第四章地层压力检测与地层破裂压力
《井下作业》第四章水力压裂技术
货源广、便于配制、价钱便宜。大型压裂中，压裂液是压裂施工费用中的主要组
成部分。速溶连续配制工艺大大方便了施工，减少了对液罐及场地的要求。
二、压裂液的类型
目前常用的压裂液有水基压裂液、酸基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液及泡沫压裂液
等。具有粘度高、摩阻低及悬砂能力好等优点的水基冻胶压裂液，已成为矿场主要使用的压
裂液
81
（ 一 ）水 基 压 裂 液
水基压裂液是用水溶胀性聚合物经交联剂交联后形成的冻胶。常用的成胶剂有植物胶、
纤维素衍生物以及合成聚合物；交联剂有硼酸盐、钛、锆等有机金属盐等。在施工结束后，
为了使冻胶破胶还需要加入破胶剂，常用破胶剂有过硫酸铵、高锰酸钾和酶等。
活性水压裂液
在水溶液中加入表面活性剂的低粘压裂液称为活性水压裂液。这种压裂液配制简单、成
第 四 章 水 力 压 裂 技 术
水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中， 在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层 产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在 支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到 增产、增注的目的。
施工资料统计出来的，破裂压力梯度值为：
。可以用各地区的破裂压力梯度的
大小估计裂缝的形态，一般认为 小于
时形成垂直裂缝，而大于
时
则是水平裂缝。因此深地层出现的多为垂直裂缝，浅地层出现水平裂缝的几率大。这是由于
浅地层的垂向应力相对比较小，近地表地层中构造运动也较多，水平应力大于垂应力的几率
也大。有时会碰到破裂压力梯度特高的地层，这可能是由于构造关系或岩石抗张强度特别大
地层压力
地层压力(formation pressure)是指由于沉积物的压实作用，地层中孔隙流体(油、气、水)所承受的压力，又称之孔隙流体压力(pore fluid pressure)或孔隙压力(pore pressure)。
正常压实情况下，孔隙流体压力与静水压力一致，其大小取决于流体的密度和液柱的垂直高度，凡是偏离静水压力的流体压力即称之为异常地层压力(abnormal pres．sure)，简称异常压力。
孔隙流体压力低于静水压力时称为异常低压或欠压，这种现象主要发现于某些致密气层砂岩和遭受较强烈剥蚀的盆地。
孔隙流体压力高于静水压力时称为异常高压或超压，其上限为地层破裂压力(相当于最小水平应力)，可接近甚至达到上覆地层压力。
地层压力分类常用的指标是地层压力梯度(单位长度内随深度的地层压力增量，单位为MPa／km)和压力系数(实际地层压力与静水压力之比)。
本文来自: 博研石油论坛详细出处参考/thread-27166-1-5-1.html压力系数：指实测地层压力与同深度静水压力之比值。
压力系数是衡量地层压力是否正常的一个指标。
压力系数为0.8~1.2为正常压力，大于1.2称高压异常，低于0.8为低压异常。
摘自《油气田开发常用名词解释》压力梯度：首先理解什么是梯度：假设体系中某处的物理参数(如温度、速度、浓度等)为w，在与其垂直距离的dy处该参数为w+dw，则其变化称为该物理参数的梯度，也即该物理参数的变化率。
如果参数为速度、浓度或温度，则分别称为速度梯度、浓度梯度或温度梯度。
当涉及到压力的变化率时，即为压力梯度。
