第一章钻井工程地质条件压力3学时课件

,#,第一章 钻井的工程地质条件,第一节 地下压力特性,第二节 岩石的工程力学性质,1,第一章 钻井的工程地质条件 第一节,第一节 地下压力特性,一、地下各种压力,二、异常高压的成因及其评价方法,三、地层破裂压力,2,第一节 地下压力特性一、地下各种压力2,一、地下各种压力,地层（Formation）=岩石骨架（Matrix）+流体（Liquid）,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,3,一、地下各种压力地层（Formation）=岩石骨架（Mat,一、地下各种压力,（一）地层压力（formation pressures）,1.,静水压力,（hydrostatic pressure）,正常地层压力=静水压力,静水压力，MPa;,地层水密度，,淡水：1.0g/cm,3,盐水：1.05g/cm,3,；,液柱的,垂直,高度，m。,静液压力梯度，MPa/m；,h,l,4,一、地下各种压力（一）地层压力（formation pre,一、地下各种压力,（一）地层压力（formation pressures）,2.,异常地层压力,（abnormal pressure）,异常低压 小于静水压力的地层压力,异常高压大于静水压力的地层压力,地层压力当量密度：,令：,为,地层压力当量密度,，g/cm,3,称,地层压力梯度：,5,一、地下各种压力（一）地层压力（formation pre,一、地下各种压力,x,y,z,P,x,P,y,P,o,P,z,垂直地应力（上覆岩层压力）,P,x，,P,y,水平地应力,6,一、地下各种压力xyzPxPyPoPz 垂直地应力（上覆,上覆压力梯度：,如基东高尚堡构造：,一、地下各种压力,1.上覆岩层压力或垂直地应力（Overburden pressure）,（二）地应力（,in-situ stress,）,7,上覆压力梯度：如基东高尚堡构造：一、地下各种压力1.上,一、地下各种压力,（二）地应力（,in-situ stress,）,2.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,又称为,有效垂直地应力。,3.水平地应力,由上覆岩层的侧压效应和地质构造力的作用引起的。,8,一、地下各种压力（二）地应力（in-situ stres,（1）上覆岩层压力梯度一般随深度增加而增大。,（2）沉积岩的平均密度大约为2.5克/厘,3,，平均上覆岩层压力梯度一般,为0.0227兆帕/米。,（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。,一、地下各种压力,注意,9,（1）上覆岩层压力梯度一般随深度增加而增大。一、地下各种压力,第一节 地下压力特性,一、地下各种压力,二、异常高压的成因及其评价方法,三、地层破裂压力,10,第一节 地下压力特性一、地下各种压力10,二、异常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,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；,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：,砂岩层,裂缝和溶洞发育的碳酸盐层,11,二、异常高压的成因及其评价方法abnormal press,1.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,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。,欠压实地层的特点：岩层密度减小，孔隙度增大。,（二）异常高压形成的原因,12,1.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,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,二、异常高压的成因及其评价方法,（二）异常高压形成的原因,13,由地质构造运动，如地壳的升降、断层、盐丘侵入等，引起,二、异常高压的成因及其评价方法,（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,14,二、异常高压的成因及其评价方法（二）异常高压形成的原因盐丘型,3.其它成因,（1）水热增压：密闭容器中，水温升高0.55，压力升高0.86MPa。,（2）注入作用,（3）蒙脱石转化为伊利石的脱水作用,（4）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）异常高压形成的原因,15,3.其它成因二、异常高压的成因及其评价方法（二）异常高压形,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,地震资料法,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。,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，并可根据偏离程度的大小定量计算地层压力。,1.声波法原理,16,二、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,二、异常高压的成因及其评价方法,2.地层压力的计算,当量密度,g/cm,3,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,0,20,40,60,80,100,120,（1）经验图板法,（三）异常高压地层的钻前预测方法,17,二、异常高压的成因及其评价方法2.地层压力的计算当量密度g,二、异常高压的成因及其评价方法,2.地层压力的计算,（2）等效深度（当量深度）法,（三）异常高压地层的钻前预测方法,18,二、异常高压的成因及其评价方法2.