的影 响。
③
D3=2300
2800
第二章 套管柱及注水泥设计
第1节 井身结构设计 第2节 生产套管尺寸的确定 第3节 套管柱强度设计 第4节 注水泥技术 第5节 复杂类型井套管柱设计和注水泥技术简介
第3节 套管柱强度设计
1. 套管、套管柱 2. 套管柱的载荷分析及套管强度 3. 定向井套管柱载荷计算 4. 套管柱强度设计
4.套管柱强度设计
特殊情况考虑；
API规定的安全系S数i : 1.10 ~ 1.33，一般取1.10 Sc 1.00 ~ 1.25，一般取1.00 St 1.60 ~ 2.00，一般取1.80
4.5.具体的设计步骤
Step3 计算内压载荷, 筛选符合内压强度的套管； 内压载荷由套管内外的流体综合产生。内压最大的情况一般出现在井 涌关井和特殊作业（压裂、…、注水）时, 内压的计算中间套管与生 产套管是不同的。 中间套管的计算方法如我们教材上P263介绍； 生产套管的计算方法在按补充方法进行。
第2讲_井身结构设计
测技术得到发展，特别是近平衡钻井的推广和井控技术的掌
握，使井身结构中套管层次和下入深度的设计，逐步总结出 一套较为科学的设计方法。
在“六五”期间，我国开始应用这套方法．首先在中原
油田取得很大效益。如在3500到4700m深井中，使平均事故 时间大幅度下降、建井周期缩短、钻井成本下降。
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5.1、中间套管设计
2.2、发生溢流（井涌）时
f 2
剖面图中最大地层压力梯度点对应的深度（m）
p m ax
Sb S
f
D p m ax D 21
Sk
井涌条件允许值
地层设计破裂压当量密度
激动压力系数
剖面图中最大地层压力对应的当量密度值 破裂压力安全增值 中间套管下入深度的初始假定点深度（m）
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3、井身结构设计中所需要的基础数据
地层破裂安全增值Sf由地区统计资料得到，一般取 0.031 g/cm3； 井涌条件允许值Sk由地区统计资料得到，一般取 0.051-0.10 g/cm3； 最大回压pwh由工艺条件决定，一般取2.0-4.0MPa；
. 钻压差允许值 卡
7、水泥返深设计
对于油层，生产套管的管外水泥返深至少应该在油 层顶部200m以上。对于气层，生产套管的管外水泥 返深至少应该在油层顶部300m以上；
中间套管的管外水泥返深至少应该在复杂或大断层
100m以上； 尾管的管外水泥返深至少在尾管的悬挂器以上；
表层套管的管外水泥返到地面。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
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5.1、中间套管设计
（2）中间套管下入深度 的初始假定点D21 在压力剖面图的横坐标 上，找出前面已经确定的
水平井剖面设计(第二章)
第二章 水平井剖面设计第一节 水平井剖面的设计容1、水平井剖面设计原那么水平井剖面的设计一般依据下面的几点：● 根据地质提供的入靶点止靶点三维坐标数据，计算水平段长，水平段稳斜角及设计方位角；● 确定剖面类型，考虑是否需要第一稳斜段，并考虑第一次增斜角的围； ● 确定水平井钻井方法及造斜率，选择适宜的靶前位移；● 初步计算井身剖面分段数据，根据水平井剖面设计中可供选择的五个根本参数(即造斜点，第一稳斜角，第一稳斜段长度及第二造斜率)，选择其中的任意三个，求出其它两个参数后，再进展井身剖面分段数据计算；● 对初选剖面进展摩阻、扭矩计算分析，通过调整设计的根本参数，选取摩阻及扭矩最小的剖面；● 根据初定剖面的靶前位移及设计方位角，计算出井口坐标，并到施工现场落实井位；● 复测井口坐标，对设计方位角及剖面数据进展微调，完成剖面设计。
