井下各种压力的概念.ppt

1 井下各种压力的概念及其相互关系 职工培训处XXX 2012 04 江苏油田井控技术培训学校 2 井下各种压力的概念 静液压力 地层压力 上覆岩层压力 地层破裂压力 井底压力 压差 压力损失 激动压力和抽吸压力 压力的表示方法 3 静液压力 静液压力是由静止液体重力产生的压力 4 如图2 1所示 静液压力是液柱密度和垂直高度的函数 其大小取决于液柱密度和垂直高度 ph 10 3 gH 0 0098 H 2 1 式中ph 静液压力 MPa g 重力加速度 9 81m s2 液体密度 g cm3 H 液柱的垂直高度 m 5 例2 1 如图2 1所示 井内井液的密度为1 20g cm3 地层水的密度为1 07g cm3 求3000m处的静液压力及地层孔隙内流体的压力 解 井液静液压力 pm 10 3 gH 10 3 1 20 9 81 3000 35 316 MPa 地层孔隙内流体的压力 pp 10 3 gH 10 3 1 07 9 81 3000 31 49 MPa 注意 若是定向井 井深必须用垂直井深 而不是测量井深 或钻柱的长度 另外 静液压力仅取决于流体的密度和液柱的垂直高度 与井筒尺寸无关 6 地层压力 地层压力 指作用在地层孔隙内流体上的压力 也称地层孔隙压力 油气生产和井下作业中常用到的油 气 层静压是指目前地层压力 正常情况下 地下某一深度的地层压力等于地层流体作用于该处的静液压力 这个压力就是由某深度以上地层流体静液压力所形成的 7 1 正常地层压力 盐水是常见的地层流体 密度大约为1 07g cm3 地层压力梯度大约是10 496kPa m 属于正常压力梯度范围 将深度乘以10 496kPa m即可求得含盐水地层中的压力 如所有静液压力计算一样 对斜井井深必须用垂直井深 在我国正常地层压力的范围是9 8 10 496kPa m或1 0 1 07g cm3 地层中某点的正常地层压力等于该点地层水的静液压力 8 2 异常高压和异常低压 地层压力正常或者接近正常静液压力 则地层内的流体应一直与地面连通 但这种流体连通常常被封闭层或断层截断 在这种情况下 隔层下部的流体必须支撑上部岩层的部分重量 岩层重于地层水 所以地层压力超过静液压力 我们称这种地层为异常高压地层或超压地层 即地层压力大于正常压力梯度时 称为异常高压 我国大部分油田 世界大部分沉积盆地都有异常高压发生 反之 地层压力小于正常压力梯度时 称为异常低压 这种情况发生于衰竭的产层和大孔隙的老地层 9 上覆岩层压力 某地层的上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的岩石及其岩石的孔隙中流体的总重量造成的压力 以P 表示上覆岩层压力 P gH 1 r 式中 H为地层柱状剖面垂直高度 为岩石孔隙度 r为岩石密度 为岩石孔隙中流体的密度 10 地层破裂压力 地层破裂压力 指某一深度处地层抵抗水力压裂的能力 当作用在地层上的压力达到地层破裂压力时 使地层原有的裂缝扩大延伸或使无裂缝的地层产生裂缝 从井下作业安全方面讲 地层破裂压力越大 地层抗破裂强度就越大 越不容易被压漏 作业越安全 为了方便比较 破裂压力通常以压力梯度或当量密度来表示 常用单位是MPa m或g cm3 11 在井下作业中 井内液柱压力的下限要与地层压力相平衡 即不污染油气层 又能保证井控安全 而其上限则不应超过地层的破裂压力 以避免压裂地层造成井漏 尤其是地层压力差别较大的裸眼井段 如措施不当会造成先漏后喷的问题 破裂压力是制定施工措施 确定最大关井套压的重要依据 12 井底压力 井底压力 指井底流体具有的压力 是地面和井内各种压力作用在井底的总和 