地层压力基本知识

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地层压力系数地层压力系数是石油工程领域中一个重要的参数，用来描述油气地层中的岩石对地下井筒的压缩性质。

地层压力系数具有重要的理论和实践价值，对于正确评价地层压力、设计井筒工程和实现高效采油具有重要意义。

地层压力系数的概念地层压力系数是指单位深度地层岩石的体积收缩率或体积弹性模量，通常用符号α表示。

在石油勘探开发中，地层压力系数的确定是井下工作的重要任务之一。

地层压力系数的大小受地层岩石的固结和岩石本身的性质影响。

地层压力系数的影响因素1.地层岩石类型：不同类型的岩石具有不同的地层压力系数，比如砂岩和泥岩的地层压力系数就有较大差异。

2.孔隙度：孔隙度越大，地层压力系数通常越小。

岩石孔隙度的大小会影响地层的压缩性。

3.地层深度：地层压力系数通常随着地层深度的增加而增加，因为深部岩石受地层以上压力的影响更大。

4.地质构造：地质构造对地层岩石的形成和演化具有重要影响，不同地质构造下的岩石地层压力系数可能存在显著差异。

地层压力系数的应用1.井下地层压力预测：利用地层压力系数可以预测井下地层的压力情况，指导井下作业的进行。

2.井筒封固设计：地层压力系数也是设计井筒封固方案的重要参数，有助于确保井筒的稳定性和安全性。

3.采油效率提升：正确评价地层压力系数可以帮助优化采油工艺，提高采油效率和产量。

结语综上所述，地层压力系数是石油工程领域中一个关键的参数，对于石油勘探开发和生产具有至关重要的意义。

地层压力系数的准确测定和合理应用可以帮助实现石油资源的高效利用，提高油田的开发水平。

希望通过对地层压力系数的认识，能够促进石油工程技术的不断创新和发展。

地层压力的定量计算对任何井及区块地层压力的认识首先是从对区域地震剖面、地质构造、地层沉积史、油气运移、生排烃史以及周边和实钻资料的综合分析获得的，在此基础上建立区域地层压力模型，绘制出地层压力、破裂压力和上覆地层压力剖面，并对即将钻探的井提出具有指导性的意见和套管下深结构建议。

在随后的实钻过程中，通过对实时钻井数据的分析不断修改和完善预测结果。

最后以实测的地层压力数据对所建立的地层压力剖面及模型加以校正。

由此可见对地层压力的认识是一个不断认知-更新的过程，地层压力预测、评价服务贯穿了一口井从设计到完井的始终。

为了将问题简单化我们按其和钻井作业的对应关系将地层压力预测、监测和评价大致分为：钻前地层压力预测、随钻地层压力监测和钻后地层压力评价三部分。

其中随钻地层压力监测是对地层压力准确认识的关键，它关系到钻井作业的成败。

一、地层压力检测所需资料地层压力检测结果出自对定量数据的计算和对定性数据的分析。

所需的资料大致分为数据类、图表类和文字描述类。

数据类：预测井和临井经深度校正后的地层层速度数据及分层数据；预测井和临井的海拔高度、补心高度、钻盘面距名义海平面距离、井位坐标及地下水平面高度数据；临井套管下深结构数据；临井钻井录井数据，包括：井深、垂深、钻速、钻压、气测、出/入口泥浆密度、出/入口泥浆温度、ECD、Dxc等；临井的测井或LWD数据，包括：然伽玛或自然电位、深浅电阻率、声波、岩石密度等数据；临井实测地层压力数据，包括：MDT、RFT或DST；临井地层漏失实验(LOT)或地层完整性实验FIT数据。

图表类：临井综合录井图和地层压力录井图；过井地震剖面；预测井含临井的地理位置图。

文字描述类：临井岩屑和岩芯定名及描述；临井地质完井报告、钻井报告和井史；临井井漏、井涌、井喷记录。

二、伊顿法地层压力的定量计算对地层压力的计算通常基于Terzaghi(1948)的应力模型，也既是：Pf=S-O。

在具体的计算中使用伊顿，所得出的为孔隙压力梯度而不是压力。

地层压力和抗压的关系
在石油工业中，常用压力表示物体单位面积上所受的垂直力，即物理学上的压强。

由此可见，压力与力和面积有关。

压力的基本单位是帕，符号是Pa。

1Pa是1m²面积上受到1N 的垂直力时所形成的压力。

即1 Pa=1 N/m²。

在正常情况下，地下某一深度的地层压力等于地层流体作用于该处的静液压力，这个压力就是由某深度以上地层流体静液压力所形成的。

若地层水为淡水，则密度为1.00g/cm³；若地层水为盐水，则密度随地层水的含盐量而变化；正常地层压力盐水是常见的地层流体，密度大约为1.07g/cm³；地层压力梯度大约是10.496kPa/m。

