【正文】 三、檢測(cè)地層壓力的方法 檢測(cè)異常地層壓力直接關(guān)系到鉆井作業(yè)的成敗。 鹽丘體侵入形成的異常高壓 此外，還有一些引起異常高壓的其它成因。因此，在鹽丘下面，往往被隔成高壓。 ，這個(gè)值要比純上覆地層負(fù)荷而引起壓力梯度 。水熱增壓作用的大小取決于地溫梯度。在一個(gè)孔隙流體能正常排出的壓實(shí)平衡的地層，可視為一個(gè)“開啟”系統(tǒng)，地溫的增加，不會(huì)導(dǎo)致孔隙中流體壓力的升高。 如圖 流體運(yùn)移作用 返回 井控技術(shù) 水熱增壓作用 密閉容器中的液體，其壓力會(huì)隨著溫度的聲高而增大。 P4000=? ?4000 =40MPa 則 3000米處的壓力 p3000= （ 40003000) = 3000米處的正常地層壓力 P3000= 3000=30MPa 例 返回 從深層油藏向上部較淺層運(yùn)動(dòng)的流體可以導(dǎo)致淺層變成異常壓力層。 粘土成巖作用 繼續(xù) 返回 當(dāng)存在于非水平構(gòu)造中的孔隙流體的密度，比本地區(qū)正?？紫读黧w密度小時(shí) ,則在構(gòu)造斜上部，可能會(huì)形成異常高壓。在大段泥巖沉積中，夾有砂巖透鏡體時(shí)，在壓實(shí)作用下泥巖中的流體進(jìn)入砂巖而形成異常高壓。 構(gòu)造運(yùn)動(dòng) 繼續(xù) 斷層形成的異常高壓 成巖指巖石礦物在地質(zhì)作用下的化學(xué)變化。因此 ,壓力變高。由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，圈閉有地層流體的地層被斷層、橫向滑動(dòng)、褶皺或侵入所擠壓。 壓實(shí)作用 返回 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是地層自身的運(yùn)動(dòng)。如果沉積速度過快，沉積速度大于孔隙中流體的排除速度，有部分流體來不及排除被圈閉起來，阻礙了巖石的正常壓實(shí)，在沉積層內(nèi)出現(xiàn)欠壓實(shí)。異常高壓的成因是多方面的，主要有以下幾種： 隨著埋藏深度的增加和溫度的增加，孔隙水膨脹，而孔隙空間隨地靜載荷的增加而縮小。 圈閉層的作用是阻隔地層流體與外界連通，使流體能量得不到釋放而保持高的壓力狀態(tài)。 激動(dòng)壓力、抽汲壓力的影響因素有哪些？ 鉆井液密度確定為何要考慮安全附加值？其附加方式和數(shù)值有哪些要求？ 在鉆進(jìn)、起鉆、下鉆、靜止等幾種常見的工況中，井底壓力最小的工況是哪一種？在該工況下該如何做好井控工作 ？ 二、異常地層壓力的形成機(jī)理 在地層的某些地區(qū)，地層壓力因地質(zhì)方面的原因而增高，在含油氣的地下圈閉或構(gòu)造中，也存在著相同的情況。 已知井深 1000米處的地層壓力為 12MPa，試用地層壓力的另外三種表示方法描述該地層壓力的大小。 鉆井液對(duì)油氣層的傷害，不能單純以鉆井液密度的高低來衡量，而應(yīng)以壓差的大小和鉆井液濾液的化學(xué)成分是否與油氣層匹配來鑒別。過平衡（又稱正壓差），是指井底壓力大于地層壓力；欠平衡（又稱負(fù)壓差），是指井底壓力小于地層壓力；平衡，是井底壓力等于地層壓力的情況。 十二、壓差 井底壓力與地層壓力之差稱為壓差。因此，需要給鉆井液密度附加一安全值來抵消抽汲壓力等因素對(duì)井底壓力的影響。 十一、安全附加值 在近平衡壓力鉆進(jìn)中，鉆井液密度的確定，以地層壓力為基準(zhǔn)，再增加一個(gè)安全附加值，以保證作業(yè)安全。 關(guān)井時(shí)，井底壓力 =靜液壓力＋地面回壓 發(fā)生溢流后需及時(shí)關(guān)井，形成足夠的地面回壓，使井底壓力重新能夠重新平衡地層壓力。 