区别之处就在于，压力系数为衡量地层压力是否正常的一个指标，压力梯度为压力的变化率。
压力系数就是实际地层压力与同深度静水压力之比。
压力梯度即地层压力随深度的变化率。
地层的压力系数等于从地面算起，地层深度每增加10米时压力的增量。
压力梯度是指地层压力随地层深度的变化率。
储集层的基本特征是具孔隙性和渗透性，其孔隙渗透性的好坏、分布规律是控制地下油气分布状况、油气储量及产量的主要因素。
地层破裂压力
第四节地层破裂压力一、地层破裂压力的重要性为了合理进行井身结构设计（套管层次、下入深度）和制定钻井施工措施，除了掌握地层压力梯度剖面外，还应了解不同深度处地层的破裂压力。
在钻井中，合理的钻井液密度不仅要略大于地层压力，还应小于地层破裂压力，这样才能有效地保护油气层，使高低压油气层不受钻井液损害，避免产生漏、喷、塌、卡等井下复杂情况，为全井顺利钻进创造条件，以获得高速、低成本、安全高效钻井。
地层破裂压力还是确定关井极限套压的重要依据之一。
二、影响地层破裂压力的主要因素地层的破裂压力首先取决于其自身的特性。
这些特性主要包括地层中天然裂缝的发育情况，他的强度（主要是抗拉伸强度）及其弹性常数（主要是泊松比）的大小。
地层中孔隙压力的大小也对其破裂压力有很大的影响。
一般来说，地层的孔隙压力越大，其破裂压力也越高。
从力学角度看来，地层的破裂是地层受力作用的结果，除了流体压力的作用外，也和地层中存在的地应力大小有很大的关系。
在地下埋藏着的岩层中，由于受其上方覆盖岩层的重力作用和构造运动的影响，作用着地应力。
这种地应力在不同的地区和不同的油田构造断块里是不同的。
通常，三个主方向上的地应力是不相等(如图1-4-1)。
即有：σx≠σy≠σz (4-1)1、上覆岩层压力图中σz表示上覆岩层压力（有时也用P0表示）,它是由深度H以上岩层的重力产生的。
如果地层孔隙压力是P p，则有σz＝σz′＋P p (4-2)式中，σz′称为“有效上覆岩层压力”。
它表示扣除孔隙压力的影响后，直接作用在岩层骨架颗粒上的应力。
也称为骨架应力。
2、水平地应力根据该地区有无受到构造运动的影响以及构造运动的形态，可将水平地应力分为三种情况。
(1)未受到地质构造运动扰动过的沉积较新的连续沉积盆地，属于水平均匀地应力状态。
其水平地应力只来源于上覆岩层的重力作用。
设地下岩层为各向同性，均质的弹性体，则根据地层在水平方向上的应变受到约束的条件可以导出：бx′=бy′=μ*бz′／（1－μ） (4-3)式中：бx′、бy′—水平方向的两个有效的主地应力，且有бx′＝бx－Pp (4-4)бy′＝бy－Pp (4-5)式中：бz′—有效地上覆岩层压力,MPaPp—孔隙压力,MPaμ—地层的泊松比，0<μ<0.5μ／（1－μ）—称为侧压系数由（4－3）可见，бz′>бx′=бy′(2)受到地质构造运动的影响，但构造力在水平各个方向上均相同。
破裂压力计算概述
破裂压力计算概述1引言1.1破裂压力概念地层破裂压力(P B)定义为使地层产生水力裂缝或张开原有裂缝时的井底压力,要实现水力加砂压裂的前提条件是应该有足够的地面泵压使井底目的层地层开裂。
实际生产中通常用破裂压力梯度G B(地层破裂压力P B与地层深度H的比值)表示破裂压力的大小,破裂压力梯度值G B一般由压裂实践统计得出。
地层破裂压力与岩石弹性性质、孔隙压力、天然裂缝发育情况以及该地区的地应力等因素有关。
