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细节!地层压力及计算方法

原标题:详细说明!地层压力及计算方法

什么是地层压力?

储存在地层孔隙中的流体(油、气和水)的压力称为地层压力。在钻井过程中,当钻油、气、水层时,地层压力作用在井底。在充满钻井液的井中,井底压力由钻井液柱控制。井底压力和地层压力之差称为井底压力差。当局部地层压力大于井底压力时,井底压力差为负压差,地层孔隙中的流体会侵入井内,造成井喷事故。当井底压力大于地层压力时,井底压差为正压差,地层孔隙中的流体不会侵入井内。但是,当井底正压差较大时,会出现以下危险。

1)

钻井液中的粘土等固体颗粒在井底正压差的作用下侵入油气藏的孔隙或裂缝,阻止或阻碍油气流动。正压差越大,钻井液中的固体颗粒越多,固体颗粒越有可能侵入地层孔隙或裂缝,堵塞越严重(见下图)。

2)油气流动产生“水锁效应”

在井底正压差的作用下,钻井液中的游离水将不断渗透到地层间隙中,在地层间隙中形成一段水和一段油(如图所示)。由于油水、气水、油气之间的表面张力,如果它们想流入钻孔,就必须克服一部分水的表面张力所形成的阻力。这样,水阻塞了流入油井的油气通道,这被称为“水锁效应”。井底正压差越大,失水越大,钻井液浸泡时间越长,地层中水越多,渗入地层的深度也越大,通常为几十厘米,有时高达几米甚至几十米,这将严重阻碍油气流入,降低油气产量。

3)油气层泥浆的吸水和膨胀

堵塞油气通道。钻进油气藏时,如果油气藏中粘土等泥质成分含量较高,钻井液中的游离水将在井底正压差的作用下进入油气藏。油气藏中的泥质成分吸水膨胀堵塞油气通道,从而降低油气产量。井底正压差越大,油气储层中的游离水越多,堵塞越严重。

4)减少ROP

在井底正压差的作用下,钻头破碎的岩屑将被紧紧地压在井底,不能及时离开,导致钻头反复破碎岩屑,从而影响钻头破碎岩石的效率,导致机械钻速下降。井底正压差越大,钻速越慢。

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5)易于形成卡钻

在钻井过程中,由于井眼不能完全垂直,当井下钻具静止时,钻柱在井底正压差的作用下靠在井壁上,与井壁泥饼(困在泥饼中)紧密结合。如果静止时间较长,井底较大的正压差会将钻柱紧紧地压在井壁上,从而导致卡钻和卡钻。

6)井漏容易发生。

在钻井过程中,如果地层孔隙度大,渗透率好,那么钻井液就会在井底正压差大的作用下泄漏。

当然,大井底正压差对防止井喷极为有利。过去,人们常常担心井喷会过度增加钻井液密度,人为增加井底正压差。结果,尽管油井没有井喷,但油气储层被堵塞了。过去,这种现象经常出现。一些油气井在钻井过程中表现出良好的油气性能,,但在完井和测试过程中没有产出油气,或产出很少油气。因为石油钻探的主要目的是开发地下油气资源。因此,钻井过程中必须尽最大努力减小井底正压差。

为了生产更多的油,快速钻井,减少卡钻、井漏等事故的发生,井底正压差应尽可能小。最理想的钻井状态是井底压力等于地层压力,井底压差等于零。井底压力等于地层压力的钻井过程是平衡钻井。平衡钻井很难实现。正常情况下,井底压力略高于地层压力,保持最小井底正压差。井底压力略高于地层压力的钻井过程接近平衡钻井,具有以下优点:

避免堵塞油气缝隙,有利于发现与保护油气层。 提高机械钻速。 防止粘附卡钻。 防止井漏。

正常地层压力的定义和计算

地质上讲,含油、气和水的地层通过可渗透地层形成的缝隙与地表暴露的地层连通,缝隙中充满地层水(如图1所示)。

某地区正常地层压力是该地区普通地层水形成的静液柱压力,其计算公式为:

P=ρgH=0.0098ρH

式中:p-正常地层压力,MPa;

ρ—地层水密度,g/cm3;

重力加速度,g = 9.8m/S2;

h-地层深度,m。

地层深度必须是地层的垂直深度。具有一定深度的地层暴露位置与地层之间的水平距离可达几十公里。具有连通效果的渗透层的倾斜距离会更大。水位距离和倾斜距离都不能作为计算正常地层压力的基础。

[示例]某地区常见地层水密度为1.07克/立方厘米。1000米、2000米和3000米地层垂直深度的正常地层压力分别是多少?

