第講 第一章地下壓力特性幾個(gè)基本壓力概念

第一章鉆井的工程地質(zhì)條件定義：鉆井工程地質(zhì)條件是指與鉆井工程有關(guān)的地質(zhì)因素的綜合。包括：巖石、土壤類(lèi)型及其工程力學(xué)性質(zhì)；地質(zhì)結(jié)構(gòu)；地層中流體情況；地層情況。了解巖石的力學(xué)性質(zhì)→優(yōu)選鉆頭類(lèi)型和鉆進(jìn)參數(shù)等；了解地層巖性及壓力分布→合理進(jìn)行壓力控制、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等；所以對(duì)地層巖石力學(xué)性質(zhì)、壓力特性等的認(rèn)識(shí)和把握是進(jìn)行一口井設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件第一節(jié)地下壓力特性一、地下各壓力的定義二、地層壓力的評(píng)價(jià)三、地層破裂壓力第二節(jié)巖石的工程力學(xué)特性一、巖石的機(jī)械性質(zhì)二、井底壓力條件下的巖石的機(jī)械性質(zhì)三、巖石的研磨性四、巖石的可鉆性第一節(jié)地下壓力特性地下各種壓力的理論及其評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)油氣勘探和開(kāi)發(fā)具有重要意義。在鉆井工程中，地層壓力和地層破裂壓力是科學(xué)地進(jìn)行鉆井設(shè)計(jì)和施工的基本依據(jù)，因而必須對(duì)它們進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。本節(jié)主要介紹地下各種壓力概念和壓力評(píng)價(jià)技術(shù)。第一節(jié)地下壓力特性一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法1——壓力值壓力是指物體單位面積上所受的垂直力。壓力的單位是帕，符號(hào)是Pa

；1Pa

是1m2面積上受到1N（牛頓）的力時(shí)形成的壓力即1Pa=1N/m2。 1KPa=1×103

Pa， 1MPa=1×106Pa。與原工程大氣壓關(guān)系為：1MPa=10.194kg/cm2即1兆帕約等于10個(gè)工程大氣壓。一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法1——壓力值那么液體任意深度處的靜水壓力為：

p=ρgD

鉆井行業(yè)中，如果取密度ρ的單位為g/cm3

、井深的單位為m、重力常數(shù)g=0.00981，則壓力p的單位就為MPa。以MPa表示的鉆井行業(yè)中靜水壓力的計(jì)算公式為：p=0.00981ρD

式中：p—地層壓力，MPa；D—深度，m；—流體密度，g/cm3；一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法2——壓力梯度每增加單位垂直深度壓力的變化量。計(jì)算公式為: G=p/D =0.00981

D

/

D =0.00981

式中：G—壓力梯度，MPa/m；p—壓力，MPa；

D—深度，m；

—流體密度，g/cm3；注意：工程上密度和壓力梯度之間的關(guān)系！一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法3——當(dāng)量密度地層某點(diǎn)壓力等同于相當(dāng)密度的流體在該點(diǎn)深處所形成的靜液柱壓力。計(jì)算公式為:e=p/0.00981D式中： p—地層某點(diǎn)壓力，MPa； D—地層某點(diǎn)深度，m e—當(dāng)量流體密度，g/cm3

一、地下各種壓力的定義1、壓力的四種表示方法表示方法4——壓力系數(shù)指某點(diǎn)地層壓力與該點(diǎn)深度處的靜水柱壓力之比，其大小在數(shù)值上等于其當(dāng)量密度。計(jì)算公式為:k=

p/p水

=0.00981e

D/0.00981水D=e/水（注意：水=1.0g/cm3）式中：k—壓力系數(shù),無(wú)單位；水—水的密度，1.0g/cm3

； D—深度，m;

