现场地层压力计算.docx

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现场地层压力计算

六、地层压力计算

1、地层孔隙压力和压力梯度

（1）地层孔隙压力

式中，Pp——地层孔隙压力（在正常压实状态下，地层孔隙压力等于静液柱压力），MPa；

ρf——地层流体密度，g/cm3；

g——重力加速度，9.81m/s2；

H——该点到水平面的重直高度（或等于静液柱高度），m。

在陆上井中，H为目的层深度，起始点自转盘方钻杆补心算起，液体密度为钻井液密度ρm，则，

式中，ph——静液柱压力，MPa；

ρm——钻井液密度，g/cm3；

H——目的层深度，m；

g——重力加速度，9.81m/s2。

在海上钻井中，液柱高度起始点自钻井液液面（出口管）高度算起，它与方补心高差约为0.6～3.3m，此高差在浅层地层孔隙压力计算中要引起重视，在深层可忽略不计。

（2）地层孔隙压力梯度

式中Gp——地层孔隙压力梯度，MPa/m。

其它单位同上式。

2、上覆岩层压力及上覆岩层压力梯度

（1）上覆岩层压力

式中Po——上覆岩层压力，MPa；

H——目的层深度，m；

Φ——岩石孔隙度，％；

ρ——岩层孔隙流体密度，g/cm3；

ρm——岩石骨架密度，g/cm3。

（2）上覆岩层压力梯度

式中，Go——上覆岩层压力梯度，MPa/m；

Po——上覆岩层压力，MPa；

H——深度（高度），m。

（3）压力间关系

式中，Po——上覆岩层压力，MPa；

Pp——地层孔隙压力，MPa；

σz——有效上覆岩层压力（骨架颗粒间压力或垂直的骨架应力），MPa。

3、地层破裂压力和压力梯度

（1）地层破裂压力（伊顿法）

式中，Pf——地层破裂压力（为岩石裂缝开裂时的井流体压力），MPa；

　μ——地层的泊松比；

　σz——有效上覆岩层压力，MPa；

　Pp——地层孔隙压力，MPa。

或

式中，Pf——地层破裂压力。

MPa；

　Ph——液柱压力，MPa；

P试——试验时地层破裂时的立管压力，MPa。

（2）破裂压力当量密度

式中，ρf——破裂压力当量密度，g/cm3；

ρm——试验时所用钻井液密度，g/cm3；

PL——试验时地层漏失压力，MPa；

H——裸眼段中点井深，m。

（3）地层破裂压力梯度

式中Gf——地层破裂压力梯度，MPa/m；

　Pf——地层破裂压力，MPa。

4、激动压力和抽汲压力计算

（1）层流情况下：

（2）紊流情况下：

式中,v——环空流速，cm/s；

Dp——管子外径，cm；

Dh——井眼直径，cm；

n——流性指数，无因次；

K——稠度系数，达因.sn/cm2；

L——管柱长度，cm；

ρ——钻井液密度，g/cm3；

f——摩阻系数。

5、摩阻系数计算

6、环空流速计算

（1）封闭一关泵情况下（下钻下套管）：

下为正，起为负。

（2）封闭、开口一开泵（划眼、活动套管）：

（3）开口一开泵（一般起下钻）：

式中，vp——钻具平均起下速度，m/s；

Dp——钻具外径，m；

Dpi——钻具径，m；

Dh——井径，m；

D泵——泵排量，m3/s；

Qi——钻井液进入钻具的量。

7、dc指数方程计算：

式中，T——钻时，min／m；

N——转盘转速，rpm；

W——钻压，KN；

D——钻头直径，mm；

ρn——正常压力层段地层水密度，g/cm3；

ρm——实际使用的钻井液密度，g/cm3。

8、正常趋向线

通过下面的dc和井深之间的线性关系来表示：

Y＝αlgx+b

式中y——井深，m；

x——dc指数；

b——y轴截距；

α——斜率；

——回归相关系数。

七、压井计算公式

1、关井立管压力计算：

式中，Pmd——钻柱钻井液液柱压力，MPa；

Pp——地层压力，MPa；

Pa——关井套管压力，MPa；

Pma——环空受侵钻井液液柱压力，MPa；

ρm——钻井液密度，g/cm3；

H——-井深，m；

Pd——关井立管压力，MPa。

2、装有钻具回压阀的关井立管压力

式中，Pd——关井立管压力，MPa；

Pdl——停泵时立管压力，MPa；

△Pa——关井时套管压力升高值，MPa。

3、在循环钻井液情况下求关井立管压力

式中，Pd——关井立管压力，MPa；

PT——压井时立管总压力，MPa；

Pci——压井时的循环压力，MPa。

4、压井所需钻井液的新密度计算：

式中，Pp——地层流体压力，MPa；

Pe——附加压力，一般为（0.980-2.940）MPa；

