【正文】 層壓力地震資料中，地震波每米傳播時間，可用來預測地層壓力。對這種初步估算的地層壓力在鉆井期間及鉆達目的層后在下套管前，可用其它估算地層壓力的方法進行核實。預測地層壓力可用兩種方法：（1）參考鄰井資料；（2）參考地震資料。對于探井，便只有依靠地震資料。傳播時間隨孔隙度的變化，見公式53， T=（1φ）+tf1 φ （43）試中t—平均傳播時間，υs/m；—基巖中傳播時間，υs/m；tf1 —空隙流體中傳播時間，υs/m；Φ—孔隙度，%。表41 普通基巖和孔隙流體的傳播時間基巖及空隙流體傳播時間，υs/m基巖及空隙流體傳播時間，υs/m基巖及空隙流體傳播時間，υs/m白云巖144石英184含鹽100000mg/L682方解石151頁巖203548含鹽200000mg/L620石灰?guī)r157鹽220油787硬石膏164砂巖174194甲烷2054*花崗巖164水，蒸餾水715空氣2986*石膏174 *約101kPa，16℃因為流體中傳播時間較固體中長，故實測的巖石中的傳播時間隨孔隙度的增加而29增長。 為計算地層空隙壓力，需要繪出傳播時間對深度的關系曲線，然后用數學模式（通常假設φ=φoeKH為指數關系）外推在淺層沉積中觀測到的正常壓力趨勢線至異常壓力所在井段。 將代入式t=（1—）+tf1，整理后可得正常壓實趨勢傳播時間的數學模式，見公式（54）。 (44) 如果沒有當地的孔隙度或容積密度資料，便不能由該式畫出H與t的關系曲線，從而求得地層壓力，這時可以用等效深度法求地層壓力。2）鉆中地層壓力預測d的指數法簡述d（d0）指數法是利用泥頁巖的壓實規(guī)律及欠壓實地層機械鉆速增大的特性和壓差影響機械鉆速原理，同時考慮了鉆井參數對機械鉆速的影響來監(jiān)測地層壓力。，見公式45。 （45） 式中： R:機械鉆速，ft/h； N：轉盤鉆速，r/min； e：轉速指數； D：鉆頭直徑，mm d：鉆壓指數； K：可鉆性指數。30 由于式一般小于1，所以在d中，R增大，則d減小。故d反映了地層的壓實情況與壓實差，空隙多，地層壓力大，減小，鉆速可增加。根據鉆井條件不變的假定，自然壓差亦應保持不變，但在鉆井過程中，因經常調整鉆井液密度，不能保證壓差不變，而且壓差也是一個影響機械鉆速比較重要的參數。壓差增加（地層壓力不變時，由于鉆井液密度密度增加引起）會使機械鉆速降低，從而使d指數增大，為了消去這一影響，用公式（57）消除鉆井液密度的影響： （57）式中：：正常地層壓力當量鉆井液密度，g/cm3； ：實際鉆井液密度，g/cm3； 將上式代入dc的表達式，則可得，公式（58）。 （58） 欠平衡鉆井抽吸壓力、激動壓力估計抽吸壓力發(fā)生在井內起鉆時，鉆柱下端因上升而空出來的井眼空間，以及鉆井液因粘滯性附于鉆柱上，隨鉆柱上升而空出來的空間將由其上面的鉆井填充，引起鉆井液向下流動，這部分鉆井液在流動時受有流動阻力，其結果是降低有效的井內壓力。鉆頭泥包時，會產生很大的抽吸壓力。激動壓力產生于下鉆和下套管時，因為鉆頭下行，擠出該處的鉆井液，鉆井液流動受到的阻力，便是激動壓力，其結果是增大有效井底壓力。激動壓力和抽吸是類似的概念，其數值相等，激動壓力是正值，抽吸壓力是負值，這兩個壓力是受下列因素的影響：（1） 管柱的起下速度；（2） 鉆井液粘度；（3） 井眼和管子之間的環(huán)形空隙；31 (4)井眼和管子之間的環(huán)形空隙； (5)鉆井液密度；環(huán)形節(jié)流（鉆頭泥包）。抽吸壓力作用于鉆柱下端以下直到井底，它使井底壓力減小。如果鉆頭（鉆柱下端）以下有高層裸露，則井底壓力降低可能引起地層流體侵入井內。激動壓力使井下壓力加大，大的井下壓力可能壓破套管鞋處裸露地層，因為一般情況下套管鞋處裸露地層的破裂壓力最低。抽吸壓力或激動壓力可以進行計算。如果鉆柱下端開口，則認為鉆井液在鉆柱內外向下流動時流動時流速相同。如果鉆柱下端帶有鉆頭，因鉆頭水眼一般較小，視之為封閉，則認為只有環(huán)空中的鉆井液向下流動?？