第二章井下各種壓力的概念及相互關系

1、第二章井下各種壓力的概念及相互關系1、了解各種壓力的概念及其相互關系教學內(nèi)容要點 一、定義一、定義1、壓力 2、靜液壓力3、壓力梯度 4、地層壓力5、上覆巖層壓力 6、破裂壓力7、井底壓力 8、壓差9、壓力損失 10、激動壓力11、抽汲壓力二、相互關系二、相互關系 教學目標教學目標 1、簡單壓力計算 2、壓力的相互關系難點 1、壓力的相互關系重點重點難點 1、靜液壓力和靜液壓力梯度的定義 靜液壓力是由靜止液體的重力產(chǎn)生的壓力。其大小取決于液體的密度和液體的垂直高度，與液柱的橫向尺寸及形狀無關。 靜液壓力梯度是指每增加單位垂直深度靜液壓力的變化量。 一、靜液壓力 2、靜液壓力的計算 P=gH式中

2、：P-靜液壓力，MPa -液體密度，g/cm3 g-重力加速度，0.00981 H-液柱的垂直高度，m3、靜液壓力梯度的計算根據(jù)壓力梯度的定義可知，其計算公式為：G=P/H=g式中：G壓力梯度，kPa/m（MPa/m）P靜液壓力，kPa（MPa）H液柱的垂直高度，m液體密度，g/cm3g重力加速度，9.81（0.00981）一、靜液壓力 1、當量鉆井液密度的定義 當量鉆井液密度是指將井內(nèi)某一位置所受各種壓力之和（靜液壓力、回壓、環(huán)空壓力損失等）折算成鉆井液密度，稱為這一點的當量鉆井液密度。 二、當量鉆井液密度2、壓力系數(shù)：壓力系數(shù)是某點壓力與該點水柱壓力之比，無因次，其數(shù)值等于該點的當量鉆井液

3、密度。 二、當量鉆井液密度 1、地層壓力的定義 地層壓力是指地下巖石孔隙內(nèi)流體的壓力，也稱孔隙壓力。2、地層壓力的表示方法1）用壓力的單位表示。這是一種直接表示法。2）用壓力梯度表示。3）用當量鉆井液密度表示。4）用壓力系數(shù)表示。壓力系數(shù)是某點壓力與該點水柱壓力之比，無因次，其數(shù)值等于該點的當量鉆井液密度。 三、地層壓力 3、地層壓力的分類1）正常地層壓力 2）異常高壓 3）異常低壓 三、地層壓力 上覆巖層壓力是指某深度以上的地層巖石基質(zhì)和孔隙中流體的總重量對該深度所形成的壓力。地下巖石平均密度大約為2.162.64g/cm3，于是平均上覆巖層壓力梯度大約為22.62kPa/m。上覆巖層壓力與

4、地層壓力的關系是P0 =+ Pp式中：P0上覆巖層壓力，MPa；巖石顆粒應力，MPa；Pp孔隙壓力，MPa。 四、上覆巖層壓力 上覆巖層壓力、地層壓力和骨架應力之間的關系如圖21所示。 四、上覆巖層壓力圖21 P0，和Pp之間的關系 1、地層破裂壓力的定義 地層破裂壓力是指某一深度的地層發(fā)生破碎或裂縫時所能承受的壓力。破裂壓力一般隨井深增加而增大。 五、地層破裂壓力 地層坍塌壓力是指井眼形成后井壁周圍的巖石應力集中，當井壁周圍的巖石所受的切向應力和徑向應力的差達到一定數(shù)值后，將形成剪切破壞，造成井眼坍塌，此時的鉆井液液柱壓力即為地層坍塌壓力。 井徑的變化反映了井壁坍塌壓力的大小，從而可以確定地

