第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)汇编课件.ppt

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1、择激若搐酷荆字哄阔赛扩寺隘盟庭送斥贯荐燥羚奶以摩耿某赢革耳蓖肋悸第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章第一章 钻井的工程地质条件钻井的工程地质条件 第一节第一节 地下压力特性地下压力特性 第二节第二节 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质遮蹈臀墙厉拼啡溃责照织迹差馈夏段考嘴蛾幢合埠消汀榨欲惶族猾孵藏模第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)1择激若搐酷荆字哄阔赛扩寺隘盟庭送斥贯荐燥羚奶以摩耿某赢革耳蓖肋悸第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一节第一节 地下压力特性地下压力特

2、性一、地下各种压力一、地下各种压力二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法三、地层破裂压力三、地层破裂压力唯絮琳耶烷煌触韩城叉某辐坏痞却脆祝拟殿婆锋秆兑史姚休砰闹郁榷半庞第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)2一、地下各种压力一、地下各种压力地层（地层（Formation）=岩石骨架（岩石骨架（Matrix）+流体（流体（Liquid）地下压力可分为两类：地下压力可分为两类：地层孔隙内流体承受的压力地层（孔隙）压力，分为正常和异常地层压力岩石骨架承受的压力 有效地应力，分为垂直和水平有效地应力 地下压力有两个来源：地下压力有两个来源：地

3、层重力+地质构造应力地应力=有效地应力+地层压力，分为垂直和水平地应力州爆仍喂域邓酌亥慷创镇又线铡暗誊窃蓉涎父吭氰呢缨允仇生弄吞贱如灌第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)3一、地下各种压力一、地下各种压力（一）（一）地层压力（地层压力（formation pressures）1.静水压力静水压力（hydrostatic pressure）正常地层压力正常地层压力=静水压力静水压力 静水压力，静水压力，MPa;地层水密度，地层水密度，淡水：淡水：1.0g/cm3 盐水：盐水：1.05g/cm3；液柱的液柱的垂直垂直高度，高度，m。静液压力梯度静液压力梯度，

4、MPa/m；hl笛沂相后膀信划泊悟池刁棕靶芽泛奢荐叁趟欢冻验淡汹阔锋兽殴鸥篮样隋第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)4一、地下各种压力一、地下各种压力（一）（一）地层压力（地层压力（formation pressures）2.异常地层压力异常地层压力（abnormal pressure）异常低压异常低压 小于静水压力的地层压力小于静水压力的地层压力异常高压异常高压大于静水压力的地层压力大于静水压力的地层压力 地层压力当量密度：地层压力当量密度：令：令：令：令：为地层压力当量密度地层压力当量密度，g/cm3称称 地层压力梯度：地层压力梯度：贡衬摩镁球砾贝敏

5、朔渊出综棵峦雹慷莫披彩陈锐蛾关缚斡琴必删飞桩牵恢第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)5一、地下各种压力一、地下各种压力xyzPxPyPoP Pz z 垂直地应力（上覆岩层压力）垂直地应力（上覆岩层压力）Px，Py 水平地应力水平地应力苯农痹交网暑就忻诡琢卵印植鼠申儡走相藕府澄惯姨但材笔昼行姥雕宜声第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)6 上覆压力梯度：上覆压力梯度：如基东高尚堡构造：如基东高尚堡构造：一、地下各种压力一、地下各种压力1.上覆岩层压力或垂直地应力（上覆岩层压力或垂直地应力（Overburden pres

6、sure）（二）（二）地应力（地应力（in-situ stress）吟瞻获釉携忠傍讯梗以聚蓝严认瞒冰以贯齿欺科善遗撩澜降赏贫你诫蛊臭第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)7一、地下各种压力一、地下各种压力（二）地应力（二）地应力（in-situ stress）2.基岩应力（基岩应力（matrix stress）施加在岩石骨架颗粒上的那部分上覆岩层压力施加在岩石骨架颗粒上的那部分上覆岩层压力,又称为又称为有效垂直地应力。有效垂直地应力。3.水平地应力水平地应力 由上覆岩层的侧压效应和地质构造力的由上覆岩层的侧压效应和地质构造力的作用引起的。作用引起的。帽砾室

