第一章 钻井工程地质条件—压力.pptx

(二)上覆岩层压力(Overburden pressur)
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流体)总重力所产生的压力。

式中:p0 —上覆岩层压力,MPa;D—地层垂直深度,m;φ—岩石孔隙
度,%;ρma—岩石骨架密度,g/cm3;ρ—孔隙中流体密度,g/cm3;
ρ0—地层密度, g/cm3。
第一节地下压力特性
(1-3)
(1-4)
(1-5)
上覆岩层压力梯度——

上覆岩层压力随深度增加而增大。
,。
在实际钻井过程中,以钻台作为上覆岩层压力的基准面。
第一节地下压力特性
(1-6)
(三)地层压力(formation pressue)
地层压力——指岩石孔隙中的流体所具有的压力,也称地层孔隙
压力(formation pore pressue),用pp 表示。
正常地层压力——等于静液压力,pp=ph。石钻
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(pp>ph)称为异常高压。
低于正常地层静液压力的地层压力(pp <ph)称为异常低压。
第一节地下压力特性
(四)基岩应力(matrix stress)
上覆岩层压力由岩石的基质颗粒(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σ表示。
(1-7)
第一节地下压力特性
(五)地下各种压力的关系
第一节地下压力特性
上覆岩层压力由岩石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之间存在以下关系:
当po一定时,σ减小,pp增大, σ→0,pp → po。所以,地层的孔隙压力增大,基岩应力必然减小。
(六)异常地层压力的成因
异常低压和异常高压统称为异常压力(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) 生产多年而又没有压力补充的枯竭油气层。
(2) 地下水位很低。
第一节地下压力特性
(abnormal high pressure)
。
(1)形成异常高压的地质条件
①地层具有保存流体的空隙;
②地层周围存在不渗透围栅,构成圈闭;
③具有一定的埋藏深度,形成足够大的上覆岩层压力。
(2)异常高压的成因
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),地层孔隙中的流体则随着地层的压实被排挤出去,
建立起静液压力条件。
在地层被不渗透的围栅包围,流体被圈闭在地层的孔隙空间内不能自由
流通(称之为水力学封闭系统)的条件下,随着地层的不断沉积,上覆岩层
压力逐渐增大,而圈闭在地层孔隙内的流体排不出去,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。
第一节地下压力特性
第一节地下压力特性
正常地层压力的形成
异常高压的形成
其它原因:
①地质构造作用:造成地层上升、巨大地应力的挤压
②水热增压作用:温度升高,流体体积膨胀
③渗透作用:水由盐浓度低的一侧通过泥岩半透膜向高侧渗透。
异常高压的大小
异常高压一般不会超过上覆岩层压力。但也有超过上覆岩层压力的特高压地层,由覆盖在高压层以上岩层的内力帮助上覆岩层压力来平衡地层流体的巨大向上作用力。
第一节地下压力特性
二、地层压力评价
地层压力预测(钻前):地震资料法、测井资料法
地层压力监测(钻进中):dc指数法、页岩密度法、标准化钻速法
(一)地层压力预测
地震法、声波时差法、页岩电阻率法。

声波(纵波)在单位距离地层内的传播时间称为声波时差。
式中:Δt——声波时差;
ρ——岩层密度, ρ=f(φ);
E ——岩石的弹性模量;
μ——岩石的泊松比。
对于一定的岩性(泥页岩), Δt≈f(φ)。
第一节地下压力特性
(1-8)