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第2章 井下各种压力的概念及相互关系.doc

第2章 井下各种压力的概念及相互关系

笨蛋丶硪不离开
2019-01-11 0人阅读 0 0 0 暂无简介 举报

简介:本文档为《第2章 井下各种压力的概念及相互关系doc》,可适用于工程科技领域

第二章井下各种压力的概念及相互关系压力是井控的最主要的基本概念之一正确理解压力及压力之间的相互关系对于掌握井控技术和防止井喷事故的发生是非常重要的。一、压力所谓压力是指:物体单位面积上所受的在垂直力。压力的国际单位是帕符号是(Pa)Pa是m面积上受到N的垂直力时形成的压力。即:Pa=Nm根据需要工程上常用千帕(kPa)和兆帕(MPa)表示。它们的换算关系是:     kPa=PaMPa=PaMPa=kPabar=Pa粗略计算时可认为kgfcm=kPa=Mpa,其误差约为。压力的英制单位为psipsi是每平方英寸面积上承受磅的力时所形成的压力。psi=kPaMPa=psi二、静液压力静液压力是由静止液体重力产生的压力。由于流体具有特殊的性质允许我们使用更随便的计算式。静液压力是液柱密度和垂直高度的函数其大小取决于液柱密度和垂直高度。即 Р=ρgH             ()式中  Р静液压力。kPag重力加速度m/sρ液体密度gcmH液柱高度m。三、压力梯度为了讨论问题和应用的方便油田上普遍使用压力梯度的概念。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垂直井深压力的变化值或每m垂直井深压力的变化值。其计算公式为G=P/H=gρ        ()中式   G压力梯度kPa/mP压力kPa或MPaH垂直深度m或km。用这个压力梯度的定义静液压力公式也可以写成:静液压力=压力梯度×垂直深度压力梯度按定义为每米井深的压力增量。以水为例井眼每加垂深m静液压力就增加kPa垂深每增加m静液压力就增加kPa。四、压力的表示法这里有必要把我国钻井现场有关压力的表示方法加以说明。我国石油钻井现场有种压力表示方法。()用压力的单位表示。这是一种直接表示法如kPaMPa。()用压力梯度表示。提到某点的压力时说该点的压力梯度而不直接说该点的压力其好处或方便之处是在对比不同深度地层中的压力时可消除深度的影响。而该点的压力只要把梯度乘上深度即可得到。()用流体当量密度表示。井身某点压力等于具有相当密度的流体在该点所形成的液柱压力。这个密度常称为钻井液当量密度。()用压力系数表示。这是某点压力与该点水静压力之比其数值等于该点的钻井液当量密度。我国现场人员常说某井深处的压力系数是多少实际仍是当量密度只不过去掉了密度量纲只言其数值罢了。由于有压力表示方法的不同对于某一压力可能有不同的叫法但意思却是说的同一个压力。例如m处的压力是MPa也可说压力梯度是kPa/m也可说当量密度是gcm或说压力系数。五、地层压力地层压力是地下岩石孔隙内流体的压力也称孔隙压力。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。盐水是常见的地层流体它的密度大约为g/cm。因此地层压力梯度大约是kPa/m。按习惯kPa/m的地层压力梯度是正常的将深度乘以kPa/m就可求得含盐水地层中的压力。此外如所有静液压力计算一样对斜井井深必须用垂直井深。六、上覆岩层压力上覆岩层压力是指某深度以上的岩石和其中流体对该深度所形成的压力。地下某一深处的上覆岩层压力就是指该点以上至地面岩石的重力和岩石孔隙内所含流体的重力之总和施加于该点的压力。地下岩石平均密度约为gcm。于是平均上覆岩层压力梯度大约为kPam。上覆岩层压力与地层孔隙压力的关系是=MP式中 上覆岩层压力MPaM基体岩石重力MPaP 地层孔隙压力MPa。同样可以写成      G=GMGp         ()式中  G上覆岩层压力梯度,kPamGM基体岩石压力梯度,kPamGp地层孔隙压力梯度,kPam。