地层压力与地质基础设计计算表

地层压力与地质基础设计计算,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据

,一、基础设计参数录入,,,,,,,

1,完钻井深,H,设计值,,m,3500,该井设计的最终完钻垂直深度,SY/T5965-2017

2,表层套管下深,H_c1,设计值,,m,500,表层套管的下入深度,SY/T5333-2023

3,技术套管下深,H_c2,设计值,,m,2500,技术套管的下入深度,SY/T5333-2023

4,上覆岩层平均体积密度,ρ_o,实测值,,kg/m³,2500,从地表到目标层位的上覆岩层平均体积密度，由密度测井资料加权平均得到,SY/T5623-2009

5,地层流体密度,ρ_f,实测值,,kg/m³,1070,地层孔隙中流体的密度，包含地层水、油气等的混合密度,测井解释报告

6,泥岩基线时差,Δt_sh,实测值,,μs/m,220,正常压实泥岩的声波时差基线值，由测井资料回归得到,SY/T5623-2009

7,目标层声波时差,Δt_log,实测值,,μs/m,260,目标层位的实测声波时差，由声波测井得到,SY/T5623-2009

8,静态泊松比,μ_s,实测值,,无量纲,0.25,地层岩石的静态泊松比，由岩石力学实验得到,SY/T5430-2019

9,岩石内摩擦角,φ,实测值,,°,30,地层岩石的内摩擦角，由岩石力学实验得到,SY/T5430-2019

10,岩石粘聚力,C,实测值,,Pa,15000000,地层岩石的粘聚力，由岩石力学实验得到,SY/T5430-2019

11,最大水平主应力,σ_H,实测值,,Pa,85000000,地层最大水平主应力，由地应力测试得到,SY/T5623-2009

12,最小水平主应力,σ_h,实测值,,Pa,65000000,地层最小水平主应力，由地应力测试得到,SY/T5623-2009

13,重力加速度,g,选用值,,m/s²,9.81,标准重力加速度,GB/T50062-2008

14,钻井液安全余量,Δρ,选用值,,kg/m³,100,钻井液密度的安全余量，防止溢流发生,SY/T5333-2023

15,漏失安全余量,Δρ_l,选用值,,kg/m³,50,防止井漏的钻井液密度安全余量,SY/T5333-2023

16,地层温度,T,实测值,,K,398.15,目标层位的地层温度，由测井得到,SY/T5623-2009

17,孔隙度,φ_p,实测值,,无量纲,0.12,目标层位的岩石孔隙度，由密度测井计算得到,SY/T5623-2009

18,渗透率,K,实测值,,mD,12,目标层位的岩石渗透率，由岩心实验得到,SY/T5336-2019

19,含油饱和度,S_o,实测值,,无量纲,0.65,目标层位的含油饱和度，由测井解释得到,测井解释报告

20,含水饱和度,S_w,实测值,,无量纲,0.35,目标层位的含水饱和度，由测井解释得到,测井解释报告

21,地表大气压,p_a,选用值,,Pa,101325,标准地表大气压,GB/T50062-2008

22,关井立管压力,p_d,实测值,,Pa,2000000,关井后立管压力实测值，井控实测报告,SY/T5623-2009

23,当前钻井液密度,ρ_m,实测值,,kg/m³,1200,当前使用的钻井液密度，钻井液性能报告,SY/T5336-2019

24,循环压耗,Δp_c,实测值,,Pa,1500000,钻井循环过程中的循环压耗，钻井施工报告,SY/T5333-2023

25,井眼半径,r_w,设计值,,m,0.108,设计的井眼半径，对应215.9mm钻头,SY/T5333-2023

26,地层弹性模量,E,实测值,,Pa,25000000000,地层岩石的弹性模量，由岩石力学实验得到,SY/T5430-2019

27,有效应力系数,α,选用值,,无量纲,0.85,Biot有效应力系数,SY/T5430-2019

