第二章_压力的概念

第二章井下各种压力的概念及其相互关系第一节压力的基本概念一、压力的四种表示方法1、压力是指物体单位面积上所受的垂直力。压力的单位是帕，符号是pa；1pa是1m2面积上受到1N（牛顿）的力时形成的压力即1Pa=1N/m2,1KPa(千帕）=1*103Pa，1MPa=1*106Pa。与原工程大气压关系为：1MPa=10.194kg/cm2即1兆帕约等于10个工程大气压。2、压力梯度是每增加单位垂直深度压力的变化量。计算公式为:G=p/H=0.0098H/H=0.0098式中G—压力梯度，Mpa/m；p—压力，Mpa；H—深度，m—流体密度，g/cm33、当量密度某点压力等于相当密度的流体在该点所形成的液柱压力。计算公式为:e=p/0.0098H式中:p—压力，Mpa；H—深度，me—当量流体密度，g/cm34、压力系数指某点压力与该点深度处的静水柱压力之比,其大小在数值上等于其当量密度.计算公式为:k=0.0098eH/0.0098水H=e式中：K---压力系数，无单位；水—水的密度，1.0g/cm3；H—深度，me—当量流体密度，g/cm3四种压力的表示法(1)用压力值表示。如:100kpa12Mpa(2)用压力梯度表示。如0.012MPa(3)用流体当量密度表示。(4)用压力系数表示。静液压力是由静止液体重力产生的压力。计算：p=0.01hp—静液压力,MPa—液体密度.g/cm3H—液柱高度，m。如图2-1所示二、静液压力例：如图2-1所示，井内钻井液密度为1.2g/cm2，3000m处静液柱压力为多少？=0.0098×1.20×3000=35.288MPa而地层孔隙内流体(水)的压力为：p=0.0098h=0.0098×1.07×3000=31.547MPa解：p=0.0098h例:井深H=3000m,该点处地层压力PP=45.00MPa求:(1)压力梯度GP(2)当量钻井液密度当量.解:(1)压力梯度GP=PP/H=45MPa/3000=0.015MPa/m(2)当量钻井液密度当量=45/(0.01*3000)=1.5g/cm3练习题：1、井深H=2500m.该点处液柱压力P=30.00MPa求：压力系数K和钻井液密度当量.2、某井液柱的压力梯为0.012MPa/m，求在3000米处的液柱压力和泥浆密度。三、地层压力Pp是地下岩石孔隙内流体的压力，也称地层孔隙压力。1、正常地层压力：地下某一深度的地层压力等于地层水作用于该处的静液柱压力.正常地层压力梯度:0.0098-0.0105Mpa/m或压力系数为1.0—1.07.2、异常低压：一般情况下,地层压力梯度小于0.0098Mpa/m或地层压力系数小于1的地层。3、异常高压:一般情况下,地层压力梯度高于0.0105Mpa/m或地层压力系数大于1.07的地层。四、地层破裂压力-----使地层原有裂缝张开延伸或形成新的裂缝时的井内流体压力.A、地层破裂压力实验（一）目的1、确定最大允许使用钻井液密度2、实测地层破裂压力。3、确定允许关井套压。（二）步骤1、井眼准备---钻开套管鞋以下第一个砂层后，循环钻井液，使钻井液密度均匀稳定。2、上提钻具，关封井器。3、以小排量,一般以0.8--1.32L/s的排量缓慢向井内灌入钻井液。4、记录不同时间（5—10分钟）的注入量和立管压力。5、一直到井内压力不再升高并有下降(地层已经破裂漏失),停泵,记录数据后,从节流阀泄压。6、从直角坐标内做出注入量和立管压力的关系曲线。注意事项；1、实验压力不应超过地面设备、套管的承压能力。2、在钻进几天后进行液压实验时，可能由于岩屑堵塞了岩石孔隙，导致实验压力很高，这是假象，应注意。3、液压实验只适用于砂、页岩为主的地区，对于石灰岩、白云岩等地层的液压实验尚待解决。4、在现场作破试时求出漏失压力即可。5、最好用水泥车或试压泵作破试。