2、水平井剖面设计的原理和方法2.1 水平段的数据计算假设水平段入靶点为A 点，止靶点为B 点，X 为南北坐标〔纵标)，Y 为东西坐标〔横标〕,A 点垂深为H a ,B 点垂深为H b (以转盘面为基准),地质提供的三维坐标可表示为A 点坐标〔X a ,Y b ,H a 〕,B 点坐标(X b ,Y b ,H b )● 水平段垂深(H ∆)的计算H ∆=H b 一H a假设H ∆>0,说明水平段井斜角︒90max α。
油藏程—完井方法假设H ∆=0,说明水平段井斜角︒=90max α。
井身结构—井笛剖面—钻具组合 假设H ∆>0,说明水平段井斜角︒90max α。
地面情况〔钻机〕● 水平段平增(S ∆〉的计算 ()()22a b a b Y Y X X S -+-=∆● 水平段井斜角max α的计算)(90max SH atn ∆∆-︒=α ● 水平段长L ∆的计算maxsin αS L ∆=∆ ● 设计方位角的计算a b a b X X X Y Y Y -=∆-=∆,2.2 增斜段的考虑因素、设计方法、数据计算增斜率确实定，首先应根据油藏特性及工程地质条件，确定水平井的类型，通常选长半径水平井,造斜率应小于6°/300m ；假设选中半径水平井，选斜率应大于6°/300m ；其次，造斜率的大小要考虑现有造斜工具的能力，并留有适当的余地以便进展调节；第三，造斜率的大小应考虑地面因素的影响，当地面条件决定了靶前位移较大时，那么选用较低的造斜率，相反，那么选用较高的造斜率；第四,在没有其它条件限制时，在现有工具造斜率的围，尽可能选用较高的造斜率，根据水平井摩阻与扭矩分析计算，在长、中半径水平井中，造斜率越高那么摩阻及扭矩越小。
井身结构设计课件16页PPT文档
– Sg:激动压力梯度当量密度； g/cm3； – Sg=0.024-0.048 g/cm3
井身结构设计
井身结构设计关键参数
最大井内压力梯度（续）
发生液流时：为了制止液流，如压井时井内压力 增高值为Sk,则最大井内压力梯度为：
mE maxSK
– Sk=0.060 g/cm3
生产套管根据采油方面要求来定。勘探井则按照勘探方 要求来定。
套管与井眼之间有一定间隙，间隙过大则不经济，过小 会导致下套管困难及注水泥后水泥过早脱水形成水泥桥 。间隙值一般最小在9.5~12.7mm(3/8~1/2in)范围，最 好为19mm（3/4in）。
四、套管尺寸与井眼尺寸选择及配合
3．套管及井眼尺寸标准组合
81/2
、卡钻等井下复杂情况,为全井 安全、优质、快速和经济地钻 进创造条件； 当实际地层压力超过预测值使 井出现液流时，在一定范围内 ，具有压井处理溢流的能力。
井身结构设计
套管类型
导管
钻表层井眼时，将钻井液从地表引导 到钻台平面上来。
表层套管
防止浅层水受污染，封闭浅层流砂、 砾石层及浅层气，支撑井口设备装置 ，悬挂依次下入的各层套管的载荷。
mEf Sf
ρf:上一层套管下入深 度处裸露地层的破裂 压力梯度； g/cm3
Sf：为避免将上一层套管 下入深度处裸露地层压裂 的安全值， Sf =0.0240.048 g/cm3
Gf Gp
当量泥浆密度
井身结构设计
最大允许压差
为了在下套管过程中，不致于发生压差粘卡 套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力 与地层压力的压力差值，即规定最大允许压 差。
井身结构设计
【钻井工程】井身结构设计
井
深 ，
表 套
m
破裂压力
技 套
设计 井深
地层压力
1.0 1.3 1.6
油套
1.8 当量密度，g/cm3
1. 自下而上的设计法
2）设计特点
（1）每层套管下入的深度最浅，套管费用最低。适合已探明 地区开发井的井身结构设计；
（2）上部套管下入深度的合理性取决于对下部地层特性了解 的准确程度和充分程度；
（3）应用于已探明地区的开发井的井身结构设计比较合理； （4）在保证钻井施工顺利的前提下，自下而上的设计方法可 使井身结构的套管层次最少，每层套管下入的深度最浅，从而达 到成本最优的目的。
（3） 0.00981 (dmax pmin ) Dpmin P
（4）
d max S f
Sk
Dpmax Dc1
fc1
防井涌 防井漏 防压差卡钻 防关井井漏
第三节 井身结构设计依据与原理
五、地层必封点