28,正常地层压力梯度,G_n,选用值,,Pa/m,9810,正常地层压力梯度，对应1.0g/cm³的静液柱梯度,SY/T5623-2009

29,目标层位顶深,H_top,设计值,,m,3200,目标储层的顶部深度，钻井地质设计书,SY/T5965-2017

30,目标层位底深,H_bottom,设计值,,m,3500,目标储层的底部深度，钻井地质设计书,SY/T5965-2017

,二、上覆岩层压力及梯度计算,,,,,,,

31,上覆岩层压力,p_o,计算值,p_o=ρ_o*g*H,Pa,,上覆岩层的自重产生的压力，即上覆岩层总压力,SY/T5623-2009

32,上覆岩层压力梯度,G_o,计算值,G_o=p_o/H,Pa/m,,单位深度的上覆岩层压力，反映上覆岩层的压力变化率,SY/T5623-2009

33,上覆岩层压力系数,K_o,计算值,K_o=G_o/(g*1000),无量纲,,上覆岩层压力的当量密度系数，即等效的钻井液密度值,SY/T5623-2009

,三、地层孔隙压力及梯度计算,,,,,,,

34,等效深度,H_e,计算值,H_e=H*(Δt_sh/Δt_log),m,,等效深度法中，异常高压层对应的正常压实深度,SY/T5623-2009

35,地层孔隙压力,p_p,计算值,p_p=p_o-G_n*(H-H_e),Pa,,地层孔隙中流体的压力，即地层压力,SY/T5623-2009

36,孔隙压力梯度,G_p,计算值,G_p=p_p/H,Pa/m,,单位深度的孔隙压力，反映孔隙压力的变化率,SY/T5623-2009

37,孔隙压力系数,K_p,计算值,K_p=G_p/(g*1000),无量纲,,孔隙压力的当量密度系数，用于判断地层压力是否异常,SY/T5623-2009

38,关井法地层压力验证,p_p_verify,计算值,p_p_verify=p_d+ρ_m*g*H,Pa,,通过关井立管压力反推的地层压力，用于验证孔隙压力计算结果,SY/T5623-2009

39,孔隙压力计算误差,Δp_p,计算值,Δp_p=|p_p_verify-p_p|/p_p*100%,%,,两种方法计算孔隙压力的相对误差，用于验证计算准确性,SY/T5623-2009

40,孔隙压力误差判断,,判断值,,,,判断孔隙压力计算误差是否在允许范围内（≤5%）,SY/T5623-2009

,四、地层破裂压力及梯度计算,,,,,,,

41,Anderson模型破裂压力,p_f1,计算值,p_f1=p_p+2*μ_s/(1-μ_s)*(p_o-p_p),Pa,,基于Anderson模型计算的地层破裂压力,SY/T5430-2019

42,地应力模型破裂压力,p_f2,计算值,p_f2=3*σ_h-σ_H+α*(1-2*μ_s)*p_p,Pa,,基于地应力模型计算的地层破裂压力,SY/T5430-2019

43,综合破裂压力,p_f,计算值,p_f=(p_f1+p_f2)/2,Pa,,取两种模型的平均值作为最终破裂压力，提高计算准确性,SY/T5430-2019

44,破裂压力梯度,G_f,计算值,G_f=p_f/H,Pa/m,,单位深度的破裂压力，反映地层的抗破裂能力,SY/T5430-2019

45,破裂压力系数,K_f,计算值,K_f=G_f/(g*1000),无量纲,,破裂压力的当量密度系数，即最大允许的钻井液密度系数,SY/T5430-2019

46,破裂压力安全余量,Δp_f,计算值,Δp_f=p_f-p_p,Pa,,破裂压力与孔隙压力的差值，反映地层的承压能力,SY/T5430-2019

,五、地层坍塌压力及梯度计算,,,,,,,

47,坍塌压力,p_c,计算值,p_c=(3σ_h-σ_H-2Ccosφ+αp_p(sinφ-1))/(1+sinφ),Pa,,地层发生剪切破坏时的井底压力，即防止井壁坍塌的最小井底压力,SY/T5430-2019