下鉆時(shí)，井底壓力 =靜液壓力＋激動(dòng)壓力 由于激動(dòng)壓力的產(chǎn)生，使得下鉆時(shí)的井底壓力增大，雖不至于直接引發(fā)井控問題，但過大的激動(dòng)壓力可能導(dǎo)致漏失，致使靜液壓力下降，從而引發(fā)井控問題。 提鉆時(shí)，井底壓力 =靜液壓力－抽汲壓力 由于抽汲壓力的影響，提鉆時(shí)的井底壓力會(huì)下降，導(dǎo)致很多井在正常鉆進(jìn)時(shí)井底壓力能夠平衡地層壓力，而提鉆時(shí)發(fā)生溢流。 正常循環(huán)時(shí)，井底壓力 =靜液壓力＋環(huán)空壓耗 井內(nèi)流體循環(huán)時(shí)，環(huán)空壓耗會(huì)使井底壓力增加，過大的循環(huán)壓耗可能漏失；一旦停止循環(huán)，循環(huán)壓耗突然消失會(huì)使井底壓力下降，同樣影響井內(nèi)的壓力平衡。油氣活躍的井，要注意井內(nèi)流體長(zhǎng)期靜止時(shí)，地層中氣體的擴(kuò)散效應(yīng)對(duì)井內(nèi)流體密度影響，最終有可能影響井底壓力。 在不同作業(yè)情況下，井底壓力是不一樣的。其它還有侵入井內(nèi)的地層流體的壓力、激動(dòng)壓力、抽汲壓力、地面回壓等。 十、井底壓力 在鉆井作業(yè)中，始終有壓力作用于井底，主要來自于鉆井液的靜液壓力。 影響因素 激動(dòng)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(shí)際長(zhǎng)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。 激動(dòng)壓力 激動(dòng)壓力產(chǎn)生于下鉆和下套管時(shí)，因?yàn)殂@柱下行，擠壓其下方的鉆井液，使其產(chǎn)生向上的流動(dòng)。 九、激動(dòng)壓力和抽汲壓力 抽汲壓力 抽汲壓力發(fā)生在井內(nèi)提鉆時(shí)，由于鉆柱上提，會(huì)引起鉆井液向下流動(dòng)，以填充鉆柱下端因上升而空出來的井眼空間。當(dāng)停泵鉆井液停止循環(huán)時(shí)，流動(dòng)阻力消失，井底壓力又恢復(fù)為靜液壓力。 圖 25 井內(nèi)循環(huán)壓力損失 返回 在鉆井過程中，鉆井液沿環(huán)空向上流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失稱為環(huán)空壓耗。 對(duì)于正常壓力的高滲透性砂巖、裂縫性地層以及斷層破碎帶、不整合面等處，往往地層漏失壓力比破裂壓力小得多，而且對(duì)鉆井安全作業(yè)危害很大。鉆井過程中，采用物理支撐的原理，配制合理的鉆井液密度以平衡地層坍塌壓力，防止地層失穩(wěn)。因此，井徑的變化體現(xiàn)了井壁坍塌壓力的大小，從而可以確定出地層的坍塌壓力。 η—應(yīng)力非線性修正系數(shù)，無量綱。求地層破裂壓力當(dāng)量密度？ 解： = =六、地層坍塌壓力 地層坍塌壓力是指井眼形成后井壁周圍的巖石應(yīng)力集中，當(dāng)井壁圍巖所受的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力的差達(dá)到一定數(shù)值后，將形成剪切破壞，造成井眼坍塌，此時(shí)的鉆井液液柱壓力即為地層坍塌壓力。在做地層破裂壓力試驗(yàn)時(shí)，在套管鞋以上鉆井液的靜液壓力和地面回壓的共同作用下，使地層發(fā)生破裂而漏失，所以地層破裂壓力當(dāng)量密度可以按以下公式進(jìn)行計(jì)算： 式中： ρe—地層破裂壓力當(dāng)量鉆井液密度， g/cm3； P—地面回壓， MPa； ρm—井內(nèi)鉆井液密度， g/cm3。 