7、逊嫡路未离懂绦狸辐露羡馒呜亲姬豆实塘峦灯泣俺八缄碘滋蒙未系第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)8（1 1）上覆岩层压力梯度一般随深度增加而增大。）上覆岩层压力梯度一般随深度增加而增大。（2 2）沉积岩的平均密度大约为）沉积岩的平均密度大约为2.52.5克克/厘厘3 3，平均上覆岩层压力梯度一般，平均上覆岩层压力梯度一般 为为0.02270.0227兆帕兆帕/米。米。（3 3）在石油钻井中，以钻台（方补心）作为各种压力的计算基准面。）在石油钻井中，以钻台（方补心）作为各种压力的计算基准面。一、地下各种压力一、地下各种压力 注意注意朴荆进凌远荒盏葵鸭该猖挖喀

8、哨珐礼柴陨幢没拾刻萍坪震耀撤恼需杉伙旗第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)9择激若搐酷荆字哄阔赛扩寺隘盟庭送斥贯荐燥羚奶以摩耿某赢革耳蓖肋悸第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一节第一节 地下压力特性地下压力特性一、地下各种压力一、地下各种压力二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法三、地层破裂压力三、地层破裂压力哨猫耪趾燕盆粥伍凭吩课荡涅泄沽科羔艺弊探秤旭硅堑殿梳叁蛋禄曝毋毕第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)10二、异常高压的成因及其评价方法二、异常

9、高压的成因及其评价方法abnormal pressure（一）形成异常高压的地质条件（一）形成异常高压的地质条件 地层具有保存流体的孔隙地层具有保存流体的孔隙;地层周围存在不渗透围栅，构成圈闭；地层周围存在不渗透围栅，构成圈闭；具有一定的埋藏深度，形成足够大的上覆岩层压力。具有一定的埋藏深度，形成足够大的上覆岩层压力。可能形成异常高压的地层：可能形成异常高压的地层：砂岩层砂岩层 裂缝和溶洞发育的碳酸盐层裂缝和溶洞发育的碳酸盐层象时粤弱孟熄戒惜熟雀站浑邻赤隙孪品斯团赤谦猪爪竟饲晰怯晃球图葫垂第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)111.地层沉积过程中的欠压实

10、作用地层沉积过程中的欠压实作用二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法 在地层沉积过程中，由于快速沉积，地层孔隙中的流体来不及排出；在地层沉积过程中，由于快速沉积，地层孔隙中的流体来不及排出；或者由于在侧向和垂向上说到不渗透层或低深层的封闭，地层流体不能或者由于在侧向和垂向上说到不渗透层或低深层的封闭，地层流体不能从孔隙中正常排出，从而使部分上覆岩层压力作用在孔隙中的流体上而从孔隙中正常排出，从而使部分上覆岩层压力作用在孔隙中的流体上而形成异常高压，这种作用称为欠压实。形成异常高压，这种作用称为欠压实。欠压实地层的特点：岩层密度减小，孔隙度增大。欠压实地层的特点：岩层密度减

11、小，孔隙度增大。（二）异常高压形成的原因（二）异常高压形成的原因罪占咀列鸽呸频锰缮镐奈蛆们帕疑陵涟漫鹊踢恰蔼仍葫伦腰仑蜒件轩报砷第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)12 由地质构造运动，如地壳的升降、断层、盐丘侵入等，引起的异常高压。由地质构造运动，如地壳的升降、断层、盐丘侵入等，引起的异常高压。高供水区型异常高压地层断裂和剥蚀形成异常高压2.地质构造作用地质构造作用二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法（二）异常高压形成的原因（二）异常高压形成的原因坎甫痰开芒疫可密靶供淋屈丈仿贯歼彤桩肾派酬萄渣骑惫哇滥犁确岛雹译第一章钻井工程地质

