地层压力公式

地层压力公式
1．静液压力Pm
(1)静液压力是由静止液柱的重量产生的压力，其大小只取决于液体密度和液柱垂直高度。

在钻井中钻井液环空上返速度较低，动压力可忽略不计，而按静液压力计算钻井液环空液柱压力。

(2)静液压力Pm计算公式：
Pm＝0.0098ρmHm (2—1)
式中 Pm——静液压力，MPa；
ρm——钻井液密度，g／cm3；
Hm——液柱垂直高度，m。

(3)静液压力梯度Gm计算公式：
Gm＝Pm／Hm＝0.0098ρm(2—2)
式中 Gm——静液压力梯度，MPa／m。

2．地层压力Pp
(1)地层压力是指地层孔隙中流体具有的压力，也称地层孔隙压力。

(2)地层压力Pp计算公式：
Pp＝0.0098ρpHp(2—3)
式中 Pp——地层压力，MPa；
ρp——地层压力当量密度，g／cm3；
Hm——地层垂直高度，m。

(3)地层压力梯度Gp计算公式：
Gp＝Pp／Hp＝0.0098ρp(2—4)
式中 Gp——静液压力梯度，MPa／m。

(4)地层压力当量密度ρp计算公式：
ρp＝Pp／0.0098Hm＝102Gp(2－5)
在钻井过程中遇到的地层压力可分为三类：
a.正常地层压力：ρp＝1.0～1.07g／cm3；
b.异常高压：ρp>1.07g／cm3；
c.异常低压：ρp<1.0g／cm3。

3．地层破裂压力Pf
地层破裂压力是指某一深度处地层抵抗水力压裂的能力。

当达到地层破裂压力时，使地层原有的裂缝扩大延伸或使无裂缝的地层产生裂缝。

从钻井安全方面讲，地层破裂压力越大越好，地层抗破裂强度就越大，越不容易被压漏，钻井越安全。

一般情况下，地层破裂压力随着井深的增加而增加。

所以，上部地层(套管鞋处)的强度最低，易于压漏，最不安全。

(1)地层破裂压力Pf计算公式：
Pf＝0.0098ρfHf(2－6)
式中 Pf——地层破裂压力，MPa；
ρf——地层破裂压力当量密度，g／cm3；
Hf——漏失层垂直高度，m。

(2)地层破裂压力梯度Gf计算公式：
Gf＝Pf／Hf＝0.0098ρf(2－7)
式中 Gf——地层破裂压力梯度，MPa／m。

注意；地层破裂压力是合理进行井身结构设计、制定钻井施工和确定最大关井套压的重要依据之一。

(3)地层破裂压力试验的工作程序：
a.试验前安全准备：当钻至套管鞋以下第一层砂岩时，用水泥车或柱塞泵进行试验，而裸眼长短根据砂岩层的厚度决定；试验前应处理好钻井液性能(尤其是ρm)，保证试验时钻井液性能均匀、稳定；将上提钻头至套管鞋内。

b.地层破裂压力试验：关闭井口(一般关半封闸板防喷器)；试验开始时缓慢启动泵，以小排量(0．66～1．32L／s)向井内泵入钻井液，每泵入15L钻井液，稳压2min；作漏失试验曲线。

曲线中偏离直线之点的压力PL则为漏失压力；计算破裂压力当量密度(ρf)：
ρf ＝ρm试＋PL／0.0098Hf (2—8)
式中ρf——破裂压力当量密度，g／cm3；
ρm试——试验所用钻井液密度，g／cm3；
PL——地层漏失时的井口压力，MPa；
Hf——裸眼段中点井深，m。