e—當(dāng)量流體密度，

g/cm3

一、科地下柄各種稅壓力童的定豎義1、壓愛(ài)力的昏四種徒表示絞方法表示商方法4—易—壓力都系數(shù)指某喝點(diǎn)地銜層壓力與該銷(xiāo)點(diǎn)深沃度處麥的靜水呈柱壓剪力之比迷，其藍(lán)大小創(chuàng)在數(shù)雅值上膜等于其當(dāng)妹量密嬸度。k乘=p攪/照p水=e/水壓力鵝系數(shù)上等于1時(shí)，患屬于定正常加地層索壓力嬸；大肚于1時(shí)，圣稱(chēng)為江高異勇常地伐層壓偷力，計(jì)或稱(chēng)付為高捕壓異器常；寬小于1時(shí)，策稱(chēng)為華低異欣常地樣層壓改力，穩(wěn)或稱(chēng)屯低壓哨異常既。主要芹是用距它來(lái)扣判別脫地層羅壓力夸是否禾異常屬的一牽個(gè)主身要參介數(shù)。傾但是還有人雙說(shuō)用1來(lái)做魔標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)就籠甚統(tǒng)了僵，不乖同的倆區(qū)塊渾有不鄉(xiāng)豐同的濟(jì)常壓臉值，誓一般煩油田饅都是是正車(chē)常值貸，小肉于則下是低徐壓區(qū)敏，大錫于則西是高孫壓區(qū)炭。它諒對(duì)鉆話井、榴修井邪、射破孔等乞工程聰有重腫要作離用。一、煤地下尸各種跡壓力浙的定卡義（1）用引壓力銅值表猜示。曉如:1毫00藏k猜Pa，12甩MP藥a（2）用粘壓力枝梯度躁表示碰。提如0.曾01駛2M饑Pa軟/m（3）用躺流體腔當(dāng)量起密度錯(cuò)表示弊。如仙：1.烤2g旱/c圖m3（4）用烤壓力嗚系數(shù)椅表示問(wèn)。維如職：1.惰2四種腥壓力鋼的表展示法一、盡地下跳各種拴壓力鵲的定挺義2、靜千液壓叼力（hy四dr敢os密ta引ti翅c令pr蜓es棟su喊re）據(jù)（ph）靜液霸壓力——由液撐柱自匯身的減重力場(chǎng)所引帖起的梅壓力.其大果小與叨液體子的密驕度與掉液柱鹿的垂氣直高蠶度成英正比蛛。ph=0虛.0奴09到81昆ρD式中各：ph—靜液泥壓力播，MP把a(bǔ)；ρ—液體材密度防，g/陵cm3；D—液柱垂直高度待，m。上式投就是嶄我們序所熟棋知的厘一般舊液柱濁壓力膜的計(jì)講算公抓式。一、蓬地下碑各種丹壓力仗的定盈義2、靜施液壓嫩力（hy微dr苦os叔ta仔ti蹦c慘pr課es瓜su殖re）在現(xiàn)巧場(chǎng)的荒應(yīng)用廉，有引時(shí)直蛋接使蹤蝶用ph不能限很方畢便，吼在此拖，引候入了創(chuàng)壓力喜梯度神的概欺念：即用域單位猾高度桂或深強(qiáng)度的予液柱翅壓力并，來(lái)夠表示誦壓力爹隨高周度或廈深度蛾的變擾化。一般樹(shù)的，隔壓力膏梯度險(xiǎn)用G表示機(jī)，如Gh表示吊靜液桐柱壓盈力梯舟度。炊單位苗深度毯的液額柱壓紗力稱(chēng)激為靜遵液壓郊力梯渴度，Gh＝ph/D＝0.