钻井与完井工程完整课件超值.ppt

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1、钻井与完井工程钻井与完井工程 石油工程学院钻井研究所石油工程学院钻井研究所钻井与完井工程钻井与完井工程课时安排课时安排l l概述概述(2学时学时)l l井身结构设计（井身结构设计（6学时）学时）l l钻井液（钻井液（8学时）学时）l l钻井工艺（钻井工艺（12学时）学时）l l压力控制压力控制(6学时学时)l l定向钻井与防斜（定向钻井与防斜（10学时）学时）l l固井（固井（8学时学时）l l完井（完井（4学时学时）l l储层保护（储层保护（4学时学时）l l课内教学课时（课内教学课时（60学时）学时）l l实践教学环节实践教学环节（4学时）学时）l l考试统一安排，不占学时考试统一安排，不

2、占学时第一章第一章:绪论绪论第一章第一章:绪论绪论l l第一节：钻井与完井的定义第一节：钻井与完井的定义 l l第二节：一口井的钻井过程第二节：一口井的钻井过程 l l第三节：钻井与完井工程技术发展第三节：钻井与完井工程技术发展钻井定义、目的钻井定义、目的l定义定义 利利用用机机械械设设备备，将将地地层层钻钻成成具具有有一一定定深深度度的的园柱形孔眼的工程。园柱形孔眼的工程。l 钻井目的钻井目的 确确切切地地了了解解地地下下地地质质情情况况，正正确确判判断断储储油油构构造造，为为油油田田开开发发方方案案提提供供第第一一手手资资料料。钻钻井井过过程程中中，可可以以通通过过岩岩屑屑录录井井、取取心

3、心、电电测测得得到到地地层层分分层层、岩岩性性、岩岩石石的的物物理理化化学学性性质质、含含油油气情况。气情况。开采油气，提高油气采收率开采油气，提高油气采收率 l形成油气到地面通道。形成油气到地面通道。l油田开采后期钻注水或注气井。油田开采后期钻注水或注气井。油气井类型油气井类型l地质基准井（参考井）地质基准井（参考井）l为为了了了了解解地地层层的的沉沉积积年年代代、岩岩性性、厚厚度度、生生储储盖盖层层组组合合，并并为为地地球球物物理理勘勘探探提提供供各各种种参参数数所钻的井所钻的井 l预探井预探井 l主主要要上上为为探探明明油油田田面面积积，油油水水边边界界线线，为为油油田计算可靠工业储量提

4、供资料。田计算可靠工业储量提供资料。l详探井详探井 在在在在已已已已证证证证实实实实有有有有工工工工业业业业开开开开采采采采价价价价值值值值的的的的油油油油田田田田上上上上，为为为为确确确确定定定定油油油油层层层层参参参参数数数数，查查查查明明明明油油油油田田田田地地地地质质质质特特特特性性性性，为为为为油油油油田田田田开开开开发发发发做做做做好准备的井，这种井在油层部位要求全取心。好准备的井，这种井在油层部位要求全取心。好准备的井，这种井在油层部位要求全取心。好准备的井，这种井在油层部位要求全取心。油气井类型油气井类型l生产（或开发）井生产（或开发）井 l l在在在在已已已已探探探探明明明明

5、储储储储量量量量，有有有有开开开开采采采采工工工工业业业业价价价价值值值值的的的的油油油油田田田田构构构构造造造造上钻产油产气井上钻产油产气井上钻产油产气井上钻产油产气井 l注水（气）井注水（气）井 为为为为了了了了提提提提高高高高采采采采收收收收率率率率，达达达达到到到到稳稳稳稳产产产产所所所所钻钻钻钻的的的的井井井井。注注注注水水水水注注注注气气气气的的的的主主主主要要要要目目目目的的的的是是是是为为为为了了了了给给给给地地地地层层层层提提提提供供供供生生生生产产产产油油油油气气气气所所所所必须的能量。必须的能量。必须的能量。必须的能量。l l 国外钻井水平国外钻井水平l世界上最深的直井世