紤]到這種鉆井液的流動可能是層流，也可能是紊流，則抽吸或激動壓力：式中PV—塑性粘度， n—冪律模式的流性指數，無因次； k—冪律模式的稠度系數； R300,R600—旋轉粘度度300,600r/min時的讀數； —最大環(huán)空流速，m/s； —鉆柱外徑，mm； —井徑，mm； —鉆柱平均提升速度，m/s； Q—因起鉆引起的；流量，L/s；32 L—鉆柱長度，m； —鉆井液密度，g/cm3； —層流時的環(huán)空壓力損失。 —紊流時的環(huán)空壓力損失。 氣侵后環(huán)空鉆井液密度及壓力分布規(guī)律 1）氣體定律 （1）氣體的類型。 含氣產層主要產物為碳氫化合物、硫化氫、二氧化碳等。①碳氫化合物。在有機化合物中，有一大類物質僅由碳和氫兩種元素組成，這類物質總稱烴，也稱碳氫化合物。甲烷是碳氫化合物里最簡單的物質，是有機物的母體，它是天然氣最主要的成分，約占80%97%，甲烷無色、無味，大約是空氣的一半。極難溶于水，燃燒生產水和二氧化碳。其他還有乙烷、丙烷和一氧化碳等有毒氣體。②硫化氫。它是一種無色、低密度、有臭味的氣體，,，沸點為60℃，燃燒生成藍色火焰，產生水和二氧化碳，溶于水生成酸。③二氧化碳。它是一種無色氣體，加壓將為變成液體和固體。二氧化碳不能燃燒，也不能支持燃燒，溶于水形成碳酸。 （2）氣體定律 式中、—原始絕對壓力、體積、溫度； —在、情況下的壓力系數變化量； 、 、——其他條件下的相應值。 （3）欠平衡狀態(tài)下天然氣侵入井內的方式。當在欠平衡狀態(tài)下鉆井時，氣體以氣態(tài)或溶解狀態(tài)大量侵入井內。井底負壓值越大，33侵入的氣體量就越多，而且很容易在井內形成氣柱，其侵入量與巖石的孔隙度、井徑、機械鉆速和氣層的厚度成正比。 2）天然氣侵入井內后對鉆井液液柱壓力和環(huán)空密度的影響 天然氣侵入鉆井液后，常以微小的氣泡形式混合在鉆井液中。隨著鉆井液循環(huán)在環(huán)空上升或因其密度小在鉆井液中滑托上升。在井底開始侵入時受的壓力較大，氣泡體積很小，對鉆井液的密度影響也很小。在上升的過程中，由于受到鉆井液液柱壓力逐漸變小，氣泡逐漸膨脹，體積增大，鉆井液的密度隨著氣泡的上升逐漸減小，在井口達到最小值。氣侵后，井內鉆井液密度，見公式（511）。 （411）氣侵后鉆井液的液柱壓力減小計算公式見公式（512）： （412）式中—氣侵后鉆井液液柱壓力減小值，； —井深H時氣侵鉆井液密度，g/cm3； —原始鉆井液密度，g/cm3；H—計算井深，m；—地面天然氣壓縮系數；—天然氣平均壓縮=（+）/2—地面溫度，K； —平均=（+ Tb）/2溫度； Tb—井底溫度，K； 34 —地面氣侵后鉆井液密度與氣侵前鉆井液密度的比值，無因次。 （1）氣體以氣泡形式存在鉆井液后，環(huán)空氣侵鉆井液密度是不等的，隨井深自下而上變小。 （2）鉆井液氣侵后，會使鉆井液密度降低，鉆井液液柱壓力減小，但其減小值是有限的。 （3）只要采取有效的除氣措施，保證如鉆井液性能不變，就可以有效控制井噴。3）地層氣體侵入井內的預測方法（1）鉆井液池液面觀察預測法觀察鉆井液池液面，如果觀察鉆井液池液面升高，說明地層流體已經侵入井眼，應密切注意套壓的變化，當套壓升至最大關井套壓設定值時及時采取應急措施。（2） 鉆井液入口密度和出口密度插值法在正常情況下，如果沒有油氣侵入井內，由于環(huán)空中的鉆屑，出口密度應大于入口密度；如果有氣體侵入井內，出口密度應小于入口密度，說明地層氣體已經侵入井內。通過勤測鉆井液入口密度和出口密度可及時掌握井下動態(tài)和氣侵情況。應密切注意套壓的變化，在確保欠平衡鉆進的同時，及時做好應急的準備工作。（3） 立壓觀察法氣侵時，鉆井液密度降低，同時鉆井液性能也隨著變化，理論及實踐均表明，當有氣體侵入井眼內時，立壓降低，鉆進過程中通過觀察立壓的變化也可作為判斷地層流體是否（這里主要是氣體）侵入。在確保欠平衡鉆進的同時，應密切注意立壓、套壓的變化，及時做好應急準備工作。