Градиент порового давления

Градиент порового давления — это размерный петрофизический термин, используемый инженерами-буровиками и инженерами-разработчиками буровых растворов при разработке программ бурения для бурения (строительства) нефтяных и газовых скважин в землю. Это градиент давления внутри порового пространства столба породы от поверхности земли до общей глубины (TD) по сравнению с градиентом давления морской воды на глубокой воде.

В то время как в « чистой математике » градиент скалярной функции, выраженный математическим обозначением grad( f ), может не иметь связанных с ним физических единиц; В буровой технике градиент порового давления обычно выражается в Международной ассоциации буровых подрядчиков физических единицах измерения (IADC) типа API, а именно «фунт на квадратный дюйм на фут». По известной формуле

P = 0,052 * вес бурового раствора * истинная вертикальная глубина

преподается почти на всех курсах нефтяного машиностроения по всему миру, вес бурового раствора (МВт) выражается в фунтах на галлон США, а истинная вертикальная глубина (TVD) выражается в футах, а 0,052 является широко используемой константой преобразования, которую можно получить из размерных величин. анализ:

$\mathrm {{\frac {1\;psi}{ft}}\times {\frac {1\;ft}{12\;in}}\times {\frac {1\;lb/in^{2}}{1\;psi}}\times {\frac {231\;in^{3}}{1\;US\;Gal}}=19.25000000\;lb/gal}$

Было бы точнее разделить значение в фунтах/галлонах на 19,25, чем умножить это значение на 0,052. Величина ошибки, вызванной умножением на 0,052, составляет примерно 0,1%.

Пример: Для столба пресной воды с плотностью 8,33 фунта на галлон (фунт/галлон США), стоящего неподвижно гидростатически в вертикальном обсаженном стволе скважины длиной 21 000 футов сверху вниз (вертикальное отверстие), градиент давления будет равен

град( P ) = градиент давления = 8,33/19,25 = 0,43273 фунтов на квадратный дюйм/фут

и тогда гидростатическое забойное давление (BHP) будет

BHP = TVD * град( P ) = 21 000 * 0,43273 = 9,087 фунтов на квадратный дюйм

Однако давление пластового флюида (поровое давление) обычно намного превышает давление столба пресной воды и может достигать 19 фунтов/галлон США (например, в Иране). Для наземной вертикальной скважины с открытым интервалом открытой скважины на глубине 21 000 футов и градиентом порового давления 19 фунтов/галлон США забойное давление будет

Забойное давление = поровое давление * TVD = 21 000 * 19 / 19,25 = 20 727 фунтов на квадратный дюйм

Расчет забойного давления и давления, создаваемого статическим столбом жидкости, являются наиболее важными и базовыми расчетами во всех курсах управления скважинами, преподаваемых во всем мире для предотвращения выбросов нефтяных и газовых скважин.

Простые примеры

Используя приведенные выше цифры, мы можем рассчитать максимальное давление на различных глубинах в морской нефтяной скважине.

 Saltwater is 0.444 psi/ft (2.5% higher than fresh water but this not general and depends on salt concentration in water)
 Pore pressure in the rock could be as high as 1.0 psi/ft of depth (19.25 lb/gal)

Скважина с глубиной морской воды 5000 футов и горной породой высотой 15 000 футов может иметь давление вскрышных пород на дне до 17 220 фунтов на квадратный дюйм (5000 * 0,444 + 15 000 * 1,0). Это давление снижается на поверхности за счет веса нефти и газа в стояке, но это лишь небольшой процент от общего количества. Для управления скважиной при таком высоком давлении требуется тяжелый буровой раствор (буровой раствор), закачиваемый на забой.