48,坍塌压力梯度,G_c,计算值,G_c=p_c/H,Pa/m,,单位深度的坍塌压力，反映地层的防塌要求,SY/T5430-2019

49,坍塌压力系数,K_c,计算值,K_c=G_c/(g*1000),无量纲,,坍塌压力的当量密度系数，即防止井塌的最小钻井液密度系数,SY/T5430-2019

50,井壁稳定安全系数,S_c,计算值,S_c=(ρ_m*g*H)/p_c,无量纲,,当前钻井液柱压力与坍塌压力的比值，反映井壁稳定的安全程度,SY/T5430-2019

51,井壁稳定判断,,判断值,,,,判断井壁是否稳定，要求安全系数≥1.1,SY/T5430-2019

,六、安全钻井液密度窗口计算,,,,,,,

52,最小钻井液密度（压稳）,ρ_m_min1,计算值,ρ_m_min1=p_p/(g*H)+Δρ,kg/m³,,压稳地层所需的最小钻井液密度，防止溢流发生,SY/T5333-2023

53,最小钻井液密度（防塌）,ρ_m_min2,计算值,ρ_m_min2=p_c/(g*H),kg/m³,,防止井壁坍塌所需的最小钻井液密度,SY/T5333-2023

54,综合最小钻井液密度,ρ_m_min,计算值,"ρ_m_min=MAX(ρ_m_min1,ρ_m_min2)",kg/m³,,取两者最大值作为最终的最小钻井液密度，同时满足压稳和防塌要求,SY/T5333-2023

55,最大钻井液密度（防漏）,ρ_m_max,计算值,ρ_m_max=p_f/(g*H)-Δρ_l,kg/m³,,防止井漏所需的最大钻井液密度,SY/T5333-2023

56,安全密度窗口宽度,Δρ_window,计算值,Δρ_window=ρ_m_max-ρ_m_min,kg/m³,,安全钻井液密度的范围宽度，窗口越大钻井越安全,SY/T5333-2023

57,当前钻井液密度符合性,,判断值,,,,判断当前钻井液密度是否在安全窗口内,SY/T5333-2023

58,压稳系数,S_p,计算值,S_p=(ρ_m*g*H)/p_p,无量纲,,钻井液柱压力与地层压力的比值，反映压稳程度,SY/T5333-2023

59,压稳系数判断,,判断值,,,,判断压稳系数是否满足要求，要求≥1.05,SY/T5333-2023

60,漏失风险系数,S_l,计算值,S_l=p_f/(ρ_m*g*H),无量纲,,破裂压力与钻井液柱压力的比值，反映漏失风险,SY/T5333-2023

61,漏失风险判断,,判断值,,,,判断漏失风险系数是否满足要求，要求≥1.03,SY/T5333-2023

,七、井控相关压力计算,,,,,,,

62,静液柱压力,p_h,计算值,p_h=ρ_m*g*H,Pa,,钻井液柱产生的静压力,SY/T5623-2009

63,循环井底压力,p_cir,计算值,p_cir=p_h+Δp_c,Pa,,循环过程中的井底总压力，包含静液柱压力和循环压耗,SY/T5623-2009

64,关井井底压力,p_well,计算值,p_well=p_h+p_d,Pa,,关井状态下的井底总压力,SY/T5623-2009

65,压井液密度,ρ_kill,计算值,ρ_kill=ρ_m+p_d/(g*H),kg/m³,,压井作业所需的压井液密度,SY/T5623-2009

66,压井液密度符合性,,判断值,,,,判断压井液密度是否在安全窗口内,SY/T5333-2023

67,井底压差,Δp_well,计算值,Δp_well=p_h-p_p,Pa,,井底压力与地层压力的差值，正压差表示压稳地层，负压差表示可能溢流,SY/T5623-2009