①套壓分析法如果氣體均勻侵入，套壓變化基本穩(wěn)定，但隨著侵入量的增加，套壓也會逐漸升高，但這種變化也較緩慢；如果地層內氣體是以氣柱形式侵入，但隨著氣柱的上升，氣柱逐漸膨脹，套壓升高，這種升高幅度變化較大，到達距井口一定距離后，其上部鉆井液液柱無法平衡氣柱壓力，如果此時不注意觀察，大段氣柱會突然涌出，套壓突然升高。只要在鉆進過程中注意觀察分析，在這種情況出現之前，是可以做好應急準備的。②利用綜合錄井參數分析法35實際上，單靠某一項參數的變化判斷地層氣體是否侵入井內時不科學的。根據現場實際，綜合分析各種參數的變化情況，才能確定是否有地層流體侵入井內，及時制定相應的應急預案。③在欠平衡狀態(tài)下井內靜止鉆井液氣侵外溢時間預測在采用流鉆欠平衡方法進行的氣井鉆進過程中，由于特殊作業(yè)中斷循環(huán)，此時，須對井下情況進行細心觀察并收集資料，按以下公式計算出井內聚集氣，嚴重氣侵鉆井液開始外溢所需的時間，以便做好預防措施。 （413）式中 —天然氣上升速度，m/h； Pm—關井一小時后的套壓，； Pt—初始關井套壓，； Gm—氣柱上面鉆井液液柱壓力梯度，/m； 井下外溢時嚴重氣侵的鉆井液液柱高度，m； 井下積聚的嚴重氣侵的鉆井液液柱高度，m； 氣柱上面未氣侵鉆井液液柱高度，m； 未氣侵鉆井液密度g/cm3； 積聚氣氣侵鉆井液液柱開始外溢所需時間，h。 欠平衡鉆井液密度窗口 地層壓力和井底負壓值確定后，如何確定鉆井液密度窗口是實現井底負壓值范圍的重要手段。36井底負壓差設計值預測地層壓力設計環(huán)空壓耗值合理鉆井密度窗口值 圖41 欠平衡鉆井液密度窗口設計流程鉆井液密度的計算過程是：選確定地層空隙壓力、環(huán)空壓耗，然后求出鉆井液密度。1. 地層空隙壓力由于各種地層壓力的監(jiān)測方法（dc指數法、聲波時差法、C指數法等）的計算結果誤差可達10%左右，深井中的計算誤差遠遠超過了負壓差值，因此這些監(jiān)測方法對于鉆井液密度的確定意義不大。油藏地質工程提供的地層空隙壓力主要是試油靜壓、鉆桿測試壓力及RFT(MFT）測試壓力，所鉆井的壓力可根據油層深度校正。另外，在探井中可根據隨鉆過程中試井數據進行解釋分析，得出地層空隙壓力。地層空隙壓力確定之后，應根據已確定的負壓差進行鉆井液密度的計算。2 環(huán)空壓耗環(huán)空壓耗與鉆井液密度的設計有直接關系。常規(guī)過平衡及近平衡鉆井現場泵排量是按噴射鉆井最大鉆頭水功率或沖擊力原則進行設計，鉆井液循環(huán)足以達到紊流狀態(tài)。但是，對于欠平衡鉆井而言，為降低泵、井口旋轉防噴器及節(jié)流管匯等設備的負荷增加井控的可靠性，并且避免紊流對裸眼油氣層的沖刷作用，一般以滿足鉆井液攜巖要求為原則，認為欠平衡鉆井液鉆井液排量不宜太大，流動狀態(tài)應以層流為主。因此，可按式（516）計算層流時鉆井液的環(huán)空壓耗。 （416）式中 鉆井液塑性粘度，； 屈服值，Pa； 鉆柱直徑，mm； 37 井眼或套管直徑，mm； LP鉆柱長度，m； 鉆井液排量，L/s。3 鉆井液密度確定鉆井液密度的計算應該在井口回壓為零、正常鉆進過程中負壓值達到設計值的情況下進行，鉆井液密度的計算式，見公式517. （417）PF井底負壓值。PP地層壓力，；H井深，m。欠平衡鉆井中鉆井液密度的設計以地層空隙壓力的預測技術為前提，預測的精確程度直接關系到鉆井液密度設計及鉆井作業(yè)的成敗。因此在設計過程中應詳細研究、評估所測數據和相關資料，以確保安全鉆進。 負壓差確定因素及分析 負壓差是指井底壓力與底層壓力之差，其設計值的準確與否直接關系到能否安全、快速鉆進。如果設計值過小，容易造成井底壓力過平衡，失去負壓鉆井的意義和目的；若設計值過大，易造成井口設備過載甚至失控，從而引起重大鉆井事故。影響負壓值大小的因素：①單位負壓值下的產油、氣量（可由己產生井求得）；②設計的隨鉆產油、氣量；③負壓井段不同壓力體系的地層壓力；④水平井井段的長度；⑤井口設備的除氣、液能力；⑥井口防噴設備的額定工作壓力；⑦井