（1）钻进过程中钻遇易坍塌页岩层、塑性泥岩层、盐岩层、岩膏 层、煤层等，易造成井壁坍塌和缩径。 （2）裂缝溶洞型、破裂带地层、不整合交界面地层。 （3）含H2S等有毒气体的油气层。 （4）低压油气层的防污染问题。 （5）井眼轨迹控制等施工方面的特殊要求。SY/T 6396－2009 中第4.6条的规定：“井身结构除按SY/T5431的规定执行外，丛 式井组各井的表层下深宜交替错开10m以上。” （6）在采用欠平衡压力钻井时，为了维持上部井眼的稳定性，通 常将技术套管下至产层顶部。 （7）表层套管的下入深度应满足环境保护的要求。
油气井工程设计与应用
第一部分 井身结构设计
第一部分 井身结构设计
第一节 地层—井眼压力系统 第二节 井身结构设计的内容及套管层次 第三节 井身结构设计依据与原理 第四节 井身结构设计方法 第五节 套管与井眼尺寸的选择 第六节 设计举例
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第二章 井身结构设计井身结构设计是钻井工程的基础设计。
它的主要任务是确定套管的下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。
基础设计的质量是关系到油气井能否安全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层防止损害的重要措施。
由于地区及钻探目的层的不同，钻井工艺技术水平的高低，国内外各油田井身结构设计变化较大。
选择井身结构的客观依据是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。
主观条件是钻头、钻井工艺技术水平等。
井身结构设计应满足以下主要原则：1．能有效地保护储集层；2．避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故。
为安全、优质、高速和经济钻井创造条件；3．当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，具有处理溢流的能力。
本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法，井身结构设计原理、方法、步骤及应用。
第一节 地层压力理论及预测方法地层压力理论和评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。
钻井工程设计、施工中，地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力是合理钻井密度设计；井身结构设计；平衡压力钻井；欠平衡压力钻井及油气井压力控制的基础。
一、几个基本概念1．静液柱压力静液柱压力是由液柱自身重量产生的压力，其大小等于液体的密度乘以重力加速度与液柱垂直深度的乘积，即0.00981hP H （2-1）式中：P h ——静液柱压力，MPa ；——液柱密度，g/cm 3； H ——液柱垂直高度，m 。
静液柱压力的大小取决于液柱垂直高度H 和液体密度，钻井工程中，井愈深，静液柱压力越大。
2．压力梯度指用单位高度（或深度）的液柱压力来表示液柱压力随高度（或深度）的变化。
ρ00981.0==HP G hh （2-2） 式中：G h ——液柱压力梯度，MPa/m ； P h ——液柱压力，MPa ； H ——液柱垂直高度，m 。
石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示，即HP h00981.0=ρ （2-3）式中：——当量密度梯度，g/cm 3； 3．有效密度钻井流体在流动或被激励过程中有效地作用在井内的总压力为有效液柱压力，其等效（或当量）密度定义为有效密度。
4．压实理论指在正常沉积条件下，随着上覆地层压力P 0的增加，泥页岩的孔隙度减小，的减小量与P 0的增量dP 0及孔隙尺寸有关，即：0dP C d p φφ-=gdH dP 00ρ= gdH C d P 0φρφ-=∴令C P0g=C ，且积分上式CHe -=0φφ （2-4）式中：0——地表孔隙度； ——井深H 时的孔隙度； P 0——上覆地层压力；C P ——压实校正系数，C P >1。
