null 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性一、地下各种压力的概念
（一）静液压力（hydrostatic pressure）
静液压力——由液柱自身的重力所引起的压力,其大小与液
体的密度与液柱的垂直高度或深度。
ph=0.00981ρhl (1―1)
式中：ph—压力, MPa；ρ—密度,g/cm3；hl —液柱垂直高度，m。
静液压力梯度——单位高度或单位深度的液柱压力称为静液压力梯度，
表
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示静液压力随高度或深度的变化。
Gh＝ ph / hl＝0.00981ρ
两类地层水：
淡水： Gh=0.00981 MPa/m；ρ=1.0 g/cm3
盐水：Gh= 0.0105 MPa/m；ρ=1.05 g/cm3
（1-2） 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性（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。(1-3)(1-4)(1-5) 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性上覆岩层压力梯度——
上覆岩层压力随深度增加而增大。
沉积岩的平均密度大约为2.5克/厘3，上覆岩层压力梯度一般为0.0227兆帕/米。
在实际钻井过程中，以钻台作为上覆岩层压力的基准面。
（1-6） 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性（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
方法
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：经验图版法、当量深度法当量密度g/cm3当量密度：某深度地层压力用等高液柱压力等效时相当的液体密度。 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性4. 地层压力预测步骤
（1）收集声波时差测井资料，读取泥页岩点的声波时差数据；
（2）绘制散点图，引出正常压力趋势线；
（3）读出异常高压层段的实际△t和该深度D所对应的正常趋势线上的声波时差△tn，计算△t- △tn；
（4）从经验图版上读出△t- △tn所对应的当量密度ρp;
（5）计算地层压力：
注意：声波时差不仅与地层孔隙度有关，而且受岩石弹性、地层流体性质、钻井液性能、测井误差等因素的影响，因此预测结果存在一定的误差。
第一章 钻井的工程地质条件
第一节 地下压力特性第一章 钻井的工程地质条件
第一节 地下压力特性一、地下各种压力的概念
1. 静液压力： ph=0.00981ρhl
2. 上覆岩层压力：
3. 基岩应力：
4. 地层压力
正常地层压力：Pp=Ph=0.00981ρh1，水力学开启系统
异常高压： pp=po-σ＞ph，水力学封闭系统
二、地层压力评价方法
1. 地层压力预测方法——声波法
2. 地层压力监测（
检测
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）方法——dc 指数法上节小结 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性（二）地层压力监测（检测）
dc指数法、页岩密度法、标准化钻速法
1.dc指数的概念
宾汉钻速模型（Bingham,1964)：Vpc＝Kne(W/db)d (1―13)
d指数（泥页岩层）：
采用常用工程单位：
在正常地层压力条件下，若岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深增加而减小，则d指数随井深增加而增大。钻遇异常高压层，由于地层欠压实，机械钻速增大，d指数则相对减小。据此可评价地层压力。 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性dc指数
Rehm & Meclendon(1971)研究了钻井液密度变化的影响（钻井液密度增大将导致机械钻速降低，d指数增大），提出了修正的d指数，称为dc指数。
2.基本原理
在正常压力层段，若岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深增加而减小，则dc指数随井深增加而增大。在半对数坐标中，dc指数与井深呈线性关系，称之为正常压力趋势线。
当钻遇异常高压层，由于地层欠压实，机械钻速增大，dc指数则相对减小，偏离正常趋势线。根据偏离程度可计算出地层压力。 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性3. 地层压力的计算方法
经验图版法、经验公式法、当量（等效）深度法
（1）经验公式法 （2）等效深度法
等效深度：若深度为D的异常压力地层与正常压力段的某一深度De处的地层具有相等的dc指数，则可以认为两处地层的压实程度相同，基岩应力相等，即：若dc(D)=dc(De)，则σ(D)= σ(De)。
De处：po(De)=σ(De)+pp(De)
D处： po(D)= σ(De)+pp(D)
pp(D)= po(D)－ po(De)+ pp(De)
=GOD －（GO －Gpn)De （1-18）De 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性 4.dc指数法评价地层压力的步骤
（1）收集泥页岩地层的正常压力和异常压力层段的钻井资料：钻速、钻压、转速、钻头直径、地层水密度、实际钻井液密度；
（2）计算dc指数；
（3）在半对数坐标中绘制散点图，引出正常压力趋势线；
（4）计算地层压力。
问题：
1）水力参数、地层岩性、钻头类型等因素的变化都会引起机械钻速的变化，从而导致dc指数的变化。因此，dc指数法评价地层压力存在较大的误差。
2）声波法和dc指数法只适用于泥页岩地层（砂泥岩剖面）。对于碳酸岩地层，目前尚无合适的方法。null三、地层破裂压力（ fracture pressure）
1.井眼周围岩石的受力状态
（1）上覆岩层压力po
（2）地层孔隙压力pp
（3）水平地应力
（4）钻井液液柱压力ph
有效地应力（岩石骨架应力）：
有效垂直地应力（基岩应力）
σ1=po－pp
有效水平地应力
第一节 地下压力特性（1-19） 第一节 地下压力特性 第一节 地下压力特性 2.地层破裂压力
某深度处地层破裂时所能承受的液体压力称为该处地层的破裂压力，
用Pf表示。它取决于井眼周围岩石的应力状态和岩石强度。phσ3σ3σ2σ2pppp裂缝张开方向地层开裂条件
Ph>pp+ σ3
σ3<σ2<σ1null3.预测方法
（1）Hubbert&Willis（1957）
认为：① 三维不均匀应力状态，σ1＞σ2＞σ3，
且σ3= (1/3~1/2)σ1
② 井内液压力必须克服地层孔隙压力和最小有效水平地
应力时地层才能破裂。
（2）Mathews & Kelly(1967)
认为：① 水平均匀地应力状态，σ3=σ2=Ki(D)σ1
② 井内液柱压力必须克服地层孔隙压力和最小有效水平
地应力时地层才能破裂。
第一节 地下压力特性（1-21）（1-20）null（3）Eaton(1969)
认为：① 水平均匀地应力状态，
② 井内液压必须克服地层孔隙压力和最小有效水平
地应力时地层才能破裂。
（4）黄荣樽（1985）
认为：① 井壁岩石处于三维不均匀应力状态， σ1 ＞σ2＞ σ3 ；
② 水平地应力由上覆岩层压力和构造力 两部分产生；
③ 当 井内液压力超过井壁上某一点处的地层孔隙压力、切向（周向）有效应力和岩石的抗拉强度，地层开裂。 第一节 地下压力特性（1-22）（1-23）（1-24）式中：α，β由现场压裂实验数据求得；St岩心抗拉试验求得。null 第一节 地下压力特性4.现场液压试验null思考题：
1）为什么现场一般在下套管固井后进行压裂实验？
2）如何根据压裂试验曲线计算地层破裂压力pf和构造应力系数Kss？
3）当井口压力接近地面设备的承压能力时地层仍未压裂，此时该
怎么办？ 第一节 地下压力特性
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