6、界上最深的直井 12260米米，原原苏苏联联在在科科拉拉半半岛岛的的井井，德德国正在施工一口设计国正在施工一口设计14000的井。的井。l世界最深的水平井世界最深的水平井 Cliffs油油气气公公司司1991.11在在 Bagou Jack油油田田钻钻成成一一口口水水平平井井，造造斜斜点点井井深深：4446、垂垂深深4672，测测深深5212创创世世界界水水平平井井最最深深纪录。纪录。国外钻井水平国外钻井水平l世界水平段最长纪录世界水平段最长纪录 aerskaersk油气公司油气公司油气公司油气公司1991.111991.11在北海、丹麦海域在北海、丹麦海域在北海、丹麦海域在北海、丹麦海域Tv

7、ra West BravoTvra West Bravo油田钻成一口水平井、测深油田钻成一口水平井、测深油田钻成一口水平井、测深油田钻成一口水平井、测深47684768、垂深、垂深、垂深、垂深22662266、水平段长、水平段长、水平段长、水平段长25012501创当时创当时创当时创当时世界水平段最长纪录。世界水平段最长纪录。世界水平段最长纪录。世界水平段最长纪录。l水平位移最大的大位移井水平位移最大的大位移井 StatoilStatoil公司在施达福油田钻成一口水平井、测公司在施达福油田钻成一口水平井、测公司在施达福油田钻成一口水平井、测公司在施达福油田钻成一口水平井、测深深深深702870

8、28，垂深，垂深，垂深，垂深26812681、水平位移、水平位移、水平位移、水平位移60866086创世创世创世创世界纪录界纪录界纪录界纪录 英国英国英国英国Witch FarmWitch Farm油田，水平位移已经超过油田，水平位移已经超过油田，水平位移已经超过油田，水平位移已经超过10,000m10,000m。钻井工程技术的发展钻井工程技术的发展l概念时期（概念时期（1900-1920）钻井和钻井液配套钻井和钻井液配套 牙轮钻头使用牙轮钻头使用 下套管用水泥封固下套管用水泥封固 l发展时期（发展时期（1920-1948）以上概念进一步发展，开始使用大功率钻机。以上概念进一步发展，开始使用大

9、功率钻机。l科学化钻井时期（科学化钻井时期（1948-1968）喷射钻井技术（水射流理论）喷射钻井技术（水射流理论）喷射钻井技术（水射流理论）喷射钻井技术（水射流理论）镶齿、滑动密封轴承钻头的使用镶齿、滑动密封轴承钻头的使用镶齿、滑动密封轴承钻头的使用镶齿、滑动密封轴承钻头的使用 低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术 地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术地层压力检测技术、井控技

10、术、平衡压力钻井技术钻井工程技术的发展钻井工程技术的发展l自动化钻井时期（自动化钻井时期（1968目前）目前）n自动化钻机自动化钻机 n井口自动化工具井口自动化工具 n钻井参数自动测量钻井参数自动测量 n计算机在钻井工程中应用计算机在钻井工程中应用 n最优化钻井技术（系统工程分析理论）最优化钻井技术（系统工程分析理论）n井下闭环钻井系统井下闭环钻井系统 n n随钻地震随钻地震随钻地震随钻地震一口井钻井过程一口井钻井过程l l钻前工程钻前工程定井位、平井场及修公路定井位、平井场及修公路 l l钻井工程钻井工程钻机搬安、一开、固表层套管、二开、钻机搬安、一开、固表层套管、二开、固技术套管、固技术套

11、管、,钻至完钻井深、完井电测、钻至完钻井深、完井电测、固油层套管固油层套管 l l完井工程完井工程钻井设计钻井设计 地质设计：地质设计：构造、井口坐标、目的层、岩性描构造、井口坐标、目的层、岩性描 述、地质录井要求述、地质录井要求 l l工程设计：工程设计：钻井设备、井身结构、钻头设计、钻柱设钻井设备、井身结构、钻头设计、钻柱设计、钻井液设计、水力参数设计、套管强度设计、钻井液设计、水力参数设计、套管强度设计、井口装置、钻井施工措施计、井口装置、钻井施工措施oil zone 井身结构井身结构(Casing Program)一开：第一次开钻一开：第一次开钻 二开：固表层套管后在开钻二开：固表层套

12、管后在开钻 三开：三开：。与钻进有关的几个基本概念与钻进有关的几个基本概念l l钻机钻机 l l钻头钻头 l l钻具钻具 l l钻柱钻柱 l l钻井液钻井液 l l钻压钻压 l l转速转速 l l排量排量 l l接单根接单根 l l 与钻进有关的几个基本概念与钻进有关的几个基本概念l l起下钻起下钻旋转钻井钻机旋转钻井钻机l动力系统动力系统 l旋转系统旋转系统 l提升系统提升系统 l循环系统循环系统 l井控系统井控系统 旋转钻井系统旋转钻井系统动力系统动力系统(Power system)l l柴油机柴油机(diesel engine)l l发电机发电机(generator)l l传动机构传动机

