地层压力公式

地层压力公式

1.静液压力Pm

⑴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。

⑵静液压力Pm计算公式：

Pm=0.0098pmHm(2—1)

式中Pm——静液压力，MPa；

pm-----钻井液密度，g/cm3；

Hm-----液柱垂直高度，m。

⑶静液压力梯度Gm计算公式：

Gm=Pm/Hm=0.0098prr(2—2)

式中一一静液压力梯度，

GmMPa/mc

2.地层压力Pp

⑴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。

⑵地层压力Pp计算公式：

Pp=0.0098ppHp(2-3)

式中Pp一一地层压力，MPa；

PP-----地层压力当量密度，g/cm3；

一一地层垂直高度，

Hmmo

⑶地层压力梯度Gp计算公式：

Gp=Pp/Hp=0.0098pp(2-4)

式中Gp静液压力梯度，MPa/m»

⑷地层压力当最密度PP计算公式：

pp=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:pp=1.0〜1.07g/cm3；

b.异常高压：pp>1.07g/cm3；

c.异常低压：pp<1.0g/cm3o

3.地层破裂压力Pf

地层破裂压力是指某•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。

⑴地层破裂压力Pf计算公式：

Pf=0.0098pfHf(2-6)

式中Pf一一地层破裂压力，MPa；

pf——地层破裂压力当量密度，g/cm3；

Hf-----漏失层垂直高度,m。

⑵地层破裂压力梯度Gf计算公式：

Gf=Pf/Hf=0.0098pf(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。

⑶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pm),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卜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151■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（pf）：

pf=pmiS+PL/0.0098Hf（2-8）

式中pf破裂压力当量密度，g/cm3；

pm试试验所用钻井液密度，g/cm3：

PL一一地层漏失时的井口压力，MPa；

Hf一—裸眼段中点井深，mo

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、工压的求法

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~lMPa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=Pdl-APa及APa=Pal-Pa所以Pd=Pdl—(Pal-Pa)。

式中：Pa一一关井套压；

△Pa一一井内蹩压；

Pal一一停泵时记录的套用；

Pdl-----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一一地层流体压力梯度；

Gm——钻井液压力梯度；

hw一一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=0Q012~0.0035兆帕/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=0.0098pmH+Pd或pmk=102Pp/H+pe

②根据立管压力计算：pmk=pmH-102Pd/H+pe

式中：pmk-----压井液密度；

pm——原钻井液密度；

pe一一钻井液密度附加安全值；一般取：油井pe=0.05~0.10克/立方厘米；油井pe

=0.07~0.15克/立方厘米：

Pd一一关井立管压力。

4.计算钻柱内外容积及压井液量

V=V1+V2：VI一一钻柱内容积，V2一一钻柱外容积，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=Vl/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。因比，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一一初始循环立管总压力；

Pci一一钻柱内外、喷嘴处流动阻力；

Pe一一井底附加安全压力，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/Ql)2xPl

式中：Q1——溢流前正常排量，升/秒；

Q一一压井排量，升/秒;

Pl一一QI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一一终了循环立管压力；

Pcf一一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=pmk/pm推出Pcf=(pmk/pm)xP