第2章 井下各种压力的概念及其相互关系.docx

第二章 井下各种压力的概念及其相互关系

— 压力

压力是井控工作中最主要的概念之一。正确理解井下各种压力的概念及其相互关系对于掌握井控技术和防止井喷是非常重要的。

1、压力的定义

压力也称压强，是指物体单位面积上所受的垂直力。

2、压力的数学表达式

P F

S

式中：P—压力，N/m2

F—作用于面积S上的垂直力，NS—面积，m2

3、压力的单位及换算

压力的国际标准制单位是帕斯卡，简称帕，符号是Pa。1帕就是

1m2面积上受到1N的垂直力时形成的压力，即1Pa=1N/m2

压力的单位帕是一个相对较小的单位。为了现场应用的方便，常使用千帕(KPa)和兆帕(MPa)两个单位，即

1MPa=1000KPa=106Pa

与过去常用的工程大气压(kgf/cm2)的换算关系是

1MPa=10.194kgf/cm2 1kgf/cm2=98.067KPa

粗略计算时，可认为1kgf/cm2=100KPa=0.1MPa

另外，压力的国际工程单位是巴(bar)，1bar=1.01972kgf/cm2英制中，压力的单位是psi。1psi即1平方英寸面积上受到1磅

的垂直力。与兆帕的换算关系是1000psi=6.895MPa

二 静液压力

1、静液压力的定义

静液压力是由静止液体的重力产生的压力。其大小取决于液体的密度和液体的垂直高度，与液体的断面形状无关。

2、静液压力的计算

P=ρgH

式中：P--静液压力，MPa

ρ--液体密度，g/cm3

g--重力加速度，0.00981H--液柱的垂直高度，m

在陆上钻井作业中，H为井眼的垂直深度，起始点自转盘面算起，液体的密度为钻井液的密度。

例1某井钻至井深2000米处，所用钻井液密度为1.2g/cm3,求井底处的静液压力。

解：P=ρgH=1.2×0.00981×2000=23.5MPa

三 地层压力

1、地层压力的定义

地层压力是指地下岩石孔隙内流体的压力，也称孔隙压力。

2、地层压力的表示方法

用压力的单位表示。这是一种直接表示法。

用压力梯度表示。

⑴压力梯度的定义

压力梯度指的是每增加单位垂直深度压力的变化量，即每米井深压力的变化值。

⑵压力梯度的计算

根据压力梯度的定义，可知其计算公式为：

G=P/H=ρg

式中：G—压力梯度，KPa/m(MPa/m)P--静液压力，KPa(MPa)

H--液柱的垂直高度，m

ρ--液体密度，g/cm3

g--重力加速度，9.81(0.00981)

用压力梯度的定义，静液压力的公式也可以写成：

静液压力=压力梯度×垂深(P=G×H)

例2已知地层压力当量钻井液密度1.24g/cm3，计算地层压力梯

度

解：G=ρg=9.81×1.24=12.164KPa/m

例3已知地层压力是30MPa，地层深度2000米，计算地层压力梯

度

解：G=30×1000/2000=15KPa/m

用当量钻井液密度表示。

⑴当量钻井液密度的定义

工程上为了方便起见，常使用当量钻井液密度这一概念。井内某

一位置的当量钻井液密度是这一点所受各种压力之和（静液压力、回压、环空压力损失等）折算成钻井液密度，称为这一点的当量钻井液密度。

把地层压力折算成钻井液密度，称为地层压力当量钻井液密度。

⑵地层压力当量钻井液密度的计算

ρe=

式中：P—地层压力，MPa

P

0.00981H

例4某井2000m处的地层压力为24MPa，求地层压力当量密度

是多少?

解：ρe=

P 24= =1.22g/cm3

P 24

0.00981H 0.00981 2000

用压力系数表示。压力系数是某点压力与该点水柱压力之比，无因次，其数值等于该点的当量钻井液密度。

3、地层压力的分类

正常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，这个压力就是由该深度以上地层流体的静液压力所形成的。水和盐水是两种常见的地层流体，水的密度是1g/cm3，形成的压力梯度为9.8KPa/m，地层盐水的密度大约为1.07g/cm3，形成的压力梯度为10.5KPa/m。按习惯，压力梯度在9.8KPa/m～10.5KPa/m为正常地层压力。

异常高压 地层压力梯度大于正常压力梯度时，称为异常高压。地层压力正常或者接近正常，则地层流体必须一直与地面连通。这种通道常常被封闭层或隔层截断。在这种情况下，隔层下部的地层

流体必须支撑上部岩层。岩石重于地层流体，所以地层压力可能超过静液压力，形成异常高压地层。

异常低压 地层压力梯度小于正常压力梯度时称为异常低压。

这种情况多发生于衰竭产层和大孔隙的老地层。

四