膝00厘98難1ρ（MP心a/搖m）一、椒地下關(guān)各種逐壓力判的定亡義2、靜濾液壓狂力（hy艱dr顆os誤ta堤ti援c褲pr令es春su問(wèn)re）ph的大慮小與仿液體向中所僅溶礦姓物或喬氣體額有關(guān)義。在奶我們漢油氣呆鉆井塞作業(yè)嶺中所揪遇到家的地苦層液范體有狐兩類(lèi)汁：一類(lèi)煤是淡代水或醫(yī)淡的庫(kù)鹽水?huà)D：平均Gh=0墾.0賀09蠅81隸M粥Pa釋/m（當(dāng)米量密際度：ρ=1剃.0棉0g笑/c任m3）一類(lèi)葉是鹽只水：平均Gh=0頓.0續(xù)10枕5踐M剪Pa膝/m（當(dāng)哄量密比度：ρ=1唯.0移7g鋤/c偽m3）注意銳：需疾講明贈(zèng)“當(dāng)田量密穿度”遙的概湖念一、男地下俱各種遺壓力歇的定叼義3、地貸層壓屢力（Fo持rm夠at厘io獸n子pr慚es賺su或e）(pp)指巖軌石孔敵隙中慮的流歐體（救油、境氣、彩水）套所具另有的咽壓力僚，也傷稱(chēng)地驢層克孔隙座壓力pp（Po眼re頓P蠻re壁ss較ur臣e）。正常飄地層膏壓力——地層魯壓力等于骨地層蝕流體命的靜啄液壓厭力，pp=ph。異常娘地層往壓力——地層及壓力沖大于鄙或小娃于正閘常地猶層壓鞭力，pp≠ph。超過(guò)貪正常鴨地層匙壓力釀的地識(shí)層壓趣力(pp>ph)稱(chēng)為悼異常毀高壓促。低于夏正常釋地層蜻靜液侵壓力丟的地戶層壓督力(pp<ph)稱(chēng)為疏異?？诘蛪?正常兔地層春壓力澤梯度地層水為淡水，GP=0.00981MPa/m地層水為鹽水，GP=0.0105MPa/m一、棟地下陜各種裹壓力蒜的定撤義4、上覆洪巖層格壓力(O笑ve釀rb艘ur誰(shuí)de鼓n前pr權(quán)es臣su泊re健)(賢p0)地層雅某處疫的上歌覆巖請(qǐng)層壓離力是御該處從以上僻地層暴（包愛(ài)括巖柴石基猶質(zhì)和南巖石耽孔隙淘中流梢體）防總重池力所翁產(chǎn)生鍵的壓炭力。式中厚：p0—上覆塊巖層沙壓力喉，MP憂a；D鹿—地層伏垂直延深度干，m；φ倘—巖石輔孔隙襲度，%；ρma—巖石戚骨架那密度逗，g/扮cm3；ρ幣—孔隙筍中流鋤體密功度，g/速cm3。一、戚地下召各種臥壓力鈴的定諷義4、上覆秒巖層傻壓力(O軍ve牌rb恨ur集de璃n傍pr廉es忠su鐮re幫)(播p0)雖然陳由于呈沉積卡作用態(tài)，p0是隨腿的深綁度增仇加而降增大。但巧通常踐都假訪設(shè)p0是隨D均勻膨增加籍的。喪設(shè)ρma=胡2牢.5拿g鑼/c門(mén)m3,ρ濱=1達(dá).0斤0g透/c蓮m3，平零均Φ=往10封%，則員上覆么巖層阿的壓拐力梯賢度為產(chǎn)：G0=0巨.0感09戒81樹(shù)×[襲(1參-0徹.2粥5)黃×2喝.5糾+1啦.0鄭×0剖.1末]=勸0.煙02寧3脂MP秀a/習(xí)m沉積駕巖的首上覆然巖層替壓力后梯度鑰一般躁為0.蕉02擁3MP矮a/看m;在實(shí)史際鉆溪井過(guò)同程中襯，以真鉆臺(tái)館作為艘上覆膠巖層慨壓力臟的基徒準(zhǔn)面。在麻海上有鉆井犯，實(shí)蒼際上個(gè)覆巖奧層的游壓力步是遠(yuǎn)濤小于纖這個(gè)恥值的始。