H——井深，m；

ρml——压井所需钻井液的新密度，g/cm3。

5、压井循环时立管总压力计算：

式中，Pd——关井立管压力，MPa；

Pc——一定排量压井循环时钻柱钻头水眼环形空间流动阻力的循环压力，MPa；

Pe——考虑平衡安全时的附加压力，MPa；

PT——立管总压力，MPa。

6、初始循环压力计算：

式中，PTi——初始循环压力，MPa。

Pd——关井立管压力，MPa；

Pci——低泵速下，如25、30、35、40、45、50冲/分记录下来的立管压力，MPa；

Pe——附加压力值，MPa；

7、终了循环压力计算：

式中，ρml——压井时所需钻井液密度，g/cm3；

ρm——关井时钻柱未气侵钻井液密度，g/cm3；

Pci——不同排量循环时立管压力，MPa；

PTf——用ρml钻井液密度循环终了时立管总压力，MPa；

Pcf——终了循环压力，MPa。

8、压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力

式中，PTi——压井钻井液刚泵入钻柱时立管初始循环总压力，MPa；

Pd——关井立管压力，MPa；

Pci——压井流量下的循环压力，MPa；

Pe——安全附加压力，MPa。

9、压井钻井液到达钻头时的立管终了循环总压力

式中，PTf——压井终了循环总压力，MPa；

ρml——压井时所需钻井液密度，g／cm3；

ρd——关井时钻柱未气侵钻井液密度（钻柱钻井液密度），g/cm3；

Pci——压井流量下的循环压力，MPa。

10、压井钻井液从地面到达钻头时所需时间

式中，td′——压井钻井液从地面到达钻头时所需时间，min;

Vd——钻具容积，L/m；

H——井深，m；

Qr——压井流量，L/s；Qr=（1/3～1/2）Q；

Q——正常钻井时钻井泵实发流量，L/s。

11、压井钻井液充满环空所需循环时间

式中，ta——压井钻井液充满环空所需循环时间，min；

Va——井眼环空容积，L/m；

H——井深，m；

Qr——压井流量，L/s；Qr=（1/3～1/2）Q；

Q——正常钻井时钻井泵实发流量，L/s。

12、油气上窜速度计算公式

（1）迟到时间法

式中，V——油气上窜速度，m/h；

　H油——油气层顶部深度，m；

　H钻头——循环钻井液时钻头所在深度，m；

　t迟——钻头所在深度迟到时间，h；

　t——从开泵循环到见到油气显示的时间，h；

　t静——从停泵起钻至本次开泵的总静止时间，h。

（2）相对时间法

对于相同井径的井眼，应用该方法计算比较简单，并且更准确。

①钻头深度等于油层顶部深度

式中，V——油气上窜速度，m／h；

　　H钻头——循环钻井液时钻头所在深度（与油层顶部深度相等），m；

　tl——循环时油气显示时间，h；

　t2——从开泵循环到见到油气显示的时间，h；

　t静——从停泵起钻至本次开泵的总静止时间，h。

②钻头深度大于油层顶部深度

式中，V——油气上窜速度，m／h；

H油——油气层顶部深度，m；

tl——循环时油气显示时间，h；

t2——从开泵循环到见到油气显示的时间，h；

t静——从停泵起钻至本次开泵的总静止时间，h；

△h——油层厚度，m。

八、钻井液计算公式

1、井钻井液量计算

式中，V——井钻井液量，m3；

D——井径，in；

H——井深，km。

现场速算近似公式：

式中，V——井钻井液量，m3；

D——井径，m；

H——井深，m。

2、环空上返速度计算

式中，D井——井径（或钻头直径），in；

d柱——钻柱外径，in；

Q——钻井液排量，l/s。

3、钻井液循环时间计算

式中，V井——井筒容积，l；

V柱——钻柱体积，l；

Q——钻井液排量，l/s；

T——钻井液循环一周的时间，min。

4、配钻井液所需粘土和水量的计算

（1）粘土量的计算。

（2）水量的计算。

式中，W土——所需粘土的重量，t；

V——所需钻井液量，m3；

ρ水——水的密度（淡水为1）；

ρ土——粘土的密度，g/cm3；

ρ——钻井液的密度，g/cm3；

Q水——所需水量，m3。

5、加重剂用量计算

式中，W加——所需加重剂的重量，t；

ρ原——加重前钻井液的密度，g/cm3；

ρ重——加重后钻井液的密度，g/cm3；

ρ加——加重料的密度，g/cm3。

6、降低钻井液密度时加水量的计算

式中，Q——所需水量，m3；

V原——原钻井液体积，m3；

ρ原——原钻井液密度，g/cm3；

ρ稀——稀释后钻井液密度，g/cm3；

ρ水——水的密度，g/cm3。