井下各种压力的概念及相互关系

第二章 井下各种压力的概念及其相互关系一 压力压力是井控工作中最主要的概念之一。

正确理解井下各种压力的概念及其相互关系对于掌握井控技术和防止井喷是非常重要的。

1、压力的定义压力也称压强，是指物体单位面积上所受的垂直力。

2、压力的数学表达式SF P 式中：P —压力，N/m 2F —作用于面积S 上的垂直力，NS —面积，m 23、压力的单位及换算压力的国际标准制单位是帕斯卡，简称帕，符号是Pa 。

1帕就是1 m 2面积上受到1N 的垂直力时形成的压力，即 1Pa = 1 N/m 2压力的单位帕是一个相对较小的单位。

为了现场应用的方便，常使用千帕(KPa)和兆帕(MPa)两个单位，即1 MPa=1000 KPa=106 Pa与过去常用的工程大气压(kgf/cm 2)的换算关系是1 MPa= 10.194 kgf/cm2 1 kgf/cm 2= 98.067 KPa粗略计算时，可认为1 kgf/cm 2 = 100 KPa = 0.1MPa另外，压力的国际工程单位是巴(bar)，1bar=1.01972kgf/cm 2 英制中，压力的单位是psi 。

1psi 即1平方英寸面积上受到1磅的垂直力。

与兆帕的换算关系是 1000psi= 6.895MPa二静液压力1、静液压力的定义静液压力是由静止液体的重力产生的压力。

其大小取决于液体的密度和液体的垂直高度，与液体的断面形状无关。

2、静液压力的计算P=ρgH式中：P--静液压力，MPaρ--液体密度，g/cm3g--重力加速度，0.00981H--液柱的垂直高度，m在陆上钻井作业中，H为井眼的垂直深度，起始点自转盘面算起，液体的密度为钻井液的密度。