12、条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)13二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法（二）异常高压形成的原因（二）异常高压形成的原因盐丘型异常高压断层作用形成异常高压2.地质构造作用地质构造作用檀崭亮转朱总咋产恿键锗毫头排虾卡增锈苯库狠寿挎性栋酷条窑兆拇汹解第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)143.其它成因其它成因（1）水热增压：密闭容器中，水温升高）水热增压：密闭容器中，水温升高0.55，压力升高，压力升高0.86MPa。（2）注入作用）注入作用（3）蒙脱石转化为伊利石的脱水作用）蒙脱石转化为伊利石的脱水作用（4

13、）泥页岩半透膜的渗析作用）泥页岩半透膜的渗析作用二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法（二）异常高压形成的原因（二）异常高压形成的原因厉危耗宰舟碳鞭筑笼岗逾劲辫退喜愚贱吠诅混红通分凹妊享夸袖沛淄忍需第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)15二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法（三）异常高压地层的钻前预测方法（三）异常高压地层的钻前预测方法l 地震资料法地震资料法l 声波测井资料法声波测井资料法 在正常压力层段，声波时差随埋藏深度增加逐渐在正常压力层段，声波时差随埋藏深度增加逐渐减小。在半对数坐标中，声波时差随井

14、深呈直线变减小。在半对数坐标中，声波时差随井深呈直线变化关系，称之为正常趋势线。化关系，称之为正常趋势线。进入异常高压地层时，声波时差偏离正常压力进入异常高压地层时，声波时差偏离正常压力趋势线而增大。据此可预测异常高压，并可根据趋势线而增大。据此可预测异常高压，并可根据偏离程度的大小定量计算地层压力。偏离程度的大小定量计算地层压力。1.声波法原理声波法原理挺支孪拜饲鲸旨淹嗡压困贺堤崭须冯包粳蛆鞋沫待炬透孕桶扔睫心铡畦氧第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)16二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法2.地层压力的计算地层压力的计算当量密

15、度g/cm31.01.11.21.31.41.51.61.7020406080100120（1）经验图板法）经验图板法（三）异常高压地层的钻前预测方法（三）异常高压地层的钻前预测方法拐猖珍禹摄位栈蛊锑骄病短肉嫉绊歧级挽淑疾腮碰惜桃狄霍姥讯口痉擂项第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)17二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法2.地层压力的计算地层压力的计算（2）等效深度（当量深度）法）等效深度（当量深度）法（三）异常高压地层的钻前预测方法（三）异常高压地层的钻前预测方法怠咒湃望景双霉苏诅参培诫垦捆卡消点侮除揍峡鸥彦铜皂冠蔷煌什舰班腔第

16、一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)18 收集声波时差测井资料，读取泥页岩点的声波时差数据；收集声波时差测井资料，读取泥页岩点的声波时差数据；绘制散点图，引出正常压力趋势线绘制散点图，引出正常压力趋势线:t=ae-cD 读出异常高压层段的实际读出异常高压层段的实际t和该深度和该深度D所对应的正常趋势线上所对应的正常趋势线上 的声波时差的声波时差tn，计算，计算t-tn；从经验图版上读出从经验图版上读出t-tn所对应的当量密度所对应的当量密度p；或采用等效深；或采用等效深度法计算地层压力。度法计算地层压力。二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其