13、构(compound)机械传动机械传动 (Mechanical Power Transmission)柴油机柴油机-电传动电传动(diesel electric Power Transmission)旋转系统旋转系统(Rotating system)l l转盘转盘(Rotary Table)l l转盘方补心转盘方补心（Master Bushing)l l方补心方补心(kelly Bushing)l l方钻杆方钻杆(kelly)l l钻柱钻柱(drill string)l l钻头钻头(bit)l l 转盘转盘(Rotary Table)l l 转盘转盘(Rotary Table)钻 铤Drill

14、 Collar稳定器Stabilizer接 头(Tool joint)钻 头Rock Bit接 头sub钻 杆drill pipe钻 杆Drill Pipe方钻 杆Kelley 钻柱组成钻柱组成 Composition of drill string 钻头钻头(Rock Bit)l l l l 起升系统起升系统(Hoisting system)l l井架（井架（derrick)l l绞车（绞车（draw works)l l钢丝绳钢丝绳(wire rope、fast line、dead line)l l天车（天车（Crown)l l游动滑车游动滑车(traveling Block)l l大钩大钩

15、（Hook)l l 循环系统（循环系统（Circulating System)l l泥浆泵（泥浆泵（pump)l l立管立管(standpipe)l l水龙头水龙头(swivel)l l方钻杆方钻杆(kelly)l l钻柱钻柱(drill stem)l l钻头钻头(bit)l l环空环空(annulus)l l l l出口管线出口管线(discharge line)l l震动筛震动筛shale shaker l l除气器除气器(degasser)l l除砂器除砂器desander l l除泥器除泥器(desilter)l l泥浆罐泥浆罐(mud tank)l l 泥浆泵 钻井泵（钻井泵（Pum

16、p)钻井泵（钻井泵（Pump)井控系统（井控系统（The well Control)l l球型防喷器（球型防喷器（Annular BOP）l l旋转防喷器（旋转防喷器（Rotating BOP)l l闸板防喷器（闸板防喷器（Ram BOP）l l方钻杆旋塞（方钻杆旋塞（Kelly cock）l l压井管汇（压井管汇（choke manifold）球型防喷器（球型防喷器（Annular BOP）l l 闸板防喷器（闸板防喷器（Ram BOP）l l 旋转防喷器（旋转防喷器（RBOP）地面节流管汇地面节流管汇 choke manifold l l oil zone 井身结构井身结构(Casing

17、Program)固井固井l l在钻井到设计套管下入深度后，下入套管在钻井到设计套管下入深度后，下入套管在钻井到设计套管下入深度后，下入套管在钻井到设计套管下入深度后，下入套管 l l在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥浆在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥浆在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥浆在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥浆 l l候凝，使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的强候凝，使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的强候凝，使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的强候凝，使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的强度度度度 l l固井的关键技术固井的关键技术固井的关键技术

18、固井的关键技术 下套管工艺下套管工艺下套管工艺下套管工艺 水泥浆的配方设计水泥浆的配方设计水泥浆的配方设计水泥浆的配方设计 注水泥工艺（浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程注水泥工艺（浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程注水泥工艺（浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程注水泥工艺（浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程中的压力控制）中的压力控制）中的压力控制）中的压力控制）固井质量检测固井质量检测固井质量检测固井质量检测完井方法完井方法(Completiom)1、射孔完井、射孔完井oil zoneoil zone2、裸眼完井、裸眼完井oil zoneoil zone裸眼砾石充填完井裸眼砾石充填完井套管砾石充填完井

19、套管砾石充填完井grabed packedoil zone割缝衬管完井割缝衬管完井(slotted Liner)钻井新技术钻井新技术l深井超深井技术（深井超深井技术（Deep well Drilling)l水平井钻井技术（水平井钻井技术（Horizontal well Drilling)l l大位移井大位移井 ERD Drilling Tech.(Extended Reach Displacement)l欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术(Underbalanced Drilling)l连续油管的应用连续油管的应用(Coiled tubing Tech.)l l保护油气层的钻井完井技术保护油气层的钻

