钻井工程理论与技术__第一章_钻井的工程地质条件.ppt

第一章钻井的工程地质条件
本章主要内容:

地下各种压力的概念
异常高压的原因
地层破裂压力
岩石的力学特性
第一节地下压力特性
一、地下压力的各种概念
(一)静液压力(hydrostatic pressure)
静液压力—由液柱自身重力所引起的压力,其大小与液体的
密度和液柱的垂直高度或深度有关。

(1-1)
式中: —静液压力, ; —液体密度,

—液柱的垂直高度,m;

静液压力梯度—单位深度的液柱压力称为静液压力梯度,

(1-2)
(二)上覆岩层压力(Overburden pressure)
上覆岩层压力—地层某处的上覆岩层压力是该处以上地层(包括岩石
基质和岩石孔隙中的流体)总重力所产生的压力。


(分段计算)
式中:
—上覆岩层压力, ; D —地层垂直深度,m;
—地层空隙度, % ; —岩石骨架密度,
—孔隙中的流体密度, —地层密度,
地层密度的确定:
密度测井法
声波测井法:
上覆岩层压力梯度—
上覆岩层压力随深度增加而增大
,上覆岩层压力梯度一般为
。
在实际钻井过程中,以钻台作为上覆岩层压力的基准面。
(三)地层压力(Formation pressure)
地层压力—指岩石空隙中的流体所具有的压力,也称为地层孔隙
压力( Formation pore pressure ),用表示。
正常地层压力—等于地层流体的静液压力, 。

异常地层压力—地层压力大于或小于正常地层压力。


超过正常地层压力的地层压力( )称为异常高压。
低于正常地层静液压力的地层压力( )称为异常低压。
(四)基岩应力(Matrix stress)
上覆岩层压力由岩层的基质颗粒(骨架)和孔隙中的流体

共同承担。由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压
力,称为基岩应力。亦称有效上覆岩层压力、骨架应力或颗粒
间压力,用表示。
(五)地下各种压力的关系
上覆岩层压力由岩层的基质颗粒(骨架)和孔隙中的流体共同承担。因此上覆岩层压力、地层压力和基岩应力存在以下关系:

当一定时, 越小,
增大。 0,
所以,地层的孔隙压力增大,
基岩应力必然减小。
地层沉降压实机理:
沉积物的压缩过程是由上覆沉积层的重力所引起
的。随着地层的沉降,上覆沉积物重复地增加,下覆岩层就
逐渐被压实。如果沉积速度较慢,沉积层内的岩石颗粒就有
足够的时间重新紧密的排列,并使孔隙度减小,孔隙中的过
剩流体被挤出。如果是“开放”的地质环境,被挤出的流体就
沿着阻力小的方向,或向着低压高渗透的方向流动,于是便
建立了正常的静液压力环境。于是地层水自下而上形成连续
的正常的静液压力系统。
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。
(六)异常地层压力成因
异常低压和异常高压系统称为异常压力(abnormal pressure)

1、异常低压(abnormal low pressure)
(即正常地层压力梯度)的是
异常低压。

产生异常低压的原因:
(1)生产多年而友没有压力补充的枯竭油气层。
(2)地下水位极低。