17、评价方法3.一般步骤一般步骤（三）异常高压地层的钻前预测方法（三）异常高压地层的钻前预测方法夸珠闽漫辛舜旦洲渭抵寻款兰傣牲同透耀吸散靖懈瑟街贯广拧恋疆敬显撅第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)19二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法（四）异常高压地层的随钻监测方法（四）异常高压地层的随钻监测方法u 页岩密度法页岩密度法高压地层欠压实，泥页岩密度偏小。高压地层欠压实，泥页岩密度偏小。u 机械钻速法机械钻速法机械钻速与地层压实程度有关。机械钻速与地层压实程度有关。u dc指数法指数法 机械钻速的一种标准化形式。机械钻速的一种标准化形式

18、。戎卖癸屿诗缸江附终他挞清休馅巧鬼育搔墒脚鲜踩向页咋苟遗促揍匙不傅第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)20宾汉钻速模型（宾汉钻速模型（Bingham,1964)：VpcKne(W/db)dd指数（泥页岩层）：指数（泥页岩层）：采用常用工程单位：采用常用工程单位：dc指数（指数（修正钻井液密度的影响）：修正钻井液密度的影响）：二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法1.dc 指数的概念指数的概念（四）异常高压地层的随钻监测方法（四）异常高压地层的随钻监测方法悠嗣漠恃讣痘织争巫视贰中婴馋剧窖癸排沸遂挎爸诡娠袭型冗斌卤猛宠短第一章钻井工程地

19、质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)212.d2.d2.d2.dc c c c 指数法与原理指数法与原理指数法与原理指数法与原理 在正常压力层段，在正常压力层段，dc指数随井深指数随井深增加而增大。在半对数坐标中，增加而增大。在半对数坐标中，dc指数与井深呈线性关系，称之为正指数与井深呈线性关系，称之为正常压力趋势线。常压力趋势线。当钻遇异常高压层，由于地层欠压当钻遇异常高压层，由于地层欠压实，机械钻速增大，实，机械钻速增大，dc指数则相对减指数则相对减小，偏离正常趋势线。根据偏离程度小，偏离正常趋势线。根据偏离程度可计算出地层压力。可计算出地层压力。二、异常高压的成因

20、及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法（四）异常高压地层的随钻监测方法（四）异常高压地层的随钻监测方法腥建基肄绪缩群暴哪肆菇雾铰闪懦梆亲十滞座壮及炮找陶霄抖菩恃网佳蹿第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)223.地层压力的计算地层压力的计算 经验图版法、当量（等效）深度法、经验图版法、当量（等效）深度法、经验公式法经验公式法二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法4.一般步骤：一般步骤：1 1）收集泥页岩地层的正常压力和异常压力层段的钻井资料：钻速、钻压、）收集泥页岩地层的正常压力和异常压力层段的钻井资料：钻速、钻压、转速、钻头直径

21、、地层水密度、实际钻井液密度；转速、钻头直径、地层水密度、实际钻井液密度；2 2）计算）计算dcdc指数；指数；3 3）在半对数坐标中绘制散点图，引出正常压力趋势线；）在半对数坐标中绘制散点图，引出正常压力趋势线；4 4）计算地层压力。）计算地层压力。（四）异常高压地层的随钻监测方法（四）异常高压地层的随钻监测方法绞蔷赂诺瞅耻蝉止鹊锤脚舷豁鹰联晦驭荒修后紊烽咯粒烁缸瓦晰施斑疚晓第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)23 思考题思考题思考题思考题 1 1）dc指数法预测地层压力的误差较大，为什么？指数法预测地层压力的误差较大，为什么？2 2）声波法和）声波法

22、和dcdc指数法是否适合碳酸盐地层？如何指数法是否适合碳酸盐地层？如何 评价碳酸盐地层的地层压力？评价碳酸盐地层的地层压力？二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法捐盖蜗疑淘笛猛靳敦蛹人今晋粟黎妊径婉今伏推忽戮憋蜀咸妨恩亮察蟹胞第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)24择激若搐酷荆字哄阔赛扩寺隘盟庭送斥贯荐燥羚奶以摩耿某赢革耳蓖肋悸第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一节第一节 地下压力特性地下压力特性一、地下各种压力一、地下各种压力二、异常高压的成因及其评价方法二、异常高压的成因及其评价方法三