如果 G平均约为kPamGp(若盐水密度为)则为kPamGM=kPam。七、地层破裂压力(一)地层破裂压力是指:某一深度地层发生破碎和裂缝时所能承受的压力。在压井施工时钻井液作用于地层的压力不能大于地层破裂压力否则会造成地层漏失。(二)地层破裂压力测定、套管鞋试漏法(SY)、主题内容与适用范围、试漏前的准备、试漏程序、试漏数据的采集、试漏数据处理作图试漏层有关参数的计算a漏失压力b破裂压力c破裂压力当量钻井液密度d最小水平主地应力e岩石抗拉强度(三)地层破裂压力当量密度地层破裂压力当量密度:具有相当于地层破裂压力的钻井液密度地层破裂压力当量泥浆密度=(试验压力MPa÷÷试验井深m)+试验流体密度gcm则 ρe=P/(H)+ρ式中 ρe钻井液当量密度g/cmρ试验流体密度gcmP漏失试验压力MPaH垂直井深m。例某井钻至井深m套管鞋位置m(垂深)漏失试验压力MPa漏失试验密度gcm当前泥浆密度gcm试计算地层漏失压力当量泥浆密度。注意:在做漏失试验时计算结果不要四舍五入直接将不要保留的小数舍去如密度gcm结果应是gcm。 解地层漏失压力当量密度=(试验压力MPa÷÷试验井深m)+试验流体密度gcm=(÷÷)+=+=gcm工程上为了方便起见常使用当量泥浆密度。地层某一位置的当量泥浆密度是这一点以上各种压力之和(静液柱压力回压环空压力损失等)折算为泥浆密度例已知井深m垂深m关井压力MPa当前泥浆密度gcm试计算地层压力当量泥浆密度。解 地层当量泥浆密度ρe=P/(H)+ρ=(×)+=+=gcm八、循环压力损失磨擦力是物体运动的阻力任何物体的运动都要克服阻力。泥浆泵的压力是在一定排量下整个循环系统磨擦阻力之和(这里钻头喷嘴压降也认为是一种阻力。)环空循环阻力是作用于地层的。因此当泥浆循环时会给地层增加一个压力或称为当量循环密度。环形空间越小这个数值越大。九、井底压力井内泥浆液柱压力是同时作用于井壁和井底的在不同作业情况下井底压力是不一样的。井眼静止:井底压力=静液柱压力正常循环:井底压力=静液柱压力+环空压力损失旋转头循环:井底压力=静液柱压力+环空压力损失+旋转头回压提钻时井底压力=静液柱压力+(-抽吸压力)下钻时井底压力=静液柱压力+激动压力循环油气侵时:井底压力=静液柱压力+环空压力损失+节流回压十、激动压力和抽吸压力摩擦力的方向与流体运动方向是相反的当提钻时产生抽吸压力抽吸压力使井底压力减少过大的抽吸压力会使地层流体进入井内。当下钻时会给地层施加一个附加的激动压力激动压力使井底压力增加过大的激动压力会造成井漏。因此在提下钻或下套管作业时要控制提下速度。激动压力和抽吸压力是类似的概念其数值相等激动压力为正值抽吸压力为负值。这两个压力受下列因素的影响、管柱的起下速度、钻井液粘度、钻井液静切力、井眼和管子之间的环形空隙、钻井液密度、环形节流(钻头泥包)。十一、压差 井底压力与地层压力之差称为压差。按此方法可将井眼压力状况分为过平衡、欠平衡和平衡三种情况。、过平衡(又称正压)是井底压力大于地层压力:、欠平衡(又称负压)是井底静液柱压力小于地层压力:、平衡,平衡是井底静液柱压力等于地层压力。大部分井是在过平衡和平衡情况下钻完的可以满足大部地质情况下的开发要求。十二、安全附加值在平衡压力钻进中泥浆密度需增加一个安全附加值以保证作业安全。安全附加值主要考虑了以下两个因素:一是平衡停泵后当量循环密度二是平衡抽吸压力。原石油天然气总公司对泥浆密度安全附加值的规定为:油水井:~gcm     气井: ~gcm或压力安全附加值:油水井:~MPa      气井: ~MPa十三、单位内容积及排替量计算、单位内容积是指单位长度钻柱(或管柱)的容积。单位内容积mm=Л×内径mm×   例计算外径″内径mm的钻杆的单位内容积。解单位内容积mm=Л×内径mm×= ××=× mm例下深m的″套管内径mm。试计算应灌泥浆量。解 泥浆量m=×内径mm××深度m= ××× =m

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