公式中的各參數(shù)可借助電測(cè)資料、地層破裂壓力試驗(yàn)和對(duì)破裂段巖芯的室內(nèi)試驗(yàn)等方法獲得，具體的確定方法在這里不再詳細(xì)論述。在鉆井作業(yè)前，預(yù)測(cè)地層破裂壓力主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，如馬修斯 —?jiǎng)P利（ Mathews—Kelly）法、休伯特 —威利斯（ Hubbert—Willis）法、伊頓（ Eaton）法、 Anderson模型、 Stephen模型及黃榮樽教授提出的預(yù)測(cè)模型。而其上限則不能超過地層的破裂壓力，以避免壓裂地層造成井漏。 破裂壓力一般隨井深增加而增大。上覆巖層壓力、地層壓力和骨架應(yīng)力之間的關(guān)系如圖所示。 上覆巖層的重力是由巖石基質(zhì)（骨架）和巖石孔隙中的流體共同承擔(dān)的，當(dāng)骨架應(yīng)力降低時(shí)，孔隙壓力就增大；孔隙壓力等于上覆巖層壓力時(shí)，骨架應(yīng)力等于零，而骨架應(yīng)力等于零時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生重力滑移。地下巖石平均密度大約為 ～ ，于是平均上覆巖層壓力梯度大約為。這種情況多發(fā)生于衰竭產(chǎn)層和大孔隙的老地層。巖石重于地層流體，所以地層壓力可能超過靜液壓力，形成異常高壓地層。這種通道常常被封閉層或隔層截?cái)唷? 2）異常高壓 地層壓力梯度大于正常壓力梯度時(shí)，稱為異常高壓。其值的大小與沉積環(huán)境有關(guān)，一類是淡水和淡鹽水盆地，淡水密度是 1g/cm3，形成的壓力梯度為 ，而另一類是鹽水盆地，其密度隨含鹽量的不同而變化，一般為 ，形成的壓力梯度為，這相當(dāng)于總含鹽量為 80 g/L的鹽水柱在 25℃ 時(shí)的壓力梯度。 (4) 用壓力系數(shù)表示 : 即某點(diǎn)壓力與該點(diǎn)水柱靜壓力之比。 (1) 用壓力的單位表示 如 :5MPa 12MPa (2) 用壓力梯度表示。 解：井底壓力 P= 2800＋ = MPa 地層壓力：是地下巖石孔隙內(nèi)流體的壓力， 也稱孔隙壓力。 ? 把地層壓力、地層破裂壓力、循環(huán)壓力折算成鉆井液密度，分別稱為地層壓力當(dāng)量鉆井液密度、地層破裂壓力當(dāng)量鉆井液密度、循環(huán)壓力當(dāng)量鉆井液密度。 解： P=ρgH= 3000= 例：如圖所示，井內(nèi)鉆井液密度 為 ，3000m處 靜液柱壓力為多少？ 解 p= ?H = 3000 =35. 288MPa 地層孔隙內(nèi)流體 (水 )的 壓力為： p= ?H = 3000 = 靜液壓力梯度的計(jì)算 根據(jù)壓力梯度的定義可知，其計(jì)算公式為： G=P/H=ρg 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 Ρ—液體密度， g/cm3 g—重力加速度， （ ） 用壓力梯度的定義，靜液壓力的公式也可以寫成： 靜液壓力 =壓力梯度 垂深 （ P=G H） 例 2 某井鉆至井深 3600米處，所用鉆井液密度為 ，計(jì)算井內(nèi)靜液壓力梯度。 靜液壓力的計(jì)算 P=ρgH 式中： P靜液壓力， MPa ρ液體密度， g/cm3 g重力加速度， H液柱的垂直高度， m 在陸上鉆井作業(yè)中， H為井眼的垂直深度，起始點(diǎn)自轉(zhuǎn)盤面算起，液體的密度為鉆井液的密度。靜液壓力梯度受液體密度的影響和含鹽濃度、氣體的濃度以及溫度梯度的影響。 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(guān)。 簡(jiǎn)述井噴失控的危害。 復(fù)習(xí)思考題 井控、一次井控、二次井控的定義。