图3--13pf练习题：•已知：某井套管鞋以下第一个砂层井深2000米，泥浆密度为1.45g/cm3，当破裂压力实验时套压为10MPa时地层破裂。求：A、井深2000米处地层破裂压力B、地层破裂压力梯度•解：A.Pf=0.098*1.45*2000+10•=29+10=39(MPa)•B.Gf=Pf/H=39/2000•=0.0195(MPa/M)第二节井筒内压力系统井内压力示意图是由井内钻井液柱重量产生的压力。计算：Pm=0.0098hPm—钻井液柱压力,MPa—钻井液密度,g/cm3H—钻井液柱垂直高度，m。一、钻井液静液柱压力A、起钻未灌满钻井液钻井液柱压力的减小Pd(-)B、岩屑引起钻井液柱压力的增加Pmr（+）在钻进过程中，钻头破碎的岩屑要被钻井液携带到环空，从而使环空的钻井液密度增高，环空钻井液柱压力升高。是指钻井液在环空上返过程中,克服钻柱外壁、井壁及钻井液内摩擦力所损耗的压力。环空泥浆向上流动，则环空阻力方向向下，使井底压力升高。停止循环，环空阻力消失，井底压力下降。环空流动阻力取决于钻井液上返速度、环空间隙、井深和钻井液性能等。二、环空流动阻力Pbp三、波动压力1、抽吸压力Psb：上提钻柱时，由于钻井液粘滞作用而减小的井底压力值。抽吸压力2--8压力激动激动压力和抽吸压力是类似的概念，激动压力是正直，抽吸压力是负值。如图所示2、激动压力Psw：下钻或下套管时，由于钻头下行挤压该处钻井液,使钻井液流动受的阻力。（3）钻井液静切力；（1）管柱的起下速度；3、波动压力的影响因素（2）钻井液粘度；（6）钻头泥包程度；（4）环行空间的大小；（5）钻井液密度；（2）操作平稳（1）控制起下钻速度.井控条例规定:到油气层后,一档起钻.4、减少波动压力的措施（3）调整好泥浆性能四、井底压力井底压力大部分来自钻井液柱静液压力。还有钻井液的环空流动阻力、侵入井内的地层流体的压力、激动压力、抽吸压力、地面回压等。井底压力Pb是指地面和井内各种压力作用在井底的总压力。这个压力随工况不同而变化。1.静止：井底压力Pb=钻井液静压力Pm；2.起钻时井底压力Pb=钻井液静压力Pm-抽汲压力psb-起钻时液面下降而降小的压力Pdp3、下钻时:井底压力Pb=钻井液静压力Pm+激动压力Psw；底压力=环空静液压力+环空压力4、正常钻进时井底压力Pb=钻井液静压力Pm+环空流动阻力力Pbp+岩屑入井而增加的压力Pmr5、划眼时井底压力Pb=钻井液静压力Pm+环空流动阻力力Pbp+激动压力Psw结论：同一情况下，起钻工况下井底压力最小。五、压差P是井底压力Pb和地层压力Pp之间的差值。P0超平衡压力钻井P0欠平衡压力钻井P=0平衡压力钻井P0近平衡压力钻井井底压差与钻速成反比。近平衡钻井的优点:1、大大提高机械钻速2、保护油气产层3、缩短建井周期，降低钻井成本。4、降低钻井事故。六、泵压泵压是克服井内循环系统中摩擦损失所需的压力。泵压=地面+钻柱内+钻头水眼+环空流动损耗如果不考虑地面管汇压力损失的情况下，泵压就等于立压。练习题：•已知井深1500米，泥浆密度为1.4g/cm3。环空流动阻力为6kg/cm2，地层压力为21.2MPa求:A、静止时井底压力B、循环时井底压力C、循环时会井涌吗？D、停泵时会井涌吗？第三节地层与井眼内的压力平衡一、压力平衡关系平衡压力钻井的条件：井底压力Pb=地层压力Pp但不同工况下，井底压力不同。二、泥浆密度确定的原则最小的井底压力等于地层压力。在生产中以起钻时的井底压力为条件来建立平衡关系。地层压力Pp=钻井液静压力Pm-抽汲压力psb-起钻时液面下降而降小的压力PdpPm=Pp+Psb+Pdp=0.0098*H*mm=102(Pp+Psb+Pdp)/H目前，国内现场设计多采用附加当量钻井液密度的方法来确定钻井液密度。油井：0.05—0.1g/cm3(1.5-3.5MPa)气井：0.07-0.15g/cm3(3-5MPa)