地层压力的计算（2）等效,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:t=ae,-cD,读出异常高压层段的实际t和该深度D所对应的正常趋势线上,的声波时差t,n,，计算t-t,n,；,从经验图版上读出t-t,n,所对应的当量密度,p,；或采用等效深度法计算地层压力。,二、异常高压的成因及其评价方法,3.一般步骤,（三）异常高压地层的钻前预测方法,19,收集声波时差测井资料，读取泥页岩点的声波时差数据；二、异,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,页岩密度法高压地层欠压实，泥页岩密度偏小。,机械钻速法机械钻速与地层压实程度有关。,dc指数法 机械钻速的一种标准化形式。,20,二、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,宾汉钻速模型（Bingham,1964)：V,pc,Kn,e,(W/d,b,),d,d指数（泥页岩层）：,采用常用工程单位：,dc指数（,修正钻井液密度的影响）：,二、异常高压的成因及其评价方法,1.d,c,指数的概念,（四）异常高压地层的随钻监测方法,21,宾汉钻速模型（Bingham,1964)：V,2.d,c,指数法与原理,在正常压力层段，dc指数随井深增加而增大。在半对数坐标中，dc指数与井深呈线性关系，称之为正常压力趋势线。,当钻遇异常高压层，由于地层欠压实，机械钻速增大，dc指数则相对减小，偏离正常趋势线。根据偏离程度可计算出地层压力。,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,22,2.dc 指数法与原理 在正常压力层段，dc指数随井,3.地层压力的计算,经验图版法、当量（等效）深度法、,经验公式法,二、异常高压的成因及其评价方法,4.一般步骤：,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、,转速、钻头直径、地层水密度、实际钻井液密度；,2）计算dc指数；,3）在半对数坐标中绘制散点图，引出正常压力趋势线；,4）计算地层压力。,（四）异常高压地层的随钻监测方法,23,3.地层压力的计算二、异常高压的成因及其评价方法4.一般,思考题,1）,dc指数法预测地层压力的误差较大，为什么？,2）声波法和dc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？,二、异常高压的成因及其评价方法,24,思考题 1）dc指数法预测地层压力的误差较大，为什么？,第一节 地下压力特性,一、地下各种压力,二、异常高压的成因及其评价方法,三、地层破裂压力,25,第一节 地下压力特性一、地下各种压力25,1.地层破裂压力（fracture pressure）,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,裂压力。,三、地层破裂压力,称为地层破裂压力当量密度，g/cm,3,26,1.地层破裂压力（fracture pressure）使,当,x,y,p,p,+,x,p,h,x,x,y,y,p,p,p,p,裂缝张开方向,p,h,三、地层破裂压力,2.地层破裂条件,27,当xyzphxxyypppp裂缝张开方向p,（1）Eaton(1969),认为：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,地应力时地层才能破裂。,三、地层破裂压力,3.地层破裂压力预测方法,28,（1）Eaton(1969)三、地层破裂压力3.地层破裂压力,式中：K,SS,由现场压裂实验数据求得；,S,t,岩石抗拉强度，由,岩心抗拉试验求得。,（2）黄荣樽法（1985）,认为：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；,当井内液压力超过地层孔隙压力、最小水平地应力和岩,石的抗拉强度，地层开裂。,三、地层破裂压力,3.地层破裂压力预测方法,29,式中：KSS 由现场压裂实验数据求得；（2）黄,井口压力,注入量,三、地层破裂压力,3.地层破裂压力实测方法,30,井口压力注入量三、地层破裂压力3.地层破裂压力实测方法30,综合练习题,某井将套管下至,1000,米固井后做漏失试验，测得漏失压力为,P,L,=5.9MPa,，井内泥浆密度为,1.15g/cm,3,。继续钻进至,2000,米将钻遇油气层，预计油气层压力为,35.0MPa,。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，能否导致井漏事故？,31,综合练习题 某井将套管下至1000米固井后做漏失试验,抓安全细节着眼，防隐患消除着手。,11月-24,11月-24,Tuesday,November 19,2024,产品的质量是拓展的翅膀，航程无限，辉煌有期。,15:13:15,15:13:15,15:13,11/19/2024 3:13:15 PM,防微杜渐，警钟长鸣。,11月-24,15:13:15,15:13,Nov-24,19-Nov-24,坚持一流管理，生产一流产品。,15:13:15,15:13:15,15:13,Tuesday,November 19,2024,生产是可喜的收获，安全是金色的种子。,11月-24,11月-24,15:13:15,15:13:15,November 19,2024,产品批次能鉴别，问题产生以解决。,2024年11月19日,3:13 下午,11月-24,11月-24,态度决定一切，细节决定成败。,19 十一月 2024,3:13:15 下午,15:13:15,11月-24,安全是幸福的源泉安全是效益的保障。,十一月 24,3:13 下午,11月-24,15:13,November 19,2024,十起事故九起违章，三令五申常抓常讲。,2024/11/19 15:13:15,15:13:15,19 November 2024,合理搬运周转，爱惜劳动成果。,3:13:15 下午,3:13 下午,15:13:15,11月-24,危险源点挂上牌，安全操作记心怀。,11月-24,11月-24,15:13,15:13:15,15:13:15,Nov-24,贯标认证，人人参与，从我做起。,2024/11/19 15:13