解决方案:P1 = 0.0098ρh = 0.0098 x 1.07×1000 = 10.486(兆帕);

P2 = 0.0098ρH = 0.0098×1.07×2000 = 20.972(兆帕);

P3 = 0.0098ρH = 0.0098×1.07×3000 = 31.458(兆帕)。

答:地层垂直深度1000米、2000米,正常地层压力3000米为10.486兆帕;分别是。20.972兆帕和31.458兆帕

正常地层压力的四种表示法

1。使用特定压力值来表示地层压力

在上例中,正常地层压力为10.486兆帕;当地层垂直深度分别为1000米、2000米和3000米时;20.972兆帕和31.458兆帕

2。用地层压力梯度表示地层压力

从上面的例子可以看出,正常地层压力与地层深度成正比,地层深度增加了几倍,正常地层压力增加了几倍。类似地,随着地层深度的减小,地层压力也减小。它们的膨胀和收缩规律是地层压力与地层深度之比总是恒定的。这种10.486兆帕/米的定殖是特定区域的正常地层压力梯度。

地层压力梯度是单位地层深度地层压力的变化。计算公式是:

其中:g-地层压力梯度,MpA/m;

地层压力,MPa;

h-地层深度,m。

对于某一区域,由于地层水的密度是确定的,某一区域的正常地层压力梯度是一个固定值。正常地层压力梯度可以直接代表某一区域的正常地层压力。在异常压力地层中,异常地层压力梯度也可以用来表示异常压力地层。

[示例]某区域正常地层压力在3500米以上,2500米深度测量地层压力为26.215帕,因此计算出该区域正常地层压力梯度。

溶液:克=磷/氢=26.215/2500=0.0105(兆帕/米)。

答:该地区正常地层压力梯度为0.0105兆帕/米

在钻井之前,如果我们已经知道该区域的正常地层压力梯度,那么在钻井过程中,如果我们想知道某一地层深度的正常地层压力的具体值,只是将正常地层压力梯度乘以地层深度。

[示例]某地区正常地层压力梯度为0.0118兆帕/米,井深为2000米时,地层压力是多少?

溶液:磷= GH = 0.0118×2000 = 23.6兆帕

答:地层压力为23.6兆帕

3。用地层压力当量钻井液密度表示地层压力

地层压力梯度消除了地层深度的影响。如果同时消除地层深度和重力加速度的影响,地层压力可以直接用地层压力当量钻井液密度表示,即平衡地层压力所需的钻井液密度;

式中:ρe-地层压力当量钻井液密度,g/cm3。

从上式可以看出,正常地层压力的等效钻井液密度等于地层水密度形成地层压力。因此,只要知道某一区域的地层水密度,就可以直接获得正常地层压力当量钻井液密度。钻井工人可以用当量钻井液密度实现平衡钻井,也可以用略高于地层压力当量钻井液密度的钻井液密度实现近平衡钻井。由于地层压力当量钻井液密度易于与钻井中使用的密度相比较,因此使用地层压力当量钻井液密度来表达地层压力比地层压力梯度更直观。

[示例]当地层深度为2000米时,地层压力为20.972兆帕,地层压力的等效钻井液密度是多少?

溶液:ρe = p/(0.0098h)= 20.972/(0.0098 x 2000)= 1.07g/cm3。

答:地层压力当量钻井液密度为1.07克/立方厘米。

由于地层水的盐度因地区而异,有些是淡水,有些是海水,有些是盐水,因此地层水的密度因地区而异。因此,正常地层压力的等效钻井液密度因地区而异。例如,当胜利油田为1.02克/立方厘米,东南亚为1.03克/立方厘米时,墨西哥湾为1.07克/立方厘米。

4。使用地层压力系数表示地层压力

当地层压力用地层压力的等效钻井液密度表示时,人们应该说某一区域的正常地层压力为1.07克/立方厘米。为了便于描述,人们经常拆卸该装置,并说地层压力为1.07,即地层压力系数。

地层压力系数是指某一地层深度的地层压力与该深度淡水的静水压柱压力之比。地层压力系数没有单位,其值等于平衡地层压力所需的钻井液密度值。

如果2000米深度地层压力为20.972兆帕,同一深度淡水静液柱压力为1×0.0098×2000 = 19.6兆帕,则地层压力系数= 20.972兆帕/19.6兆帕=1.07。

当谈到钻井工作中的地层压力时,可以使用上述四种表达方法。用地层压力当量钻井液密度表示地层压力时,可以直接称为地层压力,而不是地层压力当量钻井液密度。因为它们的值和单位是相同的,所以应该根据上下文的含义来理解它们,以区别于钻井液密度。

在我们提到地层压力、地层压力梯度、地层压力当量钻井液密度和地层压力系数之前,只描述了正常地层压力。事实上,上述概念也适用于其他压力,如异常高压层、异常低压层、静液柱压力、地层破裂压力等。

[示例]如果地层流体密度为1.20克/立方厘米,试着找出2000米垂直深度的地层压力、地层压力梯度、地层压力等效压井流体密度和地层压力系数

溶液:地层压力聚丙烯= 0.0098ρ酸碱度= 0.0098 * 1.20 * 2000 = 23.52兆帕;

地层压力梯度GP = 0.0098ρp = 0.0098 * 1.20 = 0.01176 MpA/m;

地层压力当量压井液密度ρe =ρp = 1.20g/cm3;地层压力系数K=1.20。回到搜狐看更多

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