《钻井工程地质条》PPT课件

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1、第一章钻井的工程地质条件地下压力特性岩石的工程力学性质第一节地下压力特性一、地下各种压力的概念（一）静液压力（hydrostaticpressure）静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力。ph=0.00981ρH式中：ph—静液压力,MPa；ρ—液体的密度,g/cm3；H—液柱的垂直高度，m。压力梯度，表示静液压力随高度或深度的变化。Gh＝ph/H＝0.00981ρ淡水或淡盐水，Gh=0.00981MPa/m；盐水，Gh=0.0105MPa/m。（二）上覆岩层压力（Overburdenpressure）地层某处的上覆岩层压力是该处以上地层岩石基质和岩石孔

2、隙中流体总重力所产生的压力，用p0表示。式中：p0—上覆岩层压力，Mpa；H—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。上覆岩层压力随深度增加而增大。沉积岩的上覆岩层压力梯度一般为0.0227兆帕/米。式中：G0—上覆岩层压力梯度，Mpa/m；poi—第i层段的上覆岩层压力，MPa；Hi—第i层段的厚度，m。ρoi—第i层段的平均密度，g/cm3。上式计算的是上覆岩层压力梯度的平均值。（三）地层压力（formationpressure）地层压力是指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层孔隙压力（

3、formationporepressure），用pp表示。正常地层压力等于从地表到地下某处的连续地层水的静液压力。异常地层压力：地层压力大于或小于正常地层压力。。超过正常地层静液压力的地层压力(pp>ph)称为异常高压。而低于正常地层静液压力的地层压力(pp

4、normalpressure）。1．异常低压（abnormallowpressure）压力梯度小于9.81kPa／m（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。2．异常高压（abnormalhighpressure）压力梯度大于10.5千帕／米的是异常高压。异常高压的形成是多种因素综合作用的结果，这些因素与地质作用、构造作用和沉积速度有关。目前人们公认的成因有：（1）沉积物的快速沉降，压实不均匀。从沉降压实的原理来看，在正常压实的地层，随着深度的增加，岩石越致密，密度越大，孔隙度越小

5、，强度越高。欠压实地层的岩石密度低，孔隙度大。（2）水热增压。（3）渗透作用。（4）构造作用。地层沉降压实的机理地层的压缩过程是由上覆沉积层的重力引起的。随着上覆沉积物不断地增加，下覆岩层就逐渐被压实。如果沉积物沉积速度较慢，地层内的岩石颗粒就有足够的时间重新紧密地排列，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。地层水自上而下形成连续的正常的静液压力系统。地层压实能否保持平衡，主要取决于四个因素：（1）上覆岩层沉积速度的大小，（2）地层渗透率

6、的大小，（3）孔隙减小的速度，（4）排出孔隙流体的能力。地层欠压实现象的形成如果沉积物沉积速度很快，地层中岩石颗粒没有足够的时间去重新排列，孔隙内的流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始支撑部分上覆岩层压力。若周围被不渗透地层圈闭起来，使得高压流体无法流出，就会造成孔隙增大，地层不能被压实到正常压实程度，即形成地层欠压实现象，从而导致地层异常高压。异常高压二、地层压力评价地层压力评价的方法可分为两类：预测和监测。用邻近井资

7、料进行压力预测，建立地层压力剖面；根据所钻井的实时数据进行压力监测，以掌握地层压力的实际变化规律。（一）地层压力预测常用的地层压力预测的方法有地震法、声波时差法和页岩电阻率法等。地震法一般是采用纵波勘探。纵波的传播速度取决于传播介质的密度ρ，密度ρ越大，传播速度Vp越快，否则传播速度越慢。依据是地层压实理论或地层欠压实理论正常压力地层：H↗→↗，↘→VP↗；异常高压层：由于地层欠压实，↗，↘→VP↘。声波时差法：声波在地层中传播的快慢常以通过单位距离所用的时间来衡量。即（1-6）式中：T—声波在单位距离内的传播时间；ρ—岩石的密度；μ—岩石的泊松比

8、；E—岩石的弹性模量。声波在地层中传播的快慢与岩石的密度和弹性系数