G0的分器層計(jì)利算公其式為巡壽（平減均值字）：一、役地下刷各種斜壓力飽的定案義5、基推巖應(yīng)拴力（ma攏tr唱ix道s唉tr筐es術(shù)s）（σ）基巖濤應(yīng)力σ是指品由巖嗚石顆杯粒之討間相嫂互接參觸來(lái)鍬支撐餃的那丹部分p0（上嬌覆巖簽層壓把力）掩。亦輩稱(chēng)有鳥(niǎo)效上倘覆巖欄層壓史力、提骨架愉應(yīng)力口或顆棋粒間距壓力握。這部千分壓掘力不迎是由硬孔隙競(jìng)內(nèi)流乎體所將承擔(dān)睛的。畢其用σ來(lái)表拴示。po=σ+pp由上隆式見(jiàn)剪，上魯覆巖主層壓娛力是喇一定構(gòu)的，刊不管付什么火原因喜，只圓要σ↑，那假么pp就會(huì)↓。一、割地下搞各種姜壓力無(wú)的定視義6、件地下掌各種竄壓力滅的關(guān)乎系上覆碑巖層蹲壓力亮由巖乏石骨克架和結(jié)孔隙們中的爺流體鋒共同恥承擔(dān)貿(mào)，因與此上狀覆巖互層壓耍力、禁地層躬壓力緞和基箱巖應(yīng)設(shè)力之碼間存陡在以波下關(guān)籍系：po=σ+pp當(dāng)po一定嘆時(shí)，σ減小擱，pp增大探，σ→爸0，pp→期po。所以丙，地踩層的毅孔隙姑壓力夾增大則，基膜巖應(yīng)脾力必斑然減竿小。一、雖地下績(jī)各種秒壓力新的定付義7、地鐵層沉拿降壓窯實(shí)的陶機(jī)理沉積窩物壓益縮過(guò)慕程是顧由上和覆沉濁積層錦的重裁力引漠起的挖。隨晉著地貌層的訓(xùn)沉降牌，上撲覆沉錦積物笛重復(fù)沒(méi)的增磚加，駁下覆進(jìn)巖層誘就逐葉漸被梁壓實(shí)飄。如果狐沉積污速度廊較慢壤，沉單積層地內(nèi)的植巖石薦顆粒廈就有要足夠尿的時(shí)愿間重濟(jì)新緊勿密地牧排列項(xiàng)，并勁使孔努隙度鞋減小項(xiàng)，孔鋼隙中誕的過(guò)昂剩流籮體被鍛擠出惠。如果備是“下開(kāi)放蘭”的郊地質(zhì)立環(huán)境芝，被蹲擠出好的流柏體就際沿著炒阻力殃小的凳方向撇，或削向著粉低壓饞高滲口透的壤方向犧流動(dòng)葡，于腎是便絮建立羅了正平常的晉靜液扒壓力朋環(huán)境跪，此田情況取下，渣地層劫水自注上而達(dá)下形之成連誼續(xù)的頁(yè)正常懲的靜帽液壓闖力系誦統(tǒng)。一、張地下清各種損壓力花的定形義7、地喜層沉識(shí)降壓按實(shí)的鍋機(jī)理地層妥壓實(shí)喜能否進(jìn)保持畏平衡歡，主裁要取靜決于跟四個(gè)旅因素與：上覆偏巖層獲沉積啄速度乖的大抓小;地層典滲透津率的口大小蓮；孔隙幸減小殲的速籌度；排出車(chē)孔隙認(rèn)流體及的能繼力。一、拔地下斬各種那壓力撞的定扇義8、正涉常地壩層壓赤力的膨形成在地蛋層的徑沉積遮過(guò)程肅中，中隨著朗上覆炒沉積盤(pán)物不醉斷增世多，鞏地層娘逐漸蠶被壓返實(shí)，沒(méi)孔隙騎度減翁小。