20、井完井技术 l l小井眼钻井技术（小井眼钻井技术（Slim Hole Drilling）钻井新技术钻井新技术l深井超深井技术（深井超深井技术（Deep well Drilling)高温高压的钻井液技术高温高压的钻井液技术 高温高压的固井技术高温高压的固井技术 深井钻柱、套管柱强度设计深井钻柱、套管柱强度设计深井钻柱、套管柱强度设计深井钻柱、套管柱强度设计 深井提高钻速技术深井提高钻速技术深井提高钻速技术深井提高钻速技术 深井井斜控制技术深井井斜控制技术深井井斜控制技术深井井斜控制技术钻井新技术钻井新技术l水平井钻井技术（水平井钻井技术（Horizontal well)定义定义 l长半径（长半径

21、（2-6/30m、半径：、半径：300m-900m）l中半径（中半径（8-20/30m、半径：、半径：86m-215m）l短半径短半径(5-10/m、半径：、半径：10m-20m)关键技术关键技术 l井眼轨迹测量和控制技术井眼轨迹测量和控制技术 l地质导向钻井技术地质导向钻井技术 l井下闭环钻井技术井下闭环钻井技术 应用应用 l l是是是是提提提提高高高高开开开开发发发发效效效效益益益益的的的的有有有有效效效效手手手手段段段段。其其其其优优优优点点点点包包包包括括括括提提提提高高高高单单单单井井井井产产产产量量量量，减小水锥和气锥，已经在全国各大油田进行了推广应用。减小水锥和气锥，已经在全国各

22、大油田进行了推广应用。减小水锥和气锥，已经在全国各大油田进行了推广应用。减小水锥和气锥，已经在全国各大油田进行了推广应用。钻井新技术钻井新技术l l大位移井钻井技术（大位移井钻井技术（测深测深/垂深垂深2的井的井）应用范围：应用范围：应用范围：应用范围：l l海上钻井平台海上钻井平台海上钻井平台海上钻井平台 l l海边开采近海油藏海边开采近海油藏海边开采近海油藏海边开采近海油藏 l l环境保护要求特别严格的地区环境保护要求特别严格的地区环境保护要求特别严格的地区环境保护要求特别严格的地区 设备：设备：设备：设备：l l顶驱顶驱顶驱顶驱 l l大尺寸钻杆大尺寸钻杆大尺寸钻杆大尺寸钻杆 l l改进

23、钻机，增大钻机负荷改进钻机，增大钻机负荷改进钻机，增大钻机负荷改进钻机，增大钻机负荷 l l可变径稳定器可变径稳定器可变径稳定器可变径稳定器 l l先进的随钻测量系统先进的随钻测量系统先进的随钻测量系统先进的随钻测量系统l l大位移井大位移井 ERD Drilling Tech.(Extended Reach Displacement)理论问题理论问题理论问题理论问题 l l井身轨迹优化井身轨迹优化井身轨迹优化井身轨迹优化 l l井壁稳定理论井壁稳定理论井壁稳定理论井壁稳定理论 l l摩阻分析摩阻分析摩阻分析摩阻分析 l l扭矩测量及分析扭矩测量及分析扭矩测量及分析扭矩测量及分析 l l环空流

24、体学及环空携岩环空流体学及环空携岩环空流体学及环空携岩环空流体学及环空携岩 l l钻柱强度分析钻柱强度分析钻柱强度分析钻柱强度分析钻井新技术钻井新技术钻井新技术钻井新技术l欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术(Underbalanced Drilling)定定义义：指指钻钻井井过过程程井井内内压压力力小小于于地地层层压压力力一定值的钻井过程一定值的钻井过程 设设备备：旋旋转转防防喷喷器器、井井内内流流体体的的地地面面多多级级分离器、惰性气体发生器分离器、惰性气体发生器 基本理论：多相流理论基本理论：多相流理论 优点：优点：l适合于在异常低压地区钻井适合于在异常低压地区钻井 l及时发现和保护油气层及时发

25、现和保护油气层 l提高机械钻速，降低钻井成本提高机械钻速，降低钻井成本 钻井新技术钻井新技术l连续油管的应用连续油管的应用(Coiled tubing Tech.)应用：应用：l钻井钻井 l完井完井 l修井修井 理论：理论：l流体力学分析流体力学分析 l疲劳寿命估计疲劳寿命估计Coiled Tubing(reeled tubing)Coiled Tubing(reeled tubing)l l Coiled Tubing(reeled tubing)lApplications Through-tubing re-entry Conventional re-entry Underbalanced