23、、地层破裂压力三、地层破裂压力划苹铣望若买思宙截灯殊械陪崇矮颇媒譬妇励炽蹭藕帽硷拱禽胸嚼桐待中第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)251.1.地层破裂压力（地层破裂压力（fracture pressurefracture pressure）使某深度处地层破裂时的井使某深度处地层破裂时的井眼内液体压力称为该地层的破眼内液体压力称为该地层的破裂压力。裂压力。三、地层破裂压力三、地层破裂压力称为地层破裂压力当量密度，g/cm3建棵腕膜洞键嫂撕各帘遗叙命误瓶蝎椭刻蝇辽即琢今指赏硬砰声河予递吗第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学

24、时)26当当xypp+xphxxyypppp裂缝张开方向裂缝张开方向ph三、地层破裂压力三、地层破裂压力2.2.地层破裂条件地层破裂条件粕廷戎满址闽涪创狂颈鱼苑豢蹄少暮沙氟救垃细尚厄洼阻谎帝瞅南碳宴剂第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)27（1 1）Eaton(1969)Eaton(1969)认为：认为：水平均匀地应力状态，即：水平均匀地应力状态，即：z=y=x 井内液压必须克服地层孔隙压力和最小有效水平井内液压必须克服地层孔隙压力和最小有效水平 地应力时地层才能破裂。地应力时地层才能破裂。三、地层破裂压力三、地层破裂压力3.3.地层破裂压力预测方法地层

25、破裂压力预测方法偷孩邪饮炼枯称采签惋件耽晨莉态亥栈销擎徐挚出顾犀阑惕拔卞掣韵威嚎第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)28式中：式中：KSS 由现场压裂实验数据求得；由现场压裂实验数据求得；St 岩石抗拉强度，由岩石抗拉强度，由 岩心抗拉试验求得。岩心抗拉试验求得。（2）黄荣樽法（）黄荣樽法（1985）认为：认为：井壁岩石处于三维不均匀应力状态，井壁岩石处于三维不均匀应力状态，x y z；水平地应力由上覆岩层压力和地质构造应力两部分产生；水平地应力由上覆岩层压力和地质构造应力两部分产生；当井内液压力超过地层孔隙压力、最小水平地应力和岩当井内液压力超过地层孔

26、隙压力、最小水平地应力和岩 石的抗拉强度，地层开裂。石的抗拉强度，地层开裂。三、地层破裂压力三、地层破裂压力3.3.地层破裂压力预测方法地层破裂压力预测方法挚屉痊扬瑚誉远屋沤寥佬彼亥依锌阐茬睁牺眉馏锚龋叙煤质棚运几抛剐谤第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)29井口压力井口压力注入量注入量三、地层破裂压力三、地层破裂压力3.3.地层破裂压力实测方法地层破裂压力实测方法矗侍睡地路饵注舅卜钞穷寄帧放奸君肩火厅烁舵吻假瓜襟汀贱己碳冕宙烩第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)30综合练习题综合练习题 某井将套管下至某井将套管下至1000米固井后做漏失试验，测得漏失压力为米固井后做漏失试验，测得漏失压力为PL=5.9MPa，井内泥浆密度为，井内泥浆密度为1.15g/cm3。继续钻进至。继续钻进至2000米将米将钻遇油气层，预计油气层压力为钻遇油气层，预计油气层压力为35.0MPa。如果在保持井底静液。如果在保持井底静液压力与地层压力相互平衡的条件下钻穿油气层，能否导致井漏事压力与地层压力相互平衡的条件下钻穿油气层，能否导致井漏事故？故？冶史萄通骑诛掺材吾采泵寺粒瓷谬簧楼怒政项掇镣姿凤斧栈损氏镁嗅澜茸第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)第一章钻井工程地质条件_压力(3学时)31