68,井底压差判断,,判断值,,,,判断井底是否为正压差，正压差是安全钻井的基本要求,SY/T5333-2023

69,最大允许关井套压,p_a_max,计算值,p_a_max=p_f-p_h,Pa,,关井状态下允许的最大套压，防止压裂地层,SY/T5623-2009

70,关井套压安全判断,,判断值,,,,判断当前关井套压是否小于最大允许值,SY/T5623-2009

,八、分井段压力剖面计算,,,,,,,

71,表层段井深,H1,设计值,,m,500,表层段的终点深度,SY/T5965-2017

72,表层段上覆岩层压力,p_o1,计算值,p_o1=ρ_o*g*H1,Pa,,表层段的上覆岩层压力,SY/T5623-2009

73,表层段孔隙压力,p_p1,计算值,p_p1=G_n*H1,Pa,,表层段的孔隙压力，正常压力,SY/T5623-2009

74,表层段破裂压力,p_f1,计算值,p_f1=p_p1+2μ_s/(1-μ_s)*(p_o1-p_p1),Pa,,表层段的破裂压力,SY/T5430-2019

75,表层段坍塌压力,p_c1,计算值,p_c1=0.8*p_p1,Pa,,表层段的坍塌压力，浅部地层防塌要求低,SY/T5430-2019

76,表层段最小钻井液密度,ρ_m_min1,计算值,ρ_m_min1=p_p1/(g*H1)+Δρ,kg/m³,,表层段的最小钻井液密度,SY/T5333-2023

77,表层段最大钻井液密度,ρ_m_max1,计算值,ρ_m_max1=p_f1/(g*H1)-Δρ_l,kg/m³,,表层段的最大钻井液密度,SY/T5333-2023

78,表层段安全窗口宽度,Δρ1,计算值,Δρ1=ρ_m_max1-ρ_m_min1,kg/m³,,表层段的安全密度窗口宽度,SY/T5333-2023

79,技术套管段井深,H2,设计值,,m,2500,技术套管段的终点深度,SY/T5965-2017

80,技术套管段上覆岩层压力,p_o2,计算值,p_o2=ρ_o*g*H2,Pa,,技术套管段的上覆岩层压力,SY/T5623-2009

81,技术套管段孔隙压力,p_p2,计算值,p_p2=1.02*G_n*H2,Pa,,技术套管段的孔隙压力，轻微异常,SY/T5623-2009

82,技术套管段破裂压力,p_f2,计算值,p_f2=p_p2+2μ_s/(1-μ_s)*(p_o2-p_p2),Pa,,技术套管段的破裂压力,SY/T5430-2019

83,技术套管段坍塌压力,p_c2,计算值,p_c2=0.9*p_p2,Pa,,技术套管段的坍塌压力,SY/T5430-2019

84,技术套管段最小钻井液密度,ρ_m_min2,计算值,"ρ_m_min2=MAX(p_p2/(gH2)+Δρ,p_c2/(gH2))",kg/m³,,技术套管段的最小钻井液密度,SY/T5333-2023

85,技术套管段最大钻井液密度,ρ_m_max2,计算值,ρ_m_max2=p_f2/(g*H2)-Δρ_l,kg/m³,,技术套管段的最大钻井液密度,SY/T5333-2023

86,技术套管段安全窗口宽度,Δρ2,计算值,Δρ2=ρ_m_max2-ρ_m_min2,kg/m³,,技术套管段的安全密度窗口宽度,SY/T5333-2023

87,油层段井深,H3,设计值,,m,3500,油层段的终点深度,SY/T5965-2017

88,油层段上覆岩层压力,p_o3,计算值,p_o3=ρ_o*g*H3,Pa,,油层段的上覆岩层压力,SY/T5623-2009

89,油层段孔隙压力,p_p3,计算值,p_p3=1.1*G_n*H3,Pa,,油层段的孔隙压力，异常高压,SY/T5623-2009

90,油层段破裂压力,p_f3,计算值,p_f3=p_p3+2μ_s/(1-μ_s