钻井工程复习资料讲述.docx

钻井工程 绪论 钻井：利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼（井眼）的过程。 钻井方法：为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。 第一章 钻井的工程地质条件 第一节 地下压力特性 一、地下各种压力的概念 （一）静液柱压力（ph） 1.概念：由液柱自身的重力所引起的压力。 2.公式： ph=0.00981ρH 式中：ph，静液柱压力，MPa；ρ，液体的密度，gcm3；H液柱的垂直高度，m。 3.压力梯度：单位高度或单位深度的压力，单位MPam。 4.静液柱压力梯度：Gh=phH=0.00981ρ。 （二）上覆岩层压力（po） 1.概念：地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体总重力所产生的压力。 2.公式： po=基岩重力+流体重力面积 po=0.00981H1-Φρma+Φρ po=0.00981ρoiHi （分段计算） 式中：po，上覆岩层压力，MPa；H，地层垂直深度，m；Φ，岩石孔隙度，%；ρma，岩石骨架密度，gcm3；ρ，孔隙中流体的密度，gcm3；Hi，第i层段厚度，m；ρoi，第i层段平均密度，gcm3。 3.上覆岩层压力梯度： G0=poiHi=0.00981ρoiHiHi 式中：G0，上覆岩层压力梯度，MPam；poi，第i段上覆岩层压力，MPa；Hi，第i层段厚度，m；ρoi，第i层段平均密度，gcm3。 （三）地层压力（pp） 1.概念：指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层孔隙压力。 2.正常地层压力：等于从地表到地下某处的连续地层水的静夜压力。 （用Gp表示正常地层压力梯度：淡水，Gp=0.00981MPam；盐水，Gp=0.0105MPam） 3.异常地层压力：地层压力大于或小于正常地层压力。 （1）异常高压：超过正常地层静液压力的地层压力(ppph)称为异常高压。 （2）异常低压：低于正常地层静液压力的地层压力(ppph)称为异常低压。 4.地层压力当量密度：指某一深度处地层压力用等高度的钻井液柱压力来等效时，所需钻井液的密度。 （四）基岩应力（σ） 1.概念：基岩应力是岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力，亦称有效上覆岩层压力、骨架应力或颗粒间压力。 2.上覆岩层压力、地层压力和基岩应力之间的关系是： po=pp+σ （五）异常地层压力的成因 1.正常地层压力的形成： 在地层的沉积过程中，随着上覆沉积物不断增多，地层逐渐被压实，孔隙度减小，如果地层是可渗透的、连通的、地层中流体的流动不受限制（称之为水力学开启系统），地层孔隙中流体则随着地层的压实被排挤出去，建立起静液压力条件，形成正常压力地层。 2.异常地层压力的成因 （1）异常低压产生原因： ①生产多年而又没有压力补充的枯竭油气层。 ②地下水位极低。 （2）异常高压产生原因： ①地层欠压实作用:随着地层的不断沉积，上覆岩层压力逐渐增大，假若该地层被不渗透的围栅包围（盖层），则该地层孔隙中流体不能被排挤出去，其必然承受部分上覆岩层重力。结果是地层流体压力升高，地层得不到正常压实，孔隙度相对增大，岩石密度相对减小，基岩应力相对降低，这种作用称为欠压实作用。 ②地质构造作用:造成地层上升。如果在抬升过程中有某种因素限制了流体的运移，该地层就会由于深度因素而形成异常高压。 ③水热增压作用:温度升高、流体膨胀。 ④流体运移作用:流体运移效应包括钻开的岩层与超压层的联通以及地层流体等势面的差异造成的压力异常。 ⑤油田注水 二、地层压力评价 （一）压力预测 1.概念：用邻近井资料进行压力预测，建立地层压力剖面。 2.压力预测的方法：地震法、声波时差法和页岩电阻率法。 3.声波时差法 （1）声波在地层中的传播特性：声波传播速度主要是孔隙度和岩性的函数。如果岩性为泥页岩时，则声波测井主要反映孔隙度的变化。 正常压实地层中：随着井深的增加，岩石密度增大，孔隙度减小，声波的速度增大，声波时差减小。 异常高压地层：由于前压实作用，随着井深的增加，岩石密度减小，孔隙度增加，声波速度减小，声波时差增大。 （2）声波时差与井深的关系式： ln△t=lnt0-cH=a·H+b 推导过程（不用背）： 泥页岩地层声波时差与孔隙度之间关系： Φ=△t-△tm△tf-△tm 1 式中：Φ，岩石孔隙度，%；△t，地层的声波时差，μsm；△tm，基岩的声波时差，μsm；△tf，地层孔隙内流体的声波时差，μsm。 正常沉积条件下，泥页岩的孔隙度随深度的变化规律为： Φ=Φ0e-cH 2 式中：Φ，泥页岩的孔隙度，%；Φ0，泥页岩在地面的孔隙度，%；c，常熟；H，井深，m。 由式（1）得，在地面的孔隙度为： Φ0=△t0-△tm△tf-△tm 3 式中：△t0，泥页岩在地面的声波时差。 联立（1）、（2）、（3）式得： △t-△t