在压裂施工中的地层破裂压力还可以这样来理解就是裂缝即将开启而未开启时的井底压力；在压裂施工作业中，如果起泵初期压力有比较明显的降落时，那么我们就可以确定出破裂压力来这一数值可用下面这一关系式来描述：地层破裂压力=裂施工作业初期的最高套管压力+层中部的液柱压力1.2破裂压力的获取途径水力压裂是油气井最常用的一种增产措施，而地层破裂压力是压裂设计和施工工艺的一项重要参数，确定该参数正确与否，将关系到能否保证压开地层等问题。
该参数的获取有两种途径：一是进行室内岩石力学实验或井场水力压裂施工；二是从测井资料中提取。
目前，用测井资料估算砂泥岩剖面地层破裂压力的方法与技术较为成熟。
由于碳酸盐岩地层原生孔隙很小，次生孔隙的发育使岩石的刚性大大减弱，并呈现出明显的非均质性与各向异性，同时不同的构造部位受构造应力作用的强度难以确定，最小水平主应力和岩体抗张强度的度量较难，造成用测井资料计算的地层破裂压力精度较低。
碳酸盐岩地层破裂压力与测井响应具有密切的关系。
利用能够反映碳酸盐岩地层基本特性和岩石力学性质的测井信息，预测碳酸盐岩地层的破裂压力是一种经济、简便的可靠途径。
1957年，Hubbert和Willis根据三轴压缩试验，首先提出了地层破裂压力预测模式即H-W模式。
到目前为止，国内外提出了许多预测地层破裂压力的方法。
比较常用的有Eaton法，Stephen法，黄荣樽法等。
1997年Holbrook发表了适于预测张性盆地裂缝扩展压力的一种方法。
地层破裂压力计算综述
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以确定地层破裂压 力的 系数 ，考虑 了井壁上应 力集 中的影响 ，及似定 无构造应 力，地层抗涨强度 为零 （ ０ 且取均匀水平应力 （ ＝ ） ＝ ） 条件下 ．并根据 当井 内液柱压力增大使井壁上有效Ｊ向应力由压缩状 ｆ 爿 态变 为零时开始起裂为条件 ，其模型为 ：
２ ， ｖ
ｐＢ Ｐｗ＋ Ｐｎ— ｐｒ Ｐｕ — ‘ １
（ ８） ｆ较新， ａｎ ｏ Ｉ 受构造运动影响较小的连续沉积盆地 ．其他情况效果欠佳 ． ． ．
（ ） ｎ ｅ ｏ 法 １ ７ 年Ａ ｄｒ ｎ ２ Ａ ｄｒ ｎ ｓ ９ ３ ｎ ｅ ｏ 等探 索从测 井资料 中获 得足 ｓ
学 术 研 讨
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地 层 破 裂压 力 计算 综述
常 菁 铉
（ 都理工大学能 源学院 ） 成 摘 要 地层破 裂压 力的预 测对于油气井的安全快速钻进 、完井、以及油气井的压裂增产措施都是很 重要 的 准确的掌握 破裂压 力 （ 梯度 １可以预 防漏、塌 、喷 、卡事故的发生．同时也是 制定泥浆方案，设计套管程序 ，确定套管下深的重要依据 目前 ，国内外 预测地层破裂压力的方法很 多，作者对其进行 了整理．方便根据情况对破 裂压力的求取
一
Ｐ 酉 ｚ Ｐ ／ ＋
或
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图 １ 泊 松 比与 泥 质 指 教 的 关 系
图中 ，地 层的泥质含量可 由下式确定 ：
（ 一 ） ＋
：
ｆ ６）
式中 ， ｐ 为地层破 裂压力； 为孔 隙压力．ＭＰ ； 为垂 向主应力 ｌ ａ 上覆岩 层 压力 Ｊ ，ＭＰ ； 为有效垂 向主应 力 （ ａ 有救上覆 岩层 压力，垂直的岩石骨架
地层压力-地层破裂压力-地层坍塌压力预检测
地层破裂压力和坍塌压力预测摘要地层破裂压力和地层坍塌压力是钻井工程设计的重要依据，对确定合理的钻井液密度和其他钻井参数有重要意义。
在参考了一些书籍和相关论文的基础上，对地层破裂压力和坍塌压力的预测方法做出了较为系统的总结。
