井下各種壓力概念及相互關系
一、靜液壓力
1、靜液壓力和靜液壓力梯度的定義
靜液壓力是由靜止液體的重力產生的壓力。其大小取決于液體的密度和液體的垂直高度，與液柱的橫向尺寸及形狀無關。
靜液壓力梯度是指每增加單位垂直深度靜液壓力的變化量。靜液壓力梯度受液體密度的影響和含鹽濃度、氣體的濃度以及溫度梯度的影響。含鹽濃度高會使靜液壓力梯度增大，溶解氣體量增加和溫度增高則會使靜液壓力梯度減小。
 2、靜液壓力的計算 
               P=ρgH

     式中：P--靜液壓力，MPa

               ρ--液體密度，g/cm3

               g--重力加速度，0.00981

               H--液柱的垂直高度，m

    在陸上鉆井作業中，H為井眼的垂直深度，起始點自轉盤面算起，液體的密度為鉆井液的密度。

       例1某井鉆至井深3000米處，所用鉆井液密1.3g/cm3，求井底處的靜液壓力。

解：P=ρgH=1.3×0.00981×3000=38.26MPa

3、靜液壓力梯度的計算

根據壓力梯度的定義可知，其計算公式為：

       G=P/H=ρg

       式中：

       G—壓力梯度，kPa/m（MPa/m）

       P—靜液壓力，kPa（MPa）

       H—液柱的垂直高度，m

       Ρ—液體密度，g/cm3

       g—重力加速度，9.81（0.00981）
用壓力梯度的定義，靜液壓力的公式也可以寫成：
靜液壓力=壓力梯度×垂深（P=G×H）
例2 某井鉆至井深3600米處，所用鉆井液密度為1.5g/cm3，計算井內靜液壓力梯度。
解：G=ρg=1.5×9.81=14.7kPa/m

二、當量鉆井液密度
1、當量鉆井液密度的定義
當量鉆井液密度是指將井內某一位置所受各種壓力之和（靜液壓力、回壓、環空壓力損失等）折算成鉆井液密度，稱為這一點的當量鉆井液密度。把地層壓力、地層破裂壓力、循環壓力折算成鉆井液密度，分別稱為地層壓力當量鉆井液密度、地層破裂壓力當量鉆井液密度、循環壓力當量鉆井液密度。
2、當量鉆井液密度的計算

例3    井深2800m，鉆井液密度1.24g/cm3，下鉆時存在一個1.76MPa的激動壓力作用于井底，計算井底壓力及當量鉆井液密度。
解：井底壓力P=1.24×0.00981×2800＋1.76=35.82MPa


三、地層漏失壓力
       地層漏失壓力是指某一深度的地層產生鉆井液漏失時的壓力。對于正常壓力的高滲透性砂巖、裂縫性地層以及斷層破碎帶、不整合面等處，往往地層漏失壓力比破裂壓力小得多，而且對鉆井安全作業危害很大。

四、循環壓力損失與環空壓耗
循環壓力損失是指泵送鉆井液通過地面高壓管匯、水龍帶、方鉆桿、井下鉆柱、鉆頭噴嘴，經環形空間向上返到地面循環系統，及其它所經過的物體，因摩擦所引起的壓力損失。

在數值上等于鉆井液循環泵壓。該壓力損失大小取決于鉆柱長度和鉆井液密度、粘度、切力、排量和流通面積。任何時候鉆井液通過管匯、噴嘴或節流管匯均要產生壓力損失。通常，大部分壓力損失發生在鉆井液通過鉆頭噴嘴時。循環排量的變化也會引起泵壓較大的變化。
在鉆井過程中，鉆井液沿環空向上流動時所產生的壓力損失稱為環空壓耗。在鉆井泵克服這個流動阻力推動鉆井液向上流動時，井壁和井底也承受了該流動阻力，因此，井底壓力增加。當停泵鉆井液停止循環時，流動阻力消失，井底壓力又恢復為靜液壓力。鉆井液在環空中上返速度越大、井越深、井眼越不規則、環空間隙越小，且鉆井液密度、切力越高，則環空流動阻力越大；反之，則環空流動阻力越小。

五、激動壓力和抽汲壓力

    1、抽汲壓力
         抽汲壓力發生在井內提鉆時，由于鉆柱上提，會引起鉆井液向下流動，以填充鉆柱下端因上升而空出來的井眼空間。這部分鉆井液流動時受到流動阻力的影響，使得井內鉆井液不能及時充滿這部分井眼空間，這樣，在鉆頭下方形成一抽汲空間，其結果是降低了有效的井底壓力。