即正常压实地层、泥页岩孔隙度是井深H 的函数。
也就是说正常地层压力段，随着井深H 增加，岩石孔隙度减小。
若当随着井深增加，岩石孔隙度增大，则说明该段地层压力异常。
压实理论是支持dc 指数，声波时差等地层压力预测技术的理论基础之一。
5．均衡理论指泥页岩在压实与排泄过程平衡时，相邻沙泥岩层间的地层压力近似相等。
均衡理论是支持地层压力预测技术不可缺少的理论基础。
6．上覆地层压力P 0地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和孔隙中流体的总重量（重力）所产生的压力，即面积重力流体重量重力岩石骨架重量)()(0+=P])1[(0009810p H φρρφ+-= （2-5） 式中：P 0——上覆岩层压力，MPa ； H ——地层垂直深度，m ； ——岩石孔隙度，%；0——岩石骨架密度，g/cm 3；p ——孔隙中流体密度，g/cm 3。
由于沉积压实作用；上覆岩层压力随深度增加而增大。
一般沉积岩的平均密度大约为2.3g/cm 3，沉积岩的上覆岩层压力梯度一般为0.226MPa/m 。
在实际钻井过程中，以钻台面作为上覆岩层压力的基准面。
因此在海上钻井时，从钻台面到海面，海水深度和海底未固结沉积物对上覆岩层压力梯度都有影响，实际上覆岩层压力梯度值远小于0.226MPa/m 。
例如，海上井的1524m 深处，上覆岩层压力梯度一般小于0.167MPa/m 。
上覆岩层压力还可用下式计算：H P b ρ00981.00= （2-6）式中：P 0——上覆岩层压力，MPa ； b ρ——沉积层平均体积密度，g/cm 3；H ——沉积层m 。
上覆岩层压力梯度一般分层段计算，密度和岩性接近的层段作为一个沉积层。
即 ∑∑∑∑==ii biiHH HP G )00981.0(010ρ（2-7）式中：G 0——上覆岩层压力梯度，MPa/m ； P oi ——第i 层段的上覆岩层压力，MPa/m ； H i ——第i 层段的厚度，m ；bi ρ——第i 层段的平均体积密度，g/cm 3。
上式计算的是上覆岩层压力梯度的平均值。
测得的体积密度越准确，计算出来的上覆岩层压力梯度也就越准确。
如果有密度测井曲线，就能很容易地计算出每一段岩层的平均体积密度。
如果没有密度测井曲线，可借助于声波测井曲线计算体积密度，不过，这是迫不得已才使用的方法。
还可以使用由岩屑测出的体积密度，但这种方法不太准确，因为岩屑在环空中可能吸水膨胀，使岩石体积密度降低。
在厚岩盐层和高孔隙压力带的一个小范围内，上覆岩层压力梯度可能发生反向变化。
高孔隙度的泥岩通常是异常高压层，其体积密度非常小。
如果异常高压层足够厚，就可能使总的平均体积密度降低。
实际上这些低密度带很薄，所以上覆岩层压力梯度的反向变化一般很小，而且发生在很小的范围内。
因而异常高压层的上覆岩层压力仍然增加，但增加的速率减慢。
7．地层压力（地层孔隙压力）P P地层压力是指岩石孔隙中流体的压力，亦称地层孔隙压力，用P P 表示。
在各种沉积物中，正常地层压力等于从地表到地下某处连续地层水的静液压力。
其值的大小与沉积环境有关，取决于孔隙内流体的密度。
若地层水为淡水，则正常地层压力梯度（G p ）为0.0981MPa/m ，若地层水为盐水，则正常地层压力梯度随含盐量的不同而变化，一般为0.0105MPa/m 。
石油钻井中遇到的地层水多数为盐水。
表2-1为不同地层水的正常地层压力梯度值。