属于正常压力梯度范围，将深度乘以10.496kPa/m即可求得含盐水地层中的压力。

如所有静液压力计算一样，对斜井井深必须用垂直井深。

在我国正常地层压力的范围是9.8~10.496kPa/m或1.0~1.07g/cm³。

地层中某点的正常地层压力等于该点地层水的静液压力。

当作用在地层上的压力达到地层破裂压力时，会使地层原有的裂缝扩大延伸或使无裂缝的地层产生裂缝。

从井下作业安全方面讲，地层破裂压力越大，地层抗破裂强度就越大，越不容易被压漏，作业越安全。

油田基础知识1、地层静压全称为地层静止压力，也叫油层压力，是指油井在关井后，待压力恢复到稳定状态时所测得的油层中部压力，简称静压。

在油田开发过程中，静压是衡量地层能量的标志。

静压的变化与注入和采出油、气、水体积的大小有关。

2、原始地层压力：油层在未开采前，从探井中测得的油层中部压力。

3、静水柱压力：井口到油层中部的水柱压力。

4、压力系数：原始地层压力与静水柱压力之比。

等于1时，属于正常地层压力；大于1时，称为高异常地层压力，或称为高压异常；小于1时，称为低异常地层压力，或称低压异常。

主要是用它来判别地层压力是否异常的一个主要参数。

但是有人说用1来做标准就笼统了，不同的区块有不同的常压值，一般油田都是0.8-1.2是正常值，小于则是低压区，大于则是高压区。

它对钻井、修井、射孔等工程有重要作用，油层高压异常地层钻井修井过程中要加大压井液的密度，防井喷；低压异常地层钻井修井时，要相应降低压井液的密度，防止井漏，污染地层。

地层压力系数也是确定开发层系的一个重要依据，相同压力体系的地层可以用同一套井网开发，不同压力体系的地层需要不同的井网进行开发，否则层间干扰太大，不能有效发挥地层产能，有时可能造成井下倒灌现象的发生。

5、原油体积系数：就是指地层条件下单位体积原油与地面标准条件Gesse汽体积比值6、井筒储存效应与井筒储存系数：在油井测试过程中，由于井筒中的流体的可压缩性，关井后地层流体继续向井内聚集，开井后地层流体不能立刻流入井筒，这种现象称为井筒储存效应。

描述这种现象大小的物理量为井筒储存系数，定义为与地层相通的井筒内流体体积的改变量与井底压力改变量的比值。

7、原油的体积系数：原油在地面的体积与地下体积的比值。

8、微电极电阻率微梯度电阻率与深浅双侧向电阻率的区别（1）浅、深侧向分别测量原状地层、入侵拎电阻率，因为存有裂缝时泥浆入侵对深、深侧向的影响相同，用其幅度高推论裂缝：通常正差异通常为低角度缠，正数差异为高角度缠，并无幅度高就没缠或者不为扩散层；（2）微电极系测井测量得到微梯度、微电位电阻率，微梯度一般反映泥饼、微电位一般反映冲洗带，二者之差主要用来判断是否为渗透性地层，裂缝发育时地层渗透性较好，从道理上讲是可以用微电极反映出来的。

地层压力和饱和压力的关系
地层压力和饱和压力是地球物理学和岩石力学中的两个重要的概念，它们之间有密切的关系。

地层压力是指岩层受到上方岩石、土层等的自身重力作用的压力，也可以理解为岩石所承受的压力。

而饱和压力是指在某一特定温度下，石油等天然气和岩石之间相互作用的压力，即岩石内部充满气体或液体时所承受的压力。

另外，饱和压力也与地层深度有关，随着地层深度的增加，饱和压力也会逐渐增大。

总的来说，地层压力和饱和压力密切相关，它们的相互作用对于水文地质和油田勘探等领域都有着重要的指导意义。

利用测井资料计算地应力和地层压力测井是一种获取地下地质信息的技术手段，通过测井资料可以计算地应力和地层压力。

地应力是指地下岩石受到的应力状态，包括水平应力(SHmax)、垂直应力(Sv)和最小水平应力(Shmin)。

地层压力是指地下岩石受到的压力，它是由地质构造和地下岩石自身重力作用所引起的。

测井资料中常用的数据包括密度、声波速度和孔隙压力。

根据这些数据，可以使用不同的方法计算地应力和地层压力。

下面将详细介绍两种常用的计算方法。

第一种方法是利用测井参数计算地应力：1.密度测井：通过测井仪器测量孔隙岩石的密度，可以得到地下岩石的密度值。

地应力与密度有关，通常可以利用下面的公式计算地应力：Sv = ρgzh + ΔP其中，Sv为垂直应力，ρ为地下岩石的密度，g为重力加速度，z为垂直坐标(由测井资料中测得的深度)，h为大地水平应力增加系数(通常假设为1，即认为大地水平应力与垂直应力相等)，ΔP为孔隙流体压力。