二．压井数据的计算
1.关井立管压力的确定
关井之初，井底压力小于地层压力，地层流体继续侵入井内，表现为关井立管压力增加。

经一段时间后，关井立管压增加到一定值，井底压力与地层压力平衡。

这时地面记录的关井立管压力才真实反映地层压力。

（一般渗透性好地层需要10~15min），钻具内是否装有止回阀，立管压力求法不同。

①钻具中未装止回阀时关井立压的求法
钻具中未装止回阀时，关井立压可以从立管压力表上读得，注意压力的传播时间。

②钻具中装有止回阀时关井立压的求法
A.已知小排量和对应泵压的求法（循环法）
条件：事先进行了低泵速测试，知道小排量循环时的泵压。

具体操作：缓慢启动泵适当打开节流阀，循环中使套压等于关井套压保持不变；当排量达到预计排量时，记录此时循环立管压力PT，停泵后关节流阀。

因PT＝Ｐd＋Ｐｃ故Ｐd＝PT—Pc
B.未进行低泵速测试的求法（蹩压法）
条件：关井条件下，用小排量向井内蹩注钻井液、顶开止回阀的方式求立管压力。

具体操作：缓慢启动泵，小排量向井内注入钻井液，当止回阀被顶开、套压由关井套压上升到某一值时停泵，(当套压超过关井套压0.5~1MPa时，说明钻具止回阀被顶开。

)
同时记录套压、立管压力。

（由于压力传播滞后，一般控制立压不超过套压）
因Ｐd＝Ｐd1—ΔＰa 及ΔＰa＝Pa1—Pa所以Ｐd＝Ｐd1—（Pa1—Pa）。

式中：Pa——关井套压；
ΔＰa——井内蹩压；
Pa1——停泵时记录的套压；
Ｐd1——停泵时记录的立压。

2.溢流种类的判别
原理：天然气密度小于钻井液密度，环空液柱压力小于钻柱内液柱压力，造成关井套压大于关井立压。

当侵入环空的地层流体数量一定时，地层流体密度越小，环空液柱压力越小，关井套压与关井立压差值越大。

①根据关井压力计算地层流体压力梯度Gw＝Gm－(Pa－Ｐd)/hw
式中：Gw——地层流体压力梯度；
Gm——钻井液压力梯度；
hw——地层流体在环空所站高度（与溢流量多少有关）
②根据Gw判断地层流体种类
Gw＝0.01~0.12兆帕/米，盐水；
Gw＝0.0012~0.0035兆帕/米，天然气；
Gw＝0.0035~0.01兆帕/米，油或混合流体。

注意：计算是否精确，取决于溢流量计量、井径知否精确；钻头提离井底较长就没法判断。

3.压井液密度的确定
①根据地层压力计算：Pp＝0.0098ρmH＋Pd或ρmk＝102Pp/H＋ρe
②根据立管压力计算：ρmk＝ρm＋102Pd/H＋ρe
式中：ρmk——压井液密度；
ρm——原钻井液密度；
ρe——钻井液密度附加安全值；一般取：油井ρe＝0.05~0.10克/立方厘米；油井ρe＝0.07~0.15克/立方厘米；
Pd——关井立管压力。

4.计算钻柱内外容积及压井液量
V＝V1＋V2；V1——钻柱内容积，V2——钻柱外容积，所需要压井液量取总容积的1.5~2倍。

5.计算注入压井液时间
注满钻柱内容积所需时间，即压井液由地面到达钻头时间。

t＝V1/60Q；其中Q——压井时所选定的排量，L/s；（一般为正常钻进的1/2~1/3）
6.计算压井循环时的立管总压力
在压井循环时，需要通过立管压力来控制井底压力。

因此，在压井之前须计算出循环时立
管总压力。

①初始循环立管总压力
用加重前的原钻井液和已确定的压井排量循环时的立管总压力。

压井循环时，为满足井底压力与地层压力平衡、钻井液的流动，立管总压力必须克服关井立管压力和系统循环压力。

PTi＝Pd＋Pci＋Pe
式中：PTi——初始循环立管总压力；
Pci——钻柱内外、喷嘴处流动阻力；
Pe——井底附加安全压力，取1.5~3.5兆帕。

要求得PTi值，必须先求得Pci值。

由于压井排量比正常钻进排量小，所以不能用正常钻进士的Pci值。

A.采用“实测法”求系统循环压力。

在钻进油气层时候，要求用选定的压井排量或小排量进行循环试验，测得相应的立管压力即为Pci值。

B.通过钻井液循环直接测Pci值。

具体做法：缓慢启动泵并打开节流阀，控制套压等于关井套压不变，当排量达到压井排量时，记录立管压力，然后停泵、关节流阀、关井。

记录的立管压力减去Pd就求的Pci值。

C.近似公式计算法。

Pci＝（Q/Q1）2×P1
式中：Q1——溢流前正常排量，升/秒；
Q——压井排量，升/秒；
P1——Q1正常排量对应的泵压，升/秒。

2.终了循环立管总压力
压井液进入环空后，用以选定的压井排量循环时对应的立管总压力。

PTf＝Pd＋Pcf＋Pe
式中：PTf——终了循环立管压力；
Pcf——压井液循环时钻柱内外、喷嘴处流动阻力；
在同一循环系统中，系统流动阻力与钻井液密度成正比。

因此可以用Pci值来求Pcf值。

Pcf/Pci＝ρmk/ρm推出Pcf＝（ρmk/ρm）×Pci
压井液循环时，随压井液在钻柱中下行，钻柱内液柱压力增大，关井立压减小，当压井液到达钻头时，钻柱内液柱压力已能平衡地层压力Pd降低为零。

由于压井液已考虑了附加安全当量钻井液密度，压井液已有一个Pe附加值，故：PTf＝Pcf＝（ρmk/ρm）×Pci
7.确定井口套压最大允许压力
按关井套压限制条件确定。

8. 压井最大套压计算
保证压井过程中最大套压不超过井口安全工作压力。