地层流体 氯离子浓度 毫克/升 Ppm(NaCl) 正常地层压力梯度MPa/m 当量泥浆密度g/cm 3淡水 0 0 0.00981 1.0 微咸水 6098 12287 24921 10062 20273 41120 0.00989 0.0099 0.01004 1.003 1.010 1.024 海水 33000 54450 0.01012 1.033 盐水37912 51296 64987 62554 84638 107228 0.01019 0.01033 0.01049 1.040 1.054 1.070 典型海水含盐量梯度65287 79065 93507108373 123604 139320 155440 171905 188895107709 130457 154286 178815 203946 229878 256476 283473 311676 0.01050 0.01062 0.01078 0.01095 0.01107 0.01124 0.01140 0.01154 0.01171 1.072 1.084 1.100 1.117 1.130 1.147 1.163 1.178 1.195 饱和盐水1916003166400.011731.197在钻井实践中，常常会遇到实际的地层压力梯度大于或小于正常地层压力梯度的现象，即压力异常现象。
超过正常地层静液压力的地层压力（P P >P h ）称为异常高压。
8．骨架应力骨架应力是由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力（亦称有效上覆岩层压力或颗粒压力），这部分压力是不被孔隙水所承担的。
骨架应力可用下式计算：p P P -=0σ （2-8） 式中：——骨架应力，MPa ；P 0——上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层压力，MPa 。
上覆岩层的重力是由岩石基质（骨架）和岩石孔隙中的流体共同承担的。
当骨架应力降低时，孔隙压力就增大。
孔隙压力等于上覆岩层压力时，骨架应力等于零，而骨架应力等于零时可能会产生重力滑移。
骨架应力是造成地层沉积压实的动力，因此只要异常高压带中的基岩应力存在，压实过程就会进行，即使速率很慢。
上覆岩层压力、地层压力和骨架应力之间的关系如图2-1所示。
低于正常地层静液压力的地层压力（Pp<Ph ）称为异常低压。
二、异常压力 1．异常低压异常低压的压力梯度小于0.00981MPa/m，有的为0.0081~0.0088MPa/m，有的甚至只有静液压力梯度的一半。
世界各地钻井情况表明，异常低压地层比异常高压地层要少。
但是，不少地区在钻井过程中还是遇上不少异常低压地层。
如美国的得克萨斯州和俄克拉何马州的潘汉德尔（Panhandle）地区、科罗拉多州高地的部分地区、犹他州的尤英塔（Uinta）盆地、加拿大艾伯塔省中部下白垩统维金（Viking）地层、苏联的Chokrak和Karagan地区的第三纪中新世地层和伊朗的Arid地区都遇到异常低压地层。
图2-1 P0、Pp和之间的关系图2-2压力桥一般认为异常低压是由于从渗透性储集层中开采石油、天然气和地层水而人为造成的。
大量从地层中开采出流体之后，如果没有足够的水补充到地层中去，孔隙中的流体压力下降，而且还经常导致地层被逐渐压实的现象。
美国墨西哥湾沿海地带的地下水层被数千口井钻开之后，广大地区的水源头下降。
面积最大的是得克萨斯州的休斯敦地区，水源头下降的面积大约有12950平方公里。
从1954年至1959年，在卡蒂-休斯敦-帕萨迪纳-贝敦地区泵出水的20%左右是由于产水层的被压实而供给的。
在干旱或半干旱地区遇到了类似的异常低压地层，这些地层的地下水位很低。
例如在中东地区，勘探中遇到的地下水位在地表以下几百米的地方。
在这样的地区，正常的流体静液压力梯度要从地下潜水面开始。
2．异常高压异常高压地层在世界各地区广泛存在，从新生代更新统至古生代寒武系、震旦系都曾见到过。
正常的流体压力体系可以看成一个水力学的“敞开”系统，就是说流体能够与上覆地层的流体沟通，允许建立或重新建立静液条件。
与此相反，异常高的地层压力系统基本上是“封闭”的，即异常高压力层和正常压力层之间有一个封闭层，阻止或至少是大大地限制着流体的沟通。
封闭层可以是地壳中的一种或几种物质所组成的。
压力封闭的起因可以是物理的、化学的、或者是物理和化学的综合作用。
据目前所知，地层压力圈闭有表2-2所示的几种类型。
通常认为异常高压力的上限等于上覆岩层的总重量，即与0.0226MPa/m的压力梯度等效。
在一个区域的地层中，异常高压力将接近上覆岩层压力。
根据稳定性理论，它们是不能超过上覆岩层压力的。