第一章 鉆井工程地質(zhì)條件—壓力

1、 第一節(jié)第一節(jié) 地下壓力特性地下壓力特性一、地下各種壓力的概念一、地下各種壓力的概念（一）靜液壓力（一）靜液壓力（hydrostatic pressure）靜液壓力靜液壓力由液柱自身的重力所引起的壓力,其大小與液 體的密度與液柱的垂直高度或深度。 ph=0.00981hl (11) 式中：ph壓力, MPa；密度,g/cm3；hl 液柱高度，m。靜液壓力梯度靜液壓力梯度單位高度或單位深度的液柱壓力稱為靜液壓力梯度，表示靜液壓力隨高度或深度的變化。 Gh ph / hl0.00981兩類地層水：兩類地層水： 淡水： Gh=0.00981 MPa/m；=1.0 g/cm3 鹽水：Gh= 0.010

2、5 MPa/m；=1.05 g/cm3（1-2）（二）上覆巖層壓力（二）上覆巖層壓力（Overburden pressur） 上覆巖層壓力上覆巖層壓力地層某處的上覆巖層壓力是該處以上地層（包括巖石基質(zhì)和巖石孔隙中流體）總重力所產(chǎn)生的壓力。 式中：p0 上覆巖層壓力，MPa；D地層垂直垂直深度,m；巖石孔隙度，%；ma巖石骨架密度，g/cm3；孔隙中流體密度，g/cm3；0地層密度， g/cm3。 第一節(jié)第一節(jié) 地下壓力特性地下壓力特性)1(00981.0maoDp面積流體重力基巖重力 po(1-3)(1-4)DoodDDp0)(00981.0ioioDp00981. 0(1-5)上覆巖層壓力梯

3、度上覆巖層壓力梯度 n上覆巖層壓力隨深度增加而增大。n沉積巖的平均密度大約為2.5克/厘3，上覆巖層壓力梯度一般為0.0227兆帕/米。n在實(shí)際鉆井過(guò)程中，以鉆臺(tái)作為上覆巖層壓力的基準(zhǔn)面。iioiioioDDDpG00981. 0 第一節(jié)第一節(jié) 地下壓力特性地下壓力特性（1-6）（三）地層壓力（三）地層壓力（formation pressue）地層壓力地層壓力指巖石孔隙中的流體所具有的壓力，也稱地層孔隙壓力（formation pore pressue），用pp 表示。正常地層壓力正常地層壓力 等于靜液壓力，pp=ph。石鉆異常地層壓力異常地層壓力 地層壓力大于或小于正常地層壓力。 超過(guò)正常地

4、層壓力的地層壓力(ppph)稱為異常高壓。 低于正常地層靜液壓力的地層壓力(pp pp+ 33213.3.預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)方法（1 1）HubbertHubbert&Willis&Willis（19571957） 認(rèn)為： 三維不均勻應(yīng)力狀態(tài)，123， 且3= (1/31/2)1 井內(nèi)液壓力必須克服地層孔隙壓力和最小有效水平地 應(yīng)力時(shí)地層才能破裂。（2 2）Mathews & Kelly(1967)Mathews & Kelly(1967)認(rèn)為： 水平均勻地應(yīng)力狀態(tài)，3=2=Ki(D)1 井內(nèi)液柱壓力必須克服地層孔隙壓力和最小有效水平 地應(yīng)力時(shí)地層才能破裂。 第一節(jié)第

5、一節(jié) 地下壓力特性地下壓力特性)(0pipfppKpp（1-21）)(2/ 13/ 1 (0ppfpppp（1-20）（3 3）Eaton(1969)Eaton(1969)認(rèn)為： 水平均勻地應(yīng)力狀態(tài)， 井內(nèi)液壓必須克服地層孔隙壓力和最小有效水平 地應(yīng)力時(shí)地層才能破裂。（4）黃榮樽（）黃榮樽（1985）認(rèn)為： 井壁巖石處于三維不均勻應(yīng)力狀態(tài)， 1 2 3 ； 水平地應(yīng)力由上覆巖層壓力和構(gòu)造力 兩部分產(chǎn)生； 當(dāng) 井內(nèi)液壓力超過(guò)井壁上某一點(diǎn)處的地層孔隙壓力、切向（周向）有效應(yīng)力和巖石的抗拉強(qiáng)度，地層開(kāi)裂。 第一節(jié)第一節(jié) 地下壓力特性地下壓力特性123)(10ppfpppp（1-22）tpOSSpfSppKpp)(12(（1-23）3ssK（1-24）式中：，由現(xiàn)場(chǎng)壓裂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得；St巖心抗拉試驗(yàn)求得。 第一節(jié)第一節(jié) 地下壓力特性地下壓力特性4.現(xiàn)場(chǎng)液壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)液壓試驗(yàn)思考題：1）為什么現(xiàn)場(chǎng)一般在下套管固井后進(jìn)行壓裂實(shí)驗(yàn)？ 2）如