5、層的坍塌壓力。 六、地層坍塌壓力 循環(huán)壓力損失是指泵送鉆井液通過地面高壓管匯、水龍帶、方鉆桿、井下鉆柱、鉆頭噴嘴，經(jīng)環(huán)形空間向上返到地面循環(huán)系統(tǒng)，及其它所經(jīng)過的物體，因摩擦所引起的壓力損失。在數(shù)值上等于鉆井液循環(huán)泵壓。通常，大部分壓力損失發(fā)生在鉆井液通過鉆頭噴嘴時。循環(huán)排量的變化也會引起泵壓較大的變化。 七、循環(huán)壓力損失與環(huán)空壓耗 在鉆井過程中，鉆井液沿環(huán)空向上流動時所產(chǎn)生的壓力損失稱為環(huán)空壓耗。 鉆井液在環(huán)空中上返速度越大、井越深、井眼越不規(guī)則、環(huán)空間隙越小，且鉆井液密度、切力越高，則環(huán)空流動阻力越大；反之，則環(huán)空流動阻力越小。 七、循環(huán)壓力損失與環(huán)空壓耗 1、抽汲壓力就是由于上提鉆柱而使井

6、底壓力減小的壓力，其數(shù)值就是阻撓鉆井液向下流動的流動阻力值。根據(jù)計算可知，一般情況下抽汲壓力當量鉆井液密度為0.030.13g/cm3，國外要求把抽汲壓力當量鉆井液密度減小到0.036g/cm3左右。 2、激動壓力是由于下放鉆柱而使井底壓力增加的壓力，其數(shù)值就是阻撓鉆井液向上流動的流動阻力值。 八、激動壓力和抽汲壓力 3、影響因素 激動壓力和抽汲壓力主要受以下因素影響：1）管柱結(jié)構(gòu)、尺寸以及管柱在井內(nèi)的實際長度；2）井身結(jié)構(gòu)與井眼直徑；3）起下鉆速度；4）鉆井液密度、粘度、靜切力；5）鉆頭或扶正器泥包程度。 八、激動壓力和抽汲壓力 井底壓力就是指地面和井內(nèi)各種壓力作用在井底的總壓力。六種不同工

7、況 下：1、靜止狀態(tài)，井底壓力=靜液壓力2、正常循環(huán)時，井底壓力=靜液壓力環(huán)空壓耗3、節(jié)流循環(huán)時，井底壓力=靜液壓力環(huán)空壓力損失節(jié)流閥回壓4、起鉆時，井底壓力=靜液壓力抽汲壓力5、下鉆時，井底壓力=靜液壓力激動壓力6、關井時，井底壓力=靜液壓力地面回壓 九、井底壓力一是按密度附加，其安全附加值為：油水井：0.050.10g/cm3 氣 井：0.070.15g/cm3二是按壓力附加，其安全附加值為：油水井：1.53.5MPa 氣 井：3.05.0MPa 十、安全附加值 井底壓力與地層壓力之差稱為壓差。按此方法可將井眼壓力狀況分為過平衡、欠平衡和平衡三種情況。 十一、壓差互動交流 通過交流互動，了

8、解學員對以上教學內(nèi)容的掌握程度，對普遍問題、重點難點問題需加以強化，進行“再次教學”。小結(jié)1、靜液壓力和靜液壓力梯度的定義、靜液壓力和靜液壓力梯度的定義2、靜液壓力的計算、靜液壓力的計算3、地層壓力的定義、地層壓力的定義4、地層壓力的表示方法、地層壓力的表示方法5、地層破裂壓力的定義、地層破裂壓力的定義6、激動壓力和抽汲壓力、激動壓力和抽汲壓力7、井底壓力、井底壓力8、鉆井液密度安全附加值、鉆井液密度安全附加值練習題一、單項選擇題（每題4個選項，只有1個是正確的，將正確的選項號填入括號內(nèi)）1、壓力梯度是指( )壓力的增加值。A、某一深度B、套管鞋深度C、單位井深 D、單位垂直深度2、計算鉆井液

9、的靜液壓力時，井深數(shù)值必須依據(jù)( )。A、鉆柱長度B、測量井深C、垂直井深D、設計井深3、地層壓力當量鉆井液密度是指把( )折算成鉆井液密度。A、地層破裂壓力B、循環(huán)壓力C、地層壓力D、回壓4、井深2800m，鉆井液密度1.24g/cm3，下鉆時存在一個1.76MPa的激動壓力作用于井底，計算井底壓力當量鉆井液密度( )g/cm3。A、1.30 B、1.24 C、1.18D、0.064練習題一、單項選擇題（每題4個選項，只有1個是正確的，將正確的選項號填入括號內(nèi)）5、地層壓力是確定鉆井液（ ）的依據(jù)。A、密度B、粘度C、失水D、切力6、正常壓力地層中隨著井深的增加，地層壓力梯度（ ）。A、增大