2.声波速度测井：通过测井仪器测量岩石中声波传播的速度，可以得到地下岩石的声波速度值。

根据地震黏滞剪切模量理论，可以利用下面的公式计算地应力：SHmax = 0.87ρVs^2其中，SHmax为最大水平应力，ρ为地下岩石的密度，Vs为地下岩石的声波速度。

这个方法需要选取与地层相互作用最大的水平应力作为SHmax，通常选取沉积岩中的垂向最大应力作为最大水平应力。

第二种方法是利用测井参数计算地层压力：1.密度测井：利用密度测井得到的岩石密度和地下深度，可以计算出不同深度的岩石压力。

地层压力随深度增加而增加。

2.孔隙压力测井：通过测井仪器测量岩石中孔隙流体的压力，可以得到地下岩石的孔隙压力值。

地层压力与孔隙压力有关，可以利用下面的公式计算地层压力：Ppore = ρgh其中，Ppore为孔隙压力，ρ为地下岩石的密度，g为重力加速度，h为大地水平应力增加系数。

综上所述，利用测井资料可以计算地应力和地层压力。

地质技术必备知识、一、地质基础知识：1、什么叫地静压力、原始地层压力、饱和压力、流动压力？答：地静压力：由于上覆地层重量造成的压力称为地静压力。

原始地层压力：在油层未开采前，从探井中测得的地层中部压力叫原始地层压力。

饱和压力：在地层条件下，当压力下降到使天然气开始从原油中分离出来时的压力叫饱和压力。

流动压力：油井在正常生产时测得的油层中部压力叫流动压力。

2、什么叫生产压差、地饱压差、流饱压差、注水压差、总压差？答：生产压差：静压（即目前地层压力）与油井生产时测得的井底流压的差值。

地饱压差：目前地层压力与原始饱和压力的差值叫地饱压差。

流饱压差：流动压力与饱和压力的差值叫流饱压差。

注水压差：注水井注水时的井底压力与地层压力的差值叫注水压差。

总压差：原始地层压力与目前地层压力的差值叫总压差。

3、什么叫采油速度、采出程度、含水上升率、含水上升速度、采油强度？答：采油速度：是指年产油量与其相应动用的地质储量比值的百分数。

采出程度：累积采油量与动用地质储量比值的百分数。

含水上升率：是指每采出1%地质储量的含水上升百分数。

含水上升速度：是指只与时间有关而与采油速度无关的含水上升数值。

采油强度：单位油层有效厚度的日产油量。

4、什么叫采油指数、比采油指数？答：采油指数：单位生产压差下的日产油量。

比采油指数：单位生产压差下每米有效厚度的日产油量。

5、什么叫水驱指数、平面突进系数？答：水驱指数是指每采出1吨油在地下的存水量单位为方/吨。

边水或注入水舌进时最大的水线推进距离与平均水线推进距离之比，叫平面突进系数。

6、什么叫注采比？答：注采比是指注入剂所占地下体积与采出物（油、气、水）所占地下体积之比值。

7、什么叫累积亏空体积？答：累积亏空体积是指累积注入量所占地下体积与采出物（油、气、水）所占地下体积之差。

8、什么叫层间、层内平面矛盾？答：层间矛盾：非均质多油层油田笼统注水后，由于高中低渗透层的差异，各层在吸水能力、水线推进速度、地层压力、采油速度和水淹状况等方面产生的差异叫层间矛盾。

随钻地层压力检测基本概念“正常”的地层流体压力大致等于流体液柱中的静水压力。

地层流体压力有的时候比静水压力高，有的时候比静水压力低。

两种“不正常”的压力条件都能引起钻井事故，而工业生产中最为关心的是特殊高压，有的时候称之为地质压力。

一、基本概念1、静水压力(Hydrostatic Pressure)静水压力是指单位液体重量与静液柱垂直高度的乘积。

与液柱的直径与形状无关。

静水压力的计算公式如下：10dH Ph ⨯=式中P h－静水压力，kg/cm2d－钻井液重量，g/cm3H－垂直深度，m2、帕斯卡定律(Pascal’s Law)帕斯卡定律阐述了静止流体中任何一点上各个方向的静水压力大小相等。