如果岸地層秤是可令滲透這的、徐連通餐的，練地層叢中流宋體的摧流動(dòng)漁不受蕉限制慰（稱(chēng)之更為水棕力學(xué)特開(kāi)啟茄系統(tǒng)），養(yǎng)地層漫孔隙山中的僻流體驢則隨識(shí)著地牢層的與壓實(shí)裳被排贊擠出貝去，令建施立起探靜液哭壓力板條件杰。形押成正特常壓租力地么層。對(duì)于桶正常必壓力煤的地必層，么地層揉壓力pp等于棉地層臺(tái)流體新靜液框柱壓舊力ph：pp=ph一、監(jiān)地下絲式各種雁壓力倘的定肥義9、異豪常高律壓和炮異常擠低壓（Ab盟no羅rm部al貝f遙or求ma語(yǔ)ti燦on亞p納re至ss雁ur緒e誦an勸d頭Su掏bn鍵or討ma著l勻fo眼rm迫at減io泛n略pr決es鉤su倚re）異常免低壓短和異憤常高怨壓統(tǒng)虹稱(chēng)為音異常善壓力(A而bn剛or細(xì)ma助l謙P督re疼ss康ur逼e)。（1）異僅常低稼壓（ab禁no備rm環(huán)al圍l方ow陽(yáng)p旁re旨ss劣ur浪e）壓力拋梯度拔小于0.鞠00羅98墓1M廉Pa／m時(shí)，奧稱(chēng)為助是異活常低旗壓。產(chǎn)生馳異常烘低壓常的原座因:生產(chǎn)搜多年蒙而又壯沒(méi)有垂壓力棚補(bǔ)充肚的枯竹竭油摩氣層混。地下始水位晝很低敬。一、匯地下糠各種筑壓力紫的定滅義9、異州常高伍壓和保異常呈低壓（Ab備no竟rm愁al失f淺or影ma降ti診on務(wù)p定re惡ss漲ur批e夾an犧d促Su鈴bn模or踏ma盟l慌fo惱rm波at捆io然n者pr雜es箭su慰re）（2）異常鏡高壓星（a偏bn抹or刑ma游l調(diào)hi謀gh尚p票re賤ss史ur地e）地層便壓力宴梯度啦大于矛地層陳流體券的靜乳液壓到力梯壺度脈（0.殖00舌98宅1～0.拼01肉05悠MP汁a/瀉m）時(shí)夸，稱(chēng)副為是異常女高壓。形成遞異常公高壓并的地質(zhì)朱條件地層溜具有粒保存幕流體沈的空則隙；地層診周?chē)薮嬖趹筒粷B醉透圍箭柵，兼構(gòu)成渣圈閉悄；具有歌一定燭的埋緊藏深田度；一、膚地下筍各種精壓力薯的定擋義10、異野常高免壓成嫩因如果糞沉積莫速度旦很快隆，巖午石顆氧粒沒(méi)升有足鼠夠的醉時(shí)間維去重具新排已列，摸孔隙剖內(nèi)的叮流體獎(jiǎng)的排乖出受職到限菠制，返基巖雜無(wú)法盟增加疤它的滴顆粒坊與顆緣瑞粒之項(xiàng)間的修壓力玻，即搬無(wú)法但增加捎它對(duì)絞上覆盞巖層殺的支浸撐能儉力。何由于遙上覆戀巖層誰(shuí)繼續(xù)乳沉積糟，負(fù)鹿荷增唱加，疾而下咱面基棟巖的儉支撐捷能力寬沒(méi)有佳增加砌，孔騾隙中勁的流影體必予然開(kāi)邁始支惱撐部汗分上危覆巖室層壓茫力。冬若周須圍被棒不滲榮透地泛層圈趴閉起孟來(lái)，也使得民高壓遇流體以無(wú)法桌流出廚，就稠會(huì)造森成孔杠隙增真大，佳地層懶不能魔被壓宿實(shí)到陣正常鼠地層記應(yīng)該值壓實(shí)低的程技度，致即形詠成地償層欠壓溝實(shí)現(xiàn)絹象，會(huì)顧導(dǎo)致謙異常羽高壓財(cái)。這種罰超高攀壓的手存在業(yè)理論廚可以怠