例1 某井钻至井深2000米处，所用钻井液密度为1.2 g/cm3,求井底处的静液压力。

解：P=ρgH = 1.2×0.00981×2000 = 23.5 MPa三地层压力1、地层压力的定义地层压力是指地下岩石孔隙内流体的压力，也称孔隙压力。

井下各种不压力概念及相互关系井下各种不压力概念及相互关系在地球内部的地球壳下，存在着一种气体或液体的力，即地下水。

地下水是存在于地球表层以下岩石或土壤的水分，它在地下岩石或土壤中以孔隙水或凝聚水的形式存在。

地下水存在于各种地质结构中，其中包括岩层、裂缝、洞穴、地下河流等。

井下的各种不压力概念及相互关系主要包括：水压、地下水位、压力梯度、渗透力以及井下流体力学。

1.水压：水压是指地下水在井下岩石或土壤中的压力。

水压是由地下水的重力作用产生的，它可以通过水压计或井下压力表进行测量。

水压的大小取决于地下水的深度和含水层的性质。

2.地下水位：地下水位是指地下水表面的高度，也可以理解为地下水层的顶部。

地下水位的高低反映了地下水的含水量以及地下水流动的方向。

地下水位高的地方通常会形成湖泊、河流或泉水，地下水位低的地方则可能出现干旱或沙漠。

3.压力梯度：压力梯度是指单位距离内地下水压力的变化率。

压力梯度是一个重要的概念，它反映了地下水流动的强度和方向。

在同一地层中，压力梯度的大小可以通过测量不同井的水位差来确定。

4.渗透力：渗透力是指单位面积内地下水通过岩石或土壤的能力。

渗透力与地下水压力梯度有关，它是地下水流动的驱动力。

渗透力的大小取决于岩石或土壤的渗透性，即它们容纳和传递地下水的能力。

5.井下流体力学：井下流体力学研究地下水的流动和压力分布。

它主要涉及岩石物理学、渗流力学和多孔介质力学等方面的知识。

井下流体力学的研究可以帮助我们理解地下水的运动规律以及地下水对地下工程和地质灾害的影响。

这些不压力概念之间存在着相互关系。

首先，地下水位和水压有着密切的联系。

地下水位高的地方，水压一般也相对较高；地下水位低的地方，水压较低。

其次，压力梯度和渗透力也有关联。

压力梯度的大小决定了渗透力的大小，从而影响了地下水的流动速度和方向。

井下流体力学研究的目标就是通过研究这些相互关系来揭示地下水的流动规律。

总之，在井下存在着各种不压力概念及相互关系，它们共同构成了地下水的运动系统。

井眼内压力及相互关系一、钻井液静液压力1、定义：由静止钻井液自身质量所产生的压力。

2、计算公式：钻井液静液压力=9.8×钻井液密度×液柱的垂直高度。

从公式中可以看出，静液压力的大小，只和液体的密度、液柱的垂直高度有关，和截面形状无关。

二、压力梯度1、定义：每增加单位垂直深度（或高度）压力的增加值称为压力梯度。

2、表达式：压力梯度=压力÷高度=液体密度×9.8三、地层压力1、定义：指岩石孔隙中流体所具的压力。

2、地层压力的分类（1）正常地层压力：指从地表到地下该地层处的静液压力。

（9.8----10.486千帕/米）（2）异常高压：指地层压力梯度高于正常压力梯度时。

称为异常高压。

（3）异常低压：指压力梯度低于正常压力梯度称异常低压。

3、地层压力的表示方法（1）用压力的具体数值表示。

（2）用地层压力梯度表示。

（3）用等效钻井液密度表示。

（4）用压力系数表示。

即：某点地层压力与该深度淡水柱的静液压力之比。

四、地层破裂压力1、定义：是指地层抵抗水力压裂的能力，换句话说：指某一深度地层发生破裂或裂缝时所能承受的压力。

2、地层破裂压力梯度：指每增加单位垂深度（或高度）地层破裂压力的增加值称为地层破裂压力梯度3、计算公式地层破裂压力梯度=地层破裂压力÷垂直深度=9.8×地层破裂压力当量钻井液密度。

4、地层破裂压力实验操作步骤钻完水泥塞，再钻进（第一个沙层）3米左右，上提钻具，用地面防喷器关井，小排量(0.8---1.32升/秒)向井内缓慢注如钻井液(最好用水泥车)记录不同时间的泵入量和井口压力，开始泵入量和压力呈直线关系,当偏离直线的点即为该地层的破裂压力对应的井口压力。

即套管鞋处最大允许关井套压五、波动压力1、抽吸压力指钻柱向上运动时井内钻井液向下流动使井底压力减小的压力叫抽吸压力。

2、激动压力指钻柱向下运动时，井内钻井液向上流动时，使井底压力增加的压力。

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），1Pa是1m2面积上受到1N 的垂直力时形成的压力。

即：1 Pa = 1 N / m2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： 1 kPa=1⨯103 Pa1 MPa =1⨯106 Pa1 MPa =1⨯103 kPa1 bar=1⨯105 Pa粗略计算时，可认为1kgf/cm2 =10kPa=0.1Mpa,其误差约为2%。

压力的英制单位为psi，1psi是每平方英寸面积上承受1磅的力时所形成的压力。

1 psi = 6.895 kPa1 MPa = 145 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 （2—1）式中Р ——静液压力。

kPa；g ——重力加速度，9.81m／s2；ρ——液体密度，g/cm3；H ——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10m垂直井深压力的变化值。

其计算公式为G＝P／H＝gρ （3——2）中式G ——压力梯度，kPa／m；P——压力，kPa或MPa；H——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1m，静液压力就增加9.81 kPa，垂深每增加10m，静液压力就增加98.1kPa。

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。

图2-1-1 静液压力与地层压力第2章 井下各种压力的概念及其相互关系井控问题实际上是井内油气压力控制问题，了解和掌握各种压力的概念及其各种井下压力之间的关系,对于学习和掌握井下作业井控工艺技术非常必要。

2.1 井下各种压力的概念压力是指物体单位面积上受到的垂直力，物理学上叫压强，在石油工程上习惯称为压力。

单位是帕斯卡，符号是Pa 。

在1平方米(m 2)面积上垂直作用1牛顿(N)的力时所形成压力是1帕(Pa)，即1Pa=lN/m 2。

根据需要，常用千帕（KPa ）或兆帕（MPa ）表示压力。

1KPa=103Pa 1MPa=106Pa与工程大气压的换算关系是：1MPa=10.194kgf/cm 2或 1kgf/cm 2=0.098MPa 粗略计算时，可认为：1kgf/cm 2≈100KPa=0.1MPa 其误差约为2%。

英制中，压力的单位用1平方英寸(in 2)面积上受多少磅(bf)的力来衡量，单位符号是psi ，换算关系是1psi ≈6.895kPa=0.006895MPa 。

井控中的压力是由液体、气体或液体与气体共同产生的，但压力的概念是一样的。

2.1.1 静液压力P m静液压力是由静止液体重力产生的压力。

是液体密度和垂直高度的函数，其大小取决于液体密度和垂直高度。

图2-1-1表示出了井内井液压力与地层孔隙水的静液压力。

静液压力的数学表达式：P m =10-3g ρm H m (2-1)式中：P m -静液压力，MPa 。

ρm -液体密度，g/cm 3。

g-重力加速度(一般取9.81)，m/s 2。

H m -液柱垂直高度，m 。

井控工艺技术中常用压力梯度表示压力。

压力梯度是指每增加单位垂直深度压力变化的量。

静液压力梯度的数学表达式：G m=P m/H m=10-3gρm (2-2)式中：G m-静液压力梯度，MPa/m。

需要特别注意的是井深是垂深而不是斜（测量）深。

[例2-1]如图2-1-1所示，井内钻井液的密度为1.20g/cm3，地层水的密度为1.07g/cm3，求3000m处的静液压力及地层孔隙内流体的压力。

图2-1-1 静液压力与地层压力第2章 井下各种压力的概念及其相互关系井控问题实际上是井内油气压力控制问题，了解和掌握各种压力的概念及其各种井下压力之间的关系,对于学习和掌握井下作业井控工艺技术非常必要。