26、 drilling Slimhole exploration lOperation Unit is automated and controlled using a PC-based system with a graphical operator interface inside the control cabin.Operated by a multi-task crew On-line directional drilling process钻井新技术钻井新技术l l保护油气层的钻井完井技术保护油气层的钻井完井技术 岩性测定及分析技术岩性测定及分析技术岩性测定及分析技术岩性测定及分析技术

27、 储层敏感性评价技术储层敏感性评价技术储层敏感性评价技术储层敏感性评价技术 有气层损害机理研究有气层损害机理研究有气层损害机理研究有气层损害机理研究 油气层损害评价技术油气层损害评价技术油气层损害评价技术油气层损害评价技术 保护有气层的钻井液完井液技术保护有气层的钻井液完井液技术保护有气层的钻井液完井液技术保护有气层的钻井液完井液技术 保护油气层的固井技术保护油气层的固井技术保护油气层的固井技术保护油气层的固井技术 负压射孔技术负压射孔技术负压射孔技术负压射孔技术 保护油气层的压裂酸化技术保护油气层的压裂酸化技术保护油气层的压裂酸化技术保护油气层的压裂酸化技术第二章：井身结构设计第二章：井身结

28、构设计第二章：井身结构设计第二章：井身结构设计l l第一节：地层压力理论及预测方法第一节：地层压力理论及预测方法 DcDc指数指数指数指数 声波时差声波时差声波时差声波时差 地震层速度法地震层速度法地震层速度法地震层速度法 l l第二节：地层破裂压力预测第二节：地层破裂压力预测 理论计算理论计算理论计算理论计算 地破试验地破试验地破试验地破试验 l l第三节：地层坍塌压力预测第三节：地层坍塌压力预测 l l第四节：井身结构设计第四节：井身结构设计 l l第五节：生产套管尺寸设计（自学）第五节：生产套管尺寸设计（自学）井身结构井身结构l l定义定义定义定义 套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻

29、头尺寸）套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。与套管尺寸的配合。与套管尺寸的配合。与套管尺寸的配合。l l主要内容主要内容主要内容主要内容 确定套管的层数确定套管的层数确定套管的层数确定套管的层数 确定各层套管的下深确定各层套管的下深确定各层套管的下深确定各层套管的下深 确定套管尺寸与井眼尺寸的配合确定套管尺寸与井眼尺寸的配合确定套管尺寸与井眼尺寸的配合确定套管尺寸与井眼尺寸的配合 l l影响因素影响因素影响因素影响因素 地层压力（地层压力、破裂压力、地层坍塌压力）地层压力（地

30、层压力、破裂压力、地层坍塌压力）地层压力（地层压力、破裂压力、地层坍塌压力）地层压力（地层压力、破裂压力、地层坍塌压力）工程参数工程参数工程参数工程参数 地层必封点地层必封点地层必封点地层必封点地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l静液柱压力（静液柱压力（Hydrostatic Hydrostatic pressurepressure）P Ph h 定义定义 l静液压力是由液柱重力引起的静液压力是由液柱重力引起的压力。压力。计算计算 l l：液体密度：液体密度,（g/cmg/cm3 3）lH:H:液柱垂直高度，液柱垂直高度，m mPh 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l

31、 l压力梯度压力梯度(Pressure gradient)单位高度（或深度）增加的压力值单位高度（或深度）增加的压力值单位高度（或深度）增加的压力值单位高度（或深度）增加的压力值 在油田，为方便起见，有时压力梯度单位直在油田，为方便起见，有时压力梯度单位直在油田，为方便起见，有时压力梯度单位直在油田，为方便起见，有时压力梯度单位直接用密度单位。或直接用压力系数的概念。接用密度单位。或直接用压力系数的概念。接用密度单位。或直接用压力系数的概念。接用密度单位。或直接用压力系数的概念。l l有效密度（当量密度）有效密度（当量密度）钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在钻井液在流动过程或被激励中有效地