2、激動壓力
     激動壓力產生于下鉆和下套管時，因為鉆柱下行，擠壓其下方的鉆井液，使其產生向上的流動。由于鉆井液向上流動時要克服流動阻力的影響，結果導致井壁與井底也承受了該流動阻力，使得井底壓力增加。

3、影響因素
激動壓力和抽汲壓力主要受以下因素影響：
1）管柱結構、尺寸以及管柱在井內的實際長度；
2）井身結構與井眼直徑；
3）起下鉆速度；
4）鉆井液密度、粘度、靜切力；
5）鉆頭或扶正器泥包程度。
因此，在起下鉆和下套管時，要控制起下速度，不要過快，在鉆開高壓油氣層和鉆井液性能不好時，更應注意。

六、井底壓力

     在鉆井作業中，始終有壓力作用于井底，主要來自于鉆井液的靜液壓力。同時，將鉆井液沿環空向上泵送時所消耗的泵壓也作用于井底，即循環鉆井液時的環空壓耗。其它還有侵入井內的地層流體的壓力、激動壓力、抽汲壓力、地面回壓等。井底壓力就是指地面和井內各種壓力作用在井底的總壓力。在不同作業情況下，井底壓力是不一樣的。
靜止狀態，井底壓力=靜液壓力
靜止狀態下，井底壓力主要由鉆井液的靜液壓力構成，鉆井液的靜液壓力主要受鉆井液密度和井內液柱高度的影響。油氣活躍的井，要注意井內流體長期靜止時，地層中氣體的擴散效應對井內流體密度影響，最終有可能影響井底壓力。另外，靜止狀態下，要監測井口液面，防止液柱高度下降影響井底壓力。

正常循環時，井底壓力=靜液壓力＋環空壓耗
井內流體循環時，環空壓耗會使井底壓力增加，過大的循環壓耗可能漏失；一旦停止循環，循環壓耗突然消失會使井底壓力下降，同樣影響井內的壓力平衡。
節流循環時，井底壓力=靜液壓力＋環空壓力損失＋節流閥回壓
節流循環除氣或壓井循環時，通過調節節流閥的不同開關程度，形成一定的井口回壓，保持井底壓力平衡地層壓力。
提鉆時，井底壓力=靜液壓力－抽汲壓力
由于抽汲壓力的影響，提鉆時的井底壓力會下降，導致很多井在正常鉆進時井底壓力能夠平衡地層壓力，而提鉆時發生溢流。因此，提鉆時要事先判斷并注意減小抽汲壓力的影響。
下鉆時，井底壓力=靜液壓力＋激動壓力
由于激動壓力的產生，使得下鉆時的井底壓力增大，雖不至于直接引發井控問題，但過大的激動壓力可能導致漏失，致使靜液壓力下降，從而引發井控問題。所以，下鉆時同樣要做好井控工作。
關井時，井底壓力=靜液壓力＋地面回壓
發生溢流后需及時關井，形成足夠的地面回壓，使井底壓力重新能夠重新平衡地層壓力。地面回壓作用于井口設備和整個井筒，因此要求井口設備具有足夠的承壓能力和密封性，地面回壓過高會破壞井筒的完好性，所以關井地面回壓并不是越大越好。
七、安全附加值

     在近平衡壓力鉆進中，鉆井液密度的確定，以地層壓力為基準，再增加一個安全附加值，以保證作業安全。因為在起鉆時，由于抽汲壓力的影響會使井底壓力降低，而降低上提鉆柱的速度等措施只能減小抽汲壓力，但不能消除抽汲壓力。因此，需要給鉆井液密度附加一安全值來抵消抽汲壓力等因素對井底壓力的影響。附加方式主要有兩種：

一是按密度附加，其安全附加值為：

      油水井：0.05～0.10g/cm3    氣井：0.07～0.15g/cm3

二是按壓力附加，其安全附加值為：

      油水井：1.5～3.5MPa           氣井：3.0～5.0MPa

       具體選擇安全附加值時，應根據實際情況綜合考慮地層壓力預測精度、地層的埋藏深度、地層流體中硫化氫的含量、地應力和地層破裂壓力、井控裝置配套情況等因素，在規定范圍內合理選擇。

八、壓差

井底壓力與地層壓力之差稱為壓差。按此方法可將井眼壓力狀況分為過平衡、欠平衡和平衡三種情況。過平衡（又稱正壓差），是指井底壓力大于地層壓力；欠平衡（又稱負壓差），是指井底壓力小于地層壓力；平衡，是井底壓力等于地層壓力的情況。通常所說的近平衡壓力鉆井是指壓差值在規定范圍內的過平衡壓力鉆井。
鉆井液對油氣層的傷害，不能單純以鉆井液密度的高低來衡量，而應以壓差的大小和鉆井液濾液的化學成分是否與油氣層匹配來鑒別。