地层破裂压力的预测主要有H-W模式和H-F模式，包括伊顿法、黄荣樽法、安德森法等；地层坍塌压力的预测主要基于井壁岩石剪切和拉伸破坏的原理。
关键词：破裂压力；坍塌压力；预测第一章前言地层破裂压力是指使地层产生水力裂缝或张开原有裂缝时的井底流体压力。
它是钻井和压裂设计的基础和依据。
如何准确地预测地层破裂压力，对于预防漏、喷、塌、卡等钻井事故的发生及确保油气井压裂增产施工的成功有着重要的意义。
地层坍塌压力是指随着钻井液密度的降低，井眼围岩的剪应力水平不断提高，当超过岩石的抗剪强度时，岩石发生剪切破坏时的临界井眼压力。
它的确定对于确定合理的钻井液密度和钻井设计及施工有重要意义。
地层三项压力研究历史及发展现状：✧八十年代以前，地层孔隙压力以监测为主，地层破裂压力预测处于经验模式阶段，如马修斯-凯利模式、伊顿模式等。
没有地层坍塌压力的概念。
✧八十年代，提出了地层坍塌压力的概念，从理论上对地层三个压力进行了公式推导。
✧九十年代以来，一般根据岩石力学的基本原理由地应力和地层的抗拉强度预测地层的破裂压力，进入实用技术开发阶段。
目前，地层三项压力预测技术已经得到广泛的重视，也从各个方面对其进行了研究和应用：●室内实验研究方法（研究院）●地震层速度法（石大北京）●常规测井资料法（华北钻井所、石大）●页岩比表面积法（Exxon)●人造岩心法(Norway)●岩屑法(Amoco、石油大学）●LWD、SWD法（厂家）●经验模式法（USA)第二章 地层三项压力预测机理2.1 地应力模型1、各向同性模型利用电缆地层测试或压力恢复测试资料，在不考虑构造应力影响情况下，各向同性模型计算水平应力公式为：()p p b x P P P PR PR αασ+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=01（2-1） 式中：PR — 泊松比；Pob — 上覆岩层压力；Pp — 孔隙流体压力；α — Biot 常量。
第四章 地层破裂压力
二、地层破裂压力实验
（一）目的 1、确定最大允许使用钻井液密度 2、实测地层破裂压力。 3、确定允许关井套压。
（二）步骤
1、井眼准备---钻开套管鞋以下第一个砂层后， 循环钻井液，使钻井液密度均匀稳定。
• 解：A. Pf=0.0０98*1.45*2000+10
•
=29+10 =39(MPa)
•
B. Gf=Pf/H=39/2000
•
=0.0195(MPa/M)
• Ｃ．３９－ 0.0０98*1.5*2000＝９
图3--13
pf
练习题：
• 已知：某井套管鞋以下第一个砂层，套 鞋深2000米，泥浆密度为1.45g /cm3，当破 裂压力实验时套压为10MPa时地层破裂。
求：A、井深2000米处地层破裂压力
B、地层破裂压力梯度 C、若下一地层用泥浆密度１．５ g /cm3， 钻进，则最大允许关井套压是多少？
2、上提钻具，关封井器。 3、以小排量,一般以0.8--1.32L / s的排量缓慢 向井内灌入钻井液。
4、记录不同时间（5—10分钟）的注入量和 立管压力。
5、一直到井内压力不再升高并有下降(地层 已经破裂漏失),停泵,记录数据后,从节流阀泄 压。
6、从直角坐标内做出注入量和立管压力的关 系曲线。
注意事项；
1、实验压力不应超过地面设备、套管的承压能力。
2、在钻进几天后进行液压实验时，可能由于岩屑堵 塞了岩石孔隙，导致实验压力很高，这是假象，应注 意。
3、液压实验只适用于砂、页岩为主的地区，对于石
灰岩、白云岩等地层的液压实验尚待解决。
4、在现场作破试时求出漏失压力即可。
4.2地层压力测试
p dc
lg( 3.282) NT