32、作用在钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在井内的压力为有效液柱压力井内的压力为有效液柱压力井内的压力为有效液柱压力井内的压力为有效液柱压力 通过有效压力换算得到的液体密度称为等效通过有效压力换算得到的液体密度称为等效通过有效压力换算得到的液体密度称为等效通过有效压力换算得到的液体密度称为等效密度。密度。密度。密度。地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l上覆岩层压力上覆岩层压力 PO PO 定义：定义：l l某处地层的上覆岩层压力是指覆某处地层的上覆岩层压力是指覆某处地层的上覆岩层压力是指覆某处地层的上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的地层基质（

33、岩石）盖在该地层以上的地层基质（岩石）盖在该地层以上的地层基质（岩石）盖在该地层以上的地层基质（岩石）和孔隙中流体（油气水）的总重力和孔隙中流体（油气水）的总重力和孔隙中流体（油气水）的总重力和孔隙中流体（油气水）的总重力造成的压力造成的压力造成的压力造成的压力。计算计算 P0P0：上覆岩：上覆岩层压力；力；MPaMPa；：无量：无量纲的小数的小数 rm:rm:岩石骨架密度，岩石骨架密度，g/cm3g/cm3；:地层空隙中流体密度，地层空隙中流体密度，g/cm3g/cm3；H H：井深，：井深，m.m.P Po o 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力地层压力(Forma

34、tion(Formation Pressure)PPressure)PP P 地层压力是指岩石孔隙中流地层压力是指岩石孔隙中流地层压力是指岩石孔隙中流地层压力是指岩石孔隙中流体（油气水）的压力，也叫地体（油气水）的压力，也叫地体（油气水）的压力，也叫地体（油气水）的压力，也叫地层孔隙压力。层孔隙压力。层孔隙压力。层孔隙压力。l l骨架应力骨架应力(matrix pressure)(matrix pressure)由岩石颗粒之间来支撑的那由岩石颗粒之间来支撑的那由岩石颗粒之间来支撑的那由岩石颗粒之间来支撑的那部分上覆岩层压力。部分上覆岩层压力。部分上覆岩层压力。部分上覆岩层压力。l l PoPp

35、 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层破裂压力地层破裂压力(fracture pressure)(fracture pressure)在井中，当井内液体压力达到某一值时会使地在井中，当井内液体压力达到某一值时会使地在井中，当井内液体压力达到某一值时会使地在井中，当井内液体压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层破裂压力。层破裂，这个压力称为地层破裂压力。层破裂，这个压力称为地层破裂压力。层破裂，这个压力称为地层破裂压力。l地层坍塌压力地层坍塌压力(Caving pressure)(Caving pressure)当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌当井内液柱压力低于

36、某一值时，地层出现坍塌当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌或缩径，我们称这个压力为地层坍塌压力。或缩径，我们称这个压力为地层坍塌压力。或缩径，我们称这个压力为地层坍塌压力。或缩径，我们称这个压力为地层坍塌压力。现象：当井内液柱压力低于地层坍塌压力时，现象：当井内液柱压力低于地层坍塌压力时，现象：当井内液柱压力低于地层坍塌压力时，现象：当井内液柱压力低于地层坍塌压力时，对于脆性地层出现坍塌，对于塑性地层出现缩径。对于脆性地层出现坍塌，对于塑性地层出现缩径。对于脆性地层出现坍塌，对于塑性地层出现缩径。对于脆性地层出现坍塌，对于塑性地层出现缩径。2008-

37、9-18 井底环空压力井底环空压力 1 1 1 1、不循环时：不循环时：不循环时：不循环时：2 2 2 2、钻进时：钻进时：钻进时：钻进时：3 3 3 3、起下钻时：起下钻时：起下钻时：起下钻时：PgPgPgPg为为起下起下起下起下钻钻波波波波动压动压力力力力 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l异常地层压力异常地层压力 正常地层压力一般为盐正常地层压力一般为盐正常地层压力一般为盐正常地层压力一般为盐水液柱压力水液柱压力水液柱压力水液柱压力P P P PW W W W。不在正常。不在正常。不在正常。不在正常地层压力范围内的压力称地层压力