通过流体能够传递任何施加的压力，而不随距离的变化而降低。

根据帕斯卡定律，静水压力在液柱中给定的深度上，作用于任何方向上。

3、静水压力梯度（Hydrostatic Pressure Gradient ）静水压力梯度是指每单位深度上静水压力的变化量。

这个值描述了液体中压力的变化，表示为单位深度上所受到的压力。

其计量单位是kgF/cm 2/m 。

录井人员常用体积密度（g/cm3）来描述静水压力梯度，以便于同钻井液密度相对比。

静水压力梯度的计算公式如下：10V h PG P H P H == 式中 H PG －静水压力梯度，kg/cm 2/mP h －静水压力，kgf/cm 2P v －单位体积质量，g/cm 3H －实际垂直深度，m 。

应用体积密度（g/cm 3）时，静水压力梯度H G 的计算公式如下：V h G P LP H ==10 式中 H G －静水压力梯度，g/cm 34、地层孔隙压力（Pore Pressure ）地层孔隙压力是指作用在岩石孔隙中流体上的压力。

关于现场计算，孔隙压力与流体液柱的密度及垂直深度有关。

关于正常压力系统的地层，给定深度的真实孔隙压力等于液柱压力与流体流淌的压力缺失及温度效应的总与。

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H g p f p ⨯⨯⨯=-ρ310式中，P p ——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/cm 3； g ——重力加速度，9.81m/s 2；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，H g p m h ⨯⨯⨯=-ρ310式中，p h ——静液柱压力，MPa ； ρm ——钻井液密度，g/cm 3； H ——目的层深度，m ； g ——重力加速度，9.81m/s 2。

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HP G Pp =式中 G p ——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])1[(1081.93o ρρΦ+Φ-⨯=-m H P式中 P o ——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/cm 3； ρm ——岩石骨架密度，g/cm 3。

(2)上覆岩层压力梯度HP G oo =式中，G o ——上覆岩层压力梯度，MPa/m ； P o ——上覆岩层压力，MPa ； H ——深度(高度)，m 。

(3)压力间关系z p P p O σ+=式中，P o ——上覆岩层压力，MPa ； P p ——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)p p z f P P P +--=)(1σμμ式中， P f ——地层破裂压力(为岩石裂缝开裂时的井内流体压力)，MPa ； μ——地层的泊松比；σz ——有效上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层孔隙压力，MPa 。

第七章地层压力与地层温度主要内容一、有关地层压力的概念二、异常地层压力研究三、油层压力研究四、地层温度研究五、油气藏驱动类型地层压力与地层温度是开发油气田的能量，也是油气田开发中重要的基础参数。

油气藏地层压力和温度的高低，不仅决定着油气等流体的性质，还决定着油气田开发的方式、油气开采的技术特点与经济成本，以及最终的采收率。

因此，对一个油气田来说，在勘探阶段以至整个开发过程中，都非常重视地层压力和温度这两个基础参数的获取。

第一节有关地层压力的概念压力的单位是帕，符号是Pa。

1Pa是指1m2面积上受到1N的力时形成的压力。

即：1Pa= 1N/m21MPa=103KPa=106Pa1MPa=10.194kgf/cm2或 1kgf/cm2=98.067kPa粗略计算时，可认为1kgf/cm2=100kPa=0.1MPa，其误差约为2%。

1、上覆岩层压力（地静压力）上覆岩石骨架和孔隙空间流体的总重量所引起的压力。

其值的大小与上覆岩层的厚度、骨架密度和孔隙流体密度有关。

单位为MPa 。

上覆岩层压力梯度:单位岩柱高的压力。

单位为MPa/m 。

据统计,第三纪岩层的平均压力梯度为0. 0231MPa/m （密度测井）;碎屑岩岩层的最大压力梯度为0.031MPa/m ;浅层的岩层压力梯度一般小于0.031MPa/m 。

2、静水压力（流体静压力）液柱重量所产生的压力。

其大小与液体的密度和液柱的高度有关，而与液体的形状和大小无关。

静水压力梯度：单位液柱高度的压力值。

由于水的密度一般为1×103kg/m 3 ，所以，静水压力梯度约为 0.01MPa/m 。

3.地层压力作用于岩层孔隙空间内流体上的压力，又称为孔隙流体压力。

常用Pf 表示。

含油、气区内的地层压力称为油层压力或气层压力。

地层压力全部由流体本身所承担。

油气层未被钻开之前，油层内各处的地层压力保持相对平衡状态。

一旦油气层被钻开并投入开采，油气层压力的平衡状态遭到破坏，在油气层压力与井底压力之间产生的压差作用下，油气层内的流体就会流向井筒，有时甚至喷出到地面。