这个压力随着作业工况的不同而变化 13 井底压差 井底压差 井底压力与地层压力之间的差值 如果井底压力大于地层压力 其差值为正 如果井底压力小于地层压力 则压差为负 当pb pp时 p 0 井底为过平衡 当pb稍大于pp时 p稍大于0 井底为近平衡 当pb pp时 p 0 井底压力与地层压力相平衡 当pb pp时 p 0 井底为欠平衡 出现负压差 14 压力损失 又称压力降 是表示装置消耗能量大小的技术经济指标 以装置进出口处流体的全压差表示 实质上反映了流体经过除尘装置 或其他装置 所消耗的机械能 与通风机所耗功率成正比 在保证除尘效率的前提下 压力损失应尽量小些 多数除尘装置的压力损失为1 2 15 压力损失包括沿程压力损失和局部压力损失 沿程压力损失 指液体在直管中流动时因液体具有的粘性而产生的压力损失 局部压力损失 指液体流经如阀口 弯管 通流截面变化等局部阻力引起的压力损失 局部压力损失产生的原因 液体流过局部装置时形成死水区或涡旋区 液体在此区域并不参加主流动 而是不断的打旋 加速液体摩擦或造成质点碰撞 产生局部能量损失 液体流过局部装置时流速的大小和方向发生急剧变化 各截面上的速度分布规律也不断变化 引起附加摩擦而消耗能量 16 局部压力损失 沿程压力损失 17 对金属管取 对橡胶管取 18 激动压力 激动压力产生于下钻和下套管时 因为钻柱下行 挤压其下方的钻井液 使其产生向上的流动 由于钻井液向上流动时要克服流动阻力的影响 结果导致井壁与井底也承受了该流动阻力 使得井底压力增加 19 抽吸压力 抽汲压力发生在井内提钻时 由于钻柱上提 会引起钻井液向下流动 以填充钻柱下端因上升而空出来的井眼空间 这部分钻井液流动时受到流动阻力的影响 使得井内钻井液不能及时充满这部分井眼空间 这样 在钻头下方形成一抽汲空间 其结果是降低了有效的井底压力 20 压力的表示方法 我国石油作业现场有4种压力的表示方法 1 用压力单位表示 这是一种直接表示法 如100kPa 10MPa 2 用压力梯度表示 压力梯度是指单位深度或高度地层压力的变化量 即单位井深压力的变化值 计算公式为 G p H 10 3 g 0 00981 2 2 21 式中G 压力梯度 MPa m p 压力 MPa H 深度 m 用压力梯度表示压力 方便之处在于对比不同深度的压力时 可消除深度的影响 例2 2 已知井液密度为1 20g cm3 井深为3500 求压力梯度和井底静液压力 解 压力梯度G g 10 3 9 81 1 20 0 0118 MPa m 静液压力p 0 0118 3500 41 202 MPa 22 3 用当量密度表示 某深度的压力等于具有一定密度的流体在该点所形成的液柱压力 则可以用该密度表示该处的压力 称为当量密度 该方法的优点是便于同井液密度相比较 23 e p H G 2 3 式中 e 当量密度 g cm3 如在3000 处的地层压力为40MPa 则 e p 10 3 9 81H 40 9 81 10 3 3000 1 36 g cm3 这种压力表示方法 与压力梯度类似 也可以在对比不同深度压力时消除深度带来的不便 24 4 用压力系数表示 这种方法是某深度压力与该点水柱静压力之比 无因次 其数值等于该点的井液当量密度 由于压力表示方法的不同 对于某一压力可能有不同的叫法 但本质却是同一个压力 例如 井深2000m处的压力是23 544MPa 也可说压力梯度是11 77kPa m 也可说当量密度是1 20g cm3 或说压力系数1 20 25 复习思考 1 什么静液压力 2 什么是地层压力 3 什么是地层破裂压力 4 简述不同条件下井底压力的表示方法 5 什么是激动压力与抽汲压力 6 什么是压力梯度