38、范围内的压力称地层压力范围内的压力称地层压力范围内的压力称为为为为异常地层压力异常地层压力异常地层压力异常地层压力。异常低压异常低压异常低压异常低压 l lP P P PP P P PPw Pw Pw PwPwPwPwH P P Pw w P Po o 上覆岩层压力上覆岩层压力孔隙压力孔隙压力高骨架应力高骨架应力正正常常地地层层压压力力异异常常低低压压异异常常高高压压孔隙压力孔隙压力地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l异常低压产生原因异常低压产生原因异常低压产生原因异常低压产生原因 生产层长期开采衰竭生产层长期开采衰竭生产层长期开采衰竭生产层长期开采衰竭 地下水位很低地下水位很低

39、地下水位很低地下水位很低 l l异常高压产生原因异常高压产生原因异常高压产生原因异常高压产生原因 特点特点特点特点 l l异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层 原因原因原因原因 l l沉积物的快速沉积，压实不均匀沉积物的快速沉积，压实不均匀沉积物的快速沉积，压实不均匀沉积物的快速沉积，压实不均匀 l l渗透作用渗透作用渗透作用渗透作用 l l构造作用构造作用构造作用构造作用 l l水增热作用水增热作用水增热作用水增热作用 l l油田注水油田注水油田注水油田注水2008-9-18

40、压实效应压实效应 P DP PO 海面/地面异常高压形成的原因异常高压形成的原因地层保持正常的压地层保持正常的压实平衡，取决于：实平衡，取决于：（1）沉积速率）沉积速率（2）孔隙空间减）孔隙空间减少速率少速率（3）地层渗透率）地层渗透率（4）排出孔隙流）排出孔隙流体的能力体的能力异常高压形成的原因异常高压形成的原因l l水热作用：岩层孔隙中的流体受热膨胀，一水热作用：岩层孔隙中的流体受热膨胀，一旦出现隔绝的环境，地层孔隙中流体的压力旦出现隔绝的环境，地层孔隙中流体的压力就会急剧增加。就会急剧增加。l l渗透作用：水或者溶液被适当的薄膜（泥岩渗透作用：水或者溶液被适当的薄膜（泥岩层）隔开时，水从

41、淡溶液到浓溶液的自然流层）隔开时，水从淡溶液到浓溶液的自然流动，导致高浓度溶液一侧水增多，如果排水动，导致高浓度溶液一侧水增多，如果排水作用受到阻碍，形成高压。作用受到阻碍，形成高压。低浓度高浓度2008-9-18 l l流体运移流体运移异常高压形成的原因异常高压形成的原因2008-9-18 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法 DcDc指数法指数法指数法指数法 l l原理：原理：原理：原理：机械钻速随压差的减少机械钻速随压差的减少机械钻速随压差的减少机械钻速随压差的减少而增加。正常情

42、况下，钻速随而增加。正常情况下，钻速随而增加。正常情况下，钻速随而增加。正常情况下，钻速随井深的增加而减小，井深的增加而减小，井深的增加而减小，井深的增加而减小，DcDcDcDc增加，增加，增加，增加，在异常高压地层，钻速增加而在异常高压地层，钻速增加而在异常高压地层，钻速增加而在异常高压地层，钻速增加而dcdcdcdc减小。减小。减小。减小。l l适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：岩性为泥岩、页岩；岩性为泥岩、页岩；岩性为泥岩、页岩；岩性为泥岩、页岩；钻进过程中的地层压力监测和钻进过程中的地层压力监测和钻进过程中的地层压力监测和钻进过程中的地层压力监测和完钻后区块地层压力统计分析。完钻

43、后区块地层压力统计分析。完钻后区块地层压力统计分析。完钻后区块地层压力统计分析。dH地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l lDcDc指数法预测的原理指数法预测的原理指数法预测的原理指数法预测的原理 D D指数指数指数指数 l l钻速方程：钻速方程：钻速方程：钻速方程：l l l l l l l lD D指数指数指数指数 l l l l l l l l l lV:V:钻速钻速钻速钻速,m/h;N:,m/h;N:转速：转速：转速：转速：r/min r/min l lP:P:钻压钻压钻压钻压,kN;Db:,kN;Db:钻头尺寸钻头尺寸钻头尺寸钻头尺寸,mm,mm地层压力理论及预测方法地层压

44、力理论及预测方法l ldc指数法预测的原理指数法预测的原理 dcdc指数指数指数指数 l l对钻井液密度变化进行修正对钻井液密度变化进行修正对钻井液密度变化进行修正对钻井液密度变化进行修正 l l l ldcdc指数指数指数指数 l l l l mNmN:正常地层压力梯度，正常地层压力梯度，正常地层压力梯度，正常地层压力梯度，g/cmg/cm3 3;l l mm:实际钻井液密度，实际钻井液密度，实际钻井液密度，实际钻井液密度，g/cmg/cm3 3;地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法d指数指数dc指指数数地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l ldcdc指数监测地层压力的方法

