a02压力概念与相互关系.doc

第2章 井下各种压力的概念及其相互关系 井控问题实际上是井内油气压力控制问题，了解和掌握各种压力的概念及其各种井下压力之间的关系,对于学习和掌握井下作业井控工艺技术非常必要。 2.1 井下各种压力的概念 压力是指物体单位面积上受到的垂直力，物理学上叫压强，在石油工程上习惯称为压力。单位是帕斯卡，符号是Pa。 在1平方米(m2)面积上垂直作用1牛顿(N)的力时所形成压力是1帕(Pa)，即1Pa=lN/m2。 根据需要，常用千帕（KPa）或兆帕（MPa）表示压力。 1KPa=103Pa 1MPa=106Pa 与工程大气压的换算关系是： 1MPa=10.194kgf/cm2 或 1kgf/cm2=0.098MPa 粗略计算时，可认为： 1kgf/cm2≈100KPa=0.1MPa 其误差约为2%。 英制中，压力的单位用1平方英寸(in2)面积上受多少磅(bf)的力来衡量，单位符号是psi，换算关系是1psi≈6.895kPa=0.006895MPa。 井控中的压力是由液体、气体或液体与气体共同产生的，但压力的概念是一样的。 2.1.1 静液压力P 静液压力是由静止液体重力产生的压力。是液体密度和垂直高度的函数，其大小取决于液体密度和垂直高度。图2-1-1表示出了井内井液压力与地层孔隙水的静液压力。 静液压力的数学表达式： Pm=10-3gρmHm (2-1 式中：Pm-静液压力，MPa。 ρm-液体密度，g/cm3。 图2-1-1 图2-1-1 Hm-液柱垂直高度，m。 井控工艺技术中常用压力梯度表示压力。压力梯度是指每增加单位垂直深度压力变化的量。 静液压力梯度的数学表达式： Gm=Pm/Hm=10-3gρm 式中：Gm-静液压力梯度，MPa/m。 需要特别注意的是井深是垂深而不是斜（测量）深。 [例2-1] 如图2-1-1所示，井内钻井液的密度为1.20g/cm3，地层水的密度为1.07g/cm3，求3000m 解：钻井液静液压力： Pm=10-3rgH =10-3×1.20×9.81×3000=35.316MPa 地层孔隙内流体的压力： Pp=10-3rgH =10-3×1.07×9.81×3000=31.49MPa 2.1.2 地层压力P 地层压力是指作用在岩石孔隙内流体(油、气、水)上的压力，也叫地层孔隙压力。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。 地层压力的数学表达式: Pp=10-3gρpHp (2- 式中: Pp-地层压力，MPa。 ρp-地层孔隙流体密度，g/cm3。 Hp-地层的垂直深度，m。 地层压力梯度的数学表达式： Gp=Pp/Hp=10-3gρp 式中：Gp-地层压力梯度，MPa/m。 地层压力当量密度的数学表达式： ρp=Pp/10-3gHp (2-5) 式中：ρp-地层压力当量密度，g/cm3。 2.1.2.1 正常地层压力 盐水是常见的地层流体，密度大约1.0～1.07g/cm3。地层压力梯度大约是10.496kPa/m=0.00105MPa/m，属于正常地层压力梯度范围，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，对于 在我国正常地层压力范围是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,其表达式见公式(2-3)。 ①-正常压力；②-异常压力；图 ①-正常压力；②-异常压力； 图2-1-2 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。但这种通道常常被封闭层或隔层截断。在这种情况下，隔层下部的流体必须支撑上部岩层。岩石重于地层水，所以地层压力可能超过静液压力。我们称这种地层为异常高压地层或超压地层。如图2-1-2所示。 地层压力大于正常压力时，即压力梯度大于10.496kPa/m或当量密度大于1.07g/cm3，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。 地层压力小于正常压力时，即压力梯度小于9.8kPa/m或当量密度小于1.0g/cm3,称为异常低压。这种情况多发生于衰竭产层和大孔隙老地层。 2.1.3 地层破裂压力P 地层破裂压力是指某一深度地层发生破碎和产生裂缝时所能承受的压力。当达到地层破裂压力时，使地层原有的裂缝扩大延伸或使地层产生裂缝。从作业安全方面讲，地