把適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的質(zhì)量更高的井控儀器、井控裝置的研發(fā)，作為科技發(fā)展研究的一項(xiàng)內(nèi)容，促進(jìn)井控儀器、井控裝置質(zhì)量水平的提高。 加大對(duì)井控儀器、井控裝置的研發(fā)力度，提高質(zhì)量。其次，要強(qiáng)化井控培訓(xùn)的全面性。從事鉆井和井下作業(yè)設(shè)計(jì)、管理、指揮、操作的各崗位、各層次人員，均應(yīng)參加相應(yīng)的培訓(xùn)。 加強(qiáng)人員培訓(xùn)，提高井控操作技能。必須通過積極采用先進(jìn)的安全裝備，形成有安全保障的生產(chǎn)能力。 要進(jìn)一步重視井控裝備的投入，滿足井控安全需求。要強(qiáng)化預(yù)案的演練，讓每個(gè)相關(guān)人熟悉預(yù)案，達(dá)到遇噴不慌，應(yīng)急自如。 高度重視井控應(yīng)急工作，堅(jiān)持“預(yù)防為主、減少危害”的方針，建立簡(jiǎn)單明了、科學(xué)合理、適用現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急預(yù)案。施工隊(duì)伍堅(jiān)持干部 24小時(shí)值班制度，采取切實(shí)可行的措施，強(qiáng)化對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)支撐和管理。 將井控工作貫穿于鉆井、地質(zhì)、測(cè)井、錄井、修井等作業(yè)的設(shè)計(jì)和施工全過程，建立和執(zhí)行嚴(yán)格的技術(shù)管理制度和施工設(shè)計(jì)審批程序，對(duì)井控風(fēng)險(xiǎn)大的施工環(huán)節(jié)事先要制訂詳細(xì)的井控技術(shù)措施并實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)論證和審批程序。同時(shí)，要加強(qiáng)基層建設(shè)，提高基層執(zhí)行力，鞏固銷項(xiàng)制成果，夯實(shí)井控安全基礎(chǔ)。 要嚴(yán)格執(zhí)行井控問題整改“銷項(xiàng)制”，要對(duì)井控檢查存在的問題采取“回頭看”的辦法，在下次檢查時(shí)首先檢查上次檢查存在問題的整改。加強(qiáng)施工過程中的井控管理工作，加大井控檢查和巡查力度，消除隱患，確保井控安全。要細(xì)化、量化井控設(shè)計(jì)、裝備配套和技術(shù)措施，提高井控設(shè)計(jì)、裝備和措施的針對(duì)性、實(shí)用性和可操作性，削減井控風(fēng)險(xiǎn)。 提高井控工作針對(duì)性，逐級(jí)削減井控風(fēng)險(xiǎn)。施工單位要認(rèn)真貫徹落實(shí)相關(guān)的法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)行鉆井和井下作業(yè)各項(xiàng)井控規(guī)定和規(guī)程。 國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布實(shí)施的石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)；集團(tuán)公司頒發(fā)的鉆井和井下作業(yè)井控管理規(guī)定是在國家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的提高和延伸；各油田要依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)