45、指数监测地层压力的方法指数监测地层压力的方法指数监测地层压力的方法 按一定深度取点，一般按一定深度取点，一般按一定深度取点，一般按一定深度取点，一般1.51.53m3m取一点，如果钻速取一点，如果钻速取一点，如果钻速取一点，如果钻速高可以高可以高可以高可以5 510m10m一个点，重点井段一个点，重点井段一个点，重点井段一个点，重点井段1m1m一点，同时记录一点，同时记录一点，同时记录一点，同时记录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地层水每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地层水每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地层水每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地层水和钻井液密度。

46、和钻井液密度。和钻井液密度。和钻井液密度。计算计算计算计算dcdc指数指数指数指数 通过统计分析的方法建立正常压力趋势线通过统计分析的方法建立正常压力趋势线通过统计分析的方法建立正常压力趋势线通过统计分析的方法建立正常压力趋势线 计算地层压力计算地层压力计算地层压力计算地层压力 l l提示提示提示提示 如有必要，必须对钻头尺寸进行校正；如有必要，必须对钻头尺寸进行校正；如有必要，必须对钻头尺寸进行校正；如有必要，必须对钻头尺寸进行校正；一个构造上的正常压力可以通过多个井得到，以提一个构造上的正常压力可以通过多个井得到，以提一个构造上的正常压力可以通过多个井得到，以提一个构造上的正常压力可以通过

47、多个井得到，以提高预测的准确程度；高预测的准确程度；高预测的准确程度；高预测的准确程度；DcDc指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法所得到的结果不尽一致。所得到的结果不尽一致。所得到的结果不尽一致。所得到的结果不尽一致。地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力计算地层压力计算地层压力计算地层压力计算 反算法反算法反算法反算法 l l l l P P所求井深地层压所求井深地层压所求井深地层压所求井深地层压力当量密度，力当量密度，力当量密度，力当量密

48、度，g/cmg/cm3 3；l l n n所求井深正常地所求井深正常地所求井深正常地所求井深正常地层压力当量密度，层压力当量密度，层压力当量密度，层压力当量密度，g/cmg/cm3 3 l l d dCNCN所求井深处正常所求井深处正常所求井深处正常所求井深处正常趋势线上的趋势线上的趋势线上的趋势线上的dcdc指数值；指数值；指数值；指数值；l l d dcRcR所求井深实际所求井深实际所求井深实际所求井深实际dcdc指数。指数。指数。指数。dcHdcndcR地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力计算地层压力计算 等效深度法：若地层具有相同的等效深度法：若地层具有相同的等效

49、深度法：若地层具有相同的等效深度法：若地层具有相同的dcdc指数，则认为其骨架应力相等指数，则认为其骨架应力相等指数，则认为其骨架应力相等指数，则认为其骨架应力相等,即：即：即：即：l l l l P PP P所求深度的地所求深度的地所求深度的地所求深度的地层压层压层压层压力，力，力，力，MPaMPa l l HH所求地层压力点的深度，所求地层压力点的深度，所求地层压力点的深度，所求地层压力点的深度，mm；l l GG0 0上覆地层压力梯度，上覆地层压力梯度，上覆地层压力梯度，上覆地层压力梯度，MPa/mMPa/m l l G Gn n等效深度处的正常地层压力梯度，等效深度处的正常地层压力梯度

50、，等效深度处的正常地层压力梯度，等效深度处的正常地层压力梯度，MPa/mMPa/m l l H HE E等效深度，等效深度，等效深度，等效深度，mm。dcHHEH 2008-9-18 dcH地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l等效深度计算等效深度计算 l l l l地层压力计算步骤地层压力计算步骤 钻井参数录入钻井参数录入钻井参数录入钻井参数录入 l l钻速、钻压、转速、钻速、钻压、转速、钻速、钻压、转速、钻速、钻压、转速、地层水密度、钻井液密地层水密度、钻井液密地层水密度、钻井液密地层水密度、钻井液密度度度度 计算计算计算计算dcdc指数指数指数指数 回归正常趋势线回归正常趋势