2.1 井下各种压力的概念压力是指物体单位面积上受到的垂直力，物理学上叫压强，在石油工程上习惯称为压力。

单位是帕斯卡，符号是Pa 。

在1平方米(m 2)面积上垂直作用1牛顿(N)的力时所形成压力是1帕(Pa)，即1Pa=lN/m 2。

根据需要，常用千帕（KPa ）或兆帕（MPa ）表示压力。

1KPa=103Pa 1MPa=106Pa与工程大气压的换算关系是：1MPa=10.194kgf/cm 2或 1kgf/cm 2=0.098MPa 粗略计算时，可认为：1kgf/cm 2≈100KPa=0.1MPa 其误差约为2%。

英制中，压力的单位用1平方英寸(in 2)面积上受多少磅(bf)的力来衡量，单位符号是psi ，换算关系是1psi ≈6.895kPa=0.006895MPa 。

井控中的压力是由液体、气体或液体与气体共同产生的，但压力的概念是一样的。

2.1.1 静液压力P m静液压力是由静止液体重力产生的压力。

是液体密度和垂直高度的函数，其大小取决于液体密度和垂直高度。

图2-1-1表示出了井内井液压力与地层孔隙水的静液压力。

静液压力的数学表达式：P m =10-3g ρm H m (2-1)式中：P m -静液压力，MPa 。

ρm -液体密度，g/cm 3。

g-重力加速度(一般取9.81)，m/s 2。

H m -液柱垂直高度，m 。

井控工艺技术中常用压力梯度表示压力。

压力梯度是指每增加单位垂直深度压力变化的量。

静液压力梯度的数学表达式：G m=P m/H m=10-3gρm (2-2)式中：G m-静液压力梯度，MPa/m。

需要特别注意的是井深是垂深而不是斜（测量）深。

[例2-1]如图2-1-1所示，井内钻井液的密度为1.20g/cm3，地层水的密度为1.07g/cm3，求3000m处的静液压力及地层孔隙内流体的压力。

第二节井下各种压力及其相互关系一、压力的概念1、压力σ压力是指物体单位面积上所受的垂直力。

常用单位帕斯卡（Pa）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）。

1Pa=1N/m21kPa=1×103Pa1Mpa=1×106Pa它与过去的工程大气压的换算关系是：1MPa=10.194 kgf/cm2或1kgf/cm2=98.067 kPa英制中，压力的单位是每平方英寸面积上受多少磅的力（psi）1psi=6.895kPa2、压力梯度压力梯度指的是每增加单位垂直深度，压力的变化量。

G=P/H= gρ式中G：压力梯度MPa/m；P：压力Mpa；H: 深度。

公制中g＝0.0098m/ s2英制中g=0.052ft/s2钻井液液柱压力P=0.052ρH压力梯度G=0.052ρ式中P：钻井液液柱压力，1磅／英寸2简称1psi；ρ：钻井液密度，1磅／加仑（美），简称1ppg；H：液柱高度，英尺ft。

单位换算：1ppg=0.1198g/cm31ft=0.3048m3、压力的表示方法（1）用压力的具体数值来表示。

例如：地层压力为35Mpa。

（2）用地层压力梯度来表示。

在对比不同深度地层的压力时，可消除深度的影响。

如：地层压力为0.012Mpa／m。

（3）用钻井液当量密度来表示。

某点压力等于具有相当密度的钻井液在该点所形成的液柱压力。

ρp＝P p／0.0098H如：某地层压力为1.70g/cm3。

（4）用压力系数来表示。

压力系数是某点压力与该深度处淡水的静液压力之比。

数值上与当量钻井液密度相同，只是无量纲。

如：地层压力为1.70。

二、井内压力系统及各种压力概念1、静液压力静液压力是指静止的液体重力产生的压力，钻井中的静液压力实际上是钻井液液柱压力p m（或称浆柱压力）。

P m=0.0098ρm H式中ρm：钻井液密度g/cm3；H：钻井液液柱高度m；P m：钻井液液柱压力MPa。

2、地层压力地层压力是指作用在地层孔隙内流体上的压力，也称地层孔隙压力。