10、B、不變C、減小D、不確定7、地層破裂壓力一般隨著井深的增加而( )。A、不變B、減小C、增大D、不確定8、地層破裂壓力是確定( )的重要依據(jù)之一。A、地層壓力B、抽吸壓力C、坍塌壓力D、最大允許關井套管壓力9、鉆井過程中，配制合理的鉆井液（ ），平衡地層坍塌壓力，防止地層失穩(wěn)。A、密度B、粘度C、含砂D、失水練習題一、單項選擇題（每題4個選項，只有1個是正確的，將正確的選項號填入括號內(nèi)）10、地層坍塌壓力指的是液柱壓力由大向小到一定程度時井壁巖石發(fā)生剪切破壞造成井眼坍塌時的（ ）。A、地層壓力B、基巖應力C、液柱壓力D、地面壓力11、地層漏失壓力是指某一深度的地層產(chǎn)生（ ）時的壓力。A、地層

11、破裂B、鉆井液漏失 C、巖石變形D、地層坍塌12、大部分的壓力損失發(fā)生在鉆柱里和（ ）。A、水眼處B、地面管匯C、環(huán)空內(nèi)D、出口處13、壓力損失的大小取決于鉆柱長度、鉆井液密度和（ ）、切力、排量及流通面積。A、鉆井液粘度 B、鉆井液含砂量C、泵的功率D、鉆井液失水14、在鉆井作業(yè)中，井底壓力最小的工況是( )。A、鉆進B、起鉆C、下鉆D、空井練習題二、多項選擇題（每題4個選項，將正確的選項號填入括號內(nèi)）1、靜液壓力的大小取決于流體的（ ）。A、密度B、高度C、橫截面積D、體積2、當量鉆井液密度與( )。A、實際井深成反比B、垂直井深成正比C、該點所受各種壓力之和成正比D、該點所受各種壓力之和

12、成反比3、地層壓力的表示方法有（ ）。 A、用壓力的單位表示B、用壓力梯度表示C、用當量鉆井液密度表示D、用壓力系數(shù)表示練習題二、多項選擇題（每題4個選項，將正確的選項號填入括號內(nèi)）4、在做地層破裂壓力試驗時，在（ ）的共同作用下，使地層發(fā)生破裂產(chǎn)生漏失而計算求得地層破裂壓力當量密度。A、套管鞋以上鉆井液的靜液壓力 B、地面回壓C、環(huán)空壓耗D、地層壓力5、對于正常壓力的（ ）等處，往往地層漏失壓力比破裂壓力小得多，而且對鉆井安全作業(yè)危害很大。A、高滲透性砂巖 B、裂縫性地層C、斷層破碎帶 D、不整合面6、循環(huán)壓力損失的大小取決于（ ）等因素。A、鉆井液密度 B、鉆井液粘度C、排量D、流通面積練

13、習題二、多項選擇題（每題4個選項，將正確的選項號填入括號內(nèi)）7、能夠產(chǎn)生激動壓力的工況是( )。A、起鉆B、下鉆C、空井D、下套管8、激動壓力和抽汲壓力主要受（ ）等因素影響。A、管柱結(jié)構(gòu)、尺寸以及管柱在井內(nèi)的實際長度B、井身結(jié)構(gòu)與井眼直徑C、起下鉆速度D、鉆井液密度、粘度、靜切力9、影響井底壓力的因素有( )。A、靜液壓力B、地面回壓C、環(huán)空壓耗D、地層壓力10、具體選擇鉆井液安全附加值時，應根據(jù)實際情況綜合考慮（ ）與井控裝置配套情況等因素，在規(guī)定范圍內(nèi)合理選擇。A、地層壓力預測精度 B、地層的埋藏深度C、地層流體中硫化氫的含量 D、地應力和地層破裂壓力練習題三、判斷題（對的畫“”，錯的畫“”）1、靜液壓力的大小與井眼的尺寸有關。 2、按習慣，把壓力梯度在9.8kPa/m10.5kPa/m之間的地層稱為正常壓力地層。 3、地層