間隙水圧勾配

間隙水圧勾配は、掘削技術者や泥水技術者が、地中に石油やガスの井戸を掘削（建設）するための掘削計画を設計する際に使用する次元的な岩石物理学用語です。これは、地表から全深度（TD）までの岩石柱の孔隙空間内の圧力勾配であり、深海における海水の圧力勾配と比較したものです。

掘削工学では、間隙水圧勾配は通常、API タイプの国際掘削業者協会 (IADC) の物理測定単位、つまり「psi/フィート」で表現されますが、「純粋数学」では、数学表記 grad( f )で表されるスカラー関数の勾配には、物理​​単位が関連付けられていない場合があります。

よく知られている式では

P = 0.052 * 泥の重量 * 真の垂直深度

世界中のほぼすべての石油工学コースで教えられているように、泥重量 (MW) は米ガロンあたりのポンドで表され、真垂直深度 (TVD) はフィートで表され、0.052 は次元解析によって導き出される一般的な変換定数です。

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

lb/gal の値を 0.052 倍するよりも 19.25 で割る方が正確です。0.052 倍することによって生じる誤差の大きさは約 0.1% です。

例: 21,000フィートの垂直ケーシング井の上から下まで（垂直孔）静水圧で静止している、1ガロンあたり8.33ポンド（lb/US gal）の淡水柱の場合、圧力勾配は次のようになります。

grad( P ) = 圧力勾配 = 8.33 / 19.25 = 0.43273 psi/ft

そして、底部静水圧（BHP）は

BHP = TVD * grad( P ) = 21,000 * 0.43273 = 9,087 psi

しかし、地層流体の圧力（間隙水圧）は通常、淡水柱よりもはるかに高く、19 lb/US gal（イランなど）にも達することがあります。21,000 フィートの深さに露出したオープンホール区間を持つ陸上の垂直井では、間隙水圧勾配が 19 lb/US gal の場合、BHP は次のようになります。

BHP = 細孔圧力勾配 * TVD = 21,000 * 19 / 19.25 = 20,727 psi

坑底圧力と静的流体柱によって誘発される圧力の計算は、石油およびガス井の噴出を防止するために世界中で教えられているすべての坑井制御コースで最も重要かつ基本的な計算です。

上記の数値を使用して、沖合油井のさまざまな深さでの最大圧力を計算できます。

塩水は0.444 psi/ftです(淡水より 2.5% 高くなりますが、これは一般的ではなく、水中の塩分濃度によって異なります)
 岩石内の間隙水圧は深さ1フィートあたり1.0psi（19.25ポンド/ガロン）
にも達する可能性がある。

5,000 フィートの海水と 15,000 フィートの岩石がある井戸では、底部の表土圧力が17,220 psi (5000 * 0.444 + 15000 * 1.0) にも達する可能性があります。この圧力は、ライザー パイプの石油とガスの重量によって表面で軽減されますが、これは全体のわずかな割合にすぎません。圧力がこれほど高い場合、井戸を制御するには、底部に重い泥 (掘削液) を挿入する必要があります。