lg( 0.0684w) D
n
m
• 式中Pn一正常压力层段地层水密度(一般取1.0-1.07)，g/cm3; Pm一在用钻井液密度，g/cm3。
• 在正常地层压力情况下，随着井深的增加，机械钻速Vm逐 渐降低，dc指数变大
• 当进入异常高压地层时，井底压差减小，机械钻速增加， 相应的dc指数就会减小，
2) dc指数法
正常地层在其上覆岩层压力的作用下，随埋藏深度的增加，泥岩
页岩的压实程度相应地增加，地层孔隙度减小，钻进时的机械钻速
降低。而当钻遇到异常高压层时，由于高压地层欠压实，孔隙度增
大，因此，机械钻速相应地升高。利用这一规律可及时地发现异常
高压地层，并根据钻速升高的多少来评价地层压力的高低，这就是
2、地层漏失压力试验
有些井只需进行地层漏失压力试验即可满足井控要求。试验方法 同破裂压力试验类似。当钻至套管鞋以下第一个砂岩层时，用 水泥车进行试验。
试验前确保井内钻井液性能稳定，上提钻头至套管鞋内并关闭防 喷器。试验时缓慢启动泵，以小排量(0.8~1.32l/s)向井内注入钻 井液，每泵入80升钻井液(或压力上升0.7MPa)后，停泵观察5分 钟。如果压力保持不变，则继续泵入，重复以上步骤，直到压 力不上升为止。
地层破裂压力实验图说明
地层破裂压力试验方法一、地层破裂（漏失）压力概念二、确定地层破裂压力的方法三、地层试漏曲线分析四、地层破裂（漏失）压力计算五、地层破裂（漏失）压力试验目标一、了解地层破裂（漏失）压力概念，会分析地层试漏曲线。
二、掌握地层破裂（漏失）压力试验方法及步骤及曲线绘制。
三、掌握地层破裂（漏失）压力及允许关井套压计算方法。
地层破裂压力是指某一深度地层发生破碎和裂缝时所能承受的压力。
当达到地层破裂压力时，地层原有的裂缝扩大延伸或无裂缝的地层产生裂缝。
一、地层破裂压力一般情况(遵循压实规律)下，地层破裂压力随着井深的增加而增大。
在钻井时，钻井液柱压力的下限要保持与地层压力相平衡，实现压力控制。
而其上限则不能超过地层的破裂压力，以避免压裂地层造成井漏。
一、地层破裂压力地层漏失压力是指某一深度的地层产生钻井液漏失时的压力。
对于正常压力的高渗透性砂岩、裂缝性地层以及断层破碎带处，往往地层漏失压力比破裂压力小得多，而且对钻井安全作业危害很大。
一、地层漏失压力习惯上以地层漏失压力作为确定井控作业的关井压力依据。
这样更加趋于安全。
一、地层漏失压力1、预测法——应用经验公式预测地层破裂压力，作为钻井设计的依据。
2、验证法——在下套管固井后，必须进行试漏试验，以验证预测的破裂压力。
二、确定地层破裂（漏失）压力的方法在做地层破裂压力试验时，在套管鞋以上钻井液的静液压力和地面回压的共同作用下，使地层发生破裂而漏失1、漏失压力（PL）从图中可以看到：一开始，立压变化几乎与注入量成一直线关系，这说明井下尚无漏失现象。
但从L点发生转折，试验曲线偏离直线，呈曲线变化，但压力继续上升。
表明此时地层的骨架颗粒开始分离，但未形成裂缝，钻井液开始漏失（但漏速小于注入量）。
试验曲线偏离直线的点，是地层开始漏失的点，这时地层所承受的压力称为地层漏失压力。
三、典型试漏曲线分析2、破裂压力（PF）从图中可以看到：从L点发生转折后，呈曲线变化，但压力仍继续上升，至最大峰值F点后下降，这时地层破裂，形成裂缝，钻井液向裂缝中漏失（漏速大于注入量），其后压力将下降。
国内外破裂压力计算方法
破裂压力计算概述1引言1.1破裂压力概念地层破裂压力(PB)定义为使地层产生水力裂缝或张开原有裂缝时的井底压力,要实现水力加砂压裂的前提条件是应该有足够的地面泵压使井底目的层地层开裂。
实际生产中通常用破裂压力梯度GB (地层破裂压力PB与地层深度H的比值)表示破裂压力的大小,破裂压力梯度值GB一般由压裂实践统计得出。
地层破裂压力与岩石弹性性质、孔隙压力、天然裂缝发育情况以及该地区的地应力等因素有关。
在压裂施工中的地层破裂压力还可以这样来理解就是裂缝即将开启而未开启时的井底压力；在压裂施工作业中，如果起泵初期压力有比较明显的降落时，那么我们就可以确定出破裂压力来这一数值可用下面这一关系式来描述：地层破裂压力=裂施工作业初期的最高套管压力+层中部的液柱压力1.2破裂压力的获取途径水力压裂是油气井最常用的一种增产措施，而地层破裂压力是压裂设计和施工工艺的一项重要参数，确定该参数正确与否，将关系到能否保证压开地层等问题。
该参数的获取有两种途径：一是进行室内岩石力学实验或井场水力压裂施工；二是从测井资料中提取。
目前，用测井资料估算砂泥岩剖面地层破裂压力的方法与技术较为成熟。
由于碳酸盐岩地层原生孔隙很小，次生孔隙的发育使岩石的刚性大大减弱，并呈现出明显的非均质性与各向异性，同时不同的构造部位受构造应力作用的强度难以确定，最小水平主应力和岩体抗张强度的度量较难，造成用测井资料计算的地层破裂压力精度较低。
碳酸盐岩地层破裂压力与测井响应具有密切的关系。
利用能够反映碳酸盐岩地层基本特性和岩石力学性质的测井信息，预测碳酸盐岩地层的破裂压力是一种经济、简便的可靠途径。
1957年，Hubbert和Willis根据三轴压缩试验，首先提出了地层破裂压力预测模式即H-W模式。
到目前为止，国内外提出了许多预测地层破裂压力的方法。
比较常用的有Eaton法，Stephen法，黄荣樽法等。
1997年Holbrook发表了适于预测张性盆地裂缝扩展压力的一种方法。
地层破裂压力和地层坍塌压力预测新算法
地层破裂压力和地层坍塌压力预测新算法地层岩石作为一种多孔两相固体物质，其应力分析与普通单相固体物质是有区别的，但是，在我们目前所使用的地层岩石应力分析模型、理论中，都有意或无意地使用了单相固体应力分析的方法。
为了分析两者的区别，在这里我们首先引入有效应力的概念。
有效应力的概念是由李传亮老师首先提出来的，该理论认为岩石由两个有效应力：本体有效应力和结构有效应力。
本体有效应力决定岩石的本体变形，结构有效应力决定岩石的结构变形。
p s P .1Φ+-=σφσ）（ (1)p s P P .)1(eff φσσφσ-=-= （2）p c c c P .1φσφσ+-=）（ (3) p c c c s P .)1( eff φσσφσ-=-= （4）式中：σ——上覆地层压力；s σ——岩石骨架应力； c σ——岩石接触应力；eff P σ——岩石本体有效应力；eff s σ——岩石结构有效应力；φ——岩石孔隙度；c φ——岩石触点孔隙度；（φ=c φ）P p ——岩石空隙流体压力。
有效应力通过孔隙度把普通材料和多孔介质统一起来了，有效应力计算公式中的孔隙度反映了孔隙压力对有效应力的贡献权值。
在地应力分析中，我们所指的应力是结构有效应力。
（1）借助结构有效应力公式，我们首先分析在非均匀地应力作用下井眼周围周向结构有效应力和径向结构有效应力分布规律。
θφσφσφσφσσθ2cos )31(2).().()1(2).().(4422rr p p r r p p wp c h p c H w p c h p c H eff s +---++-+--=（5）式中：θσeff s ——距井轴r 距离并与H σ按逆时针方向成θ角处的周向结构有效应力。
p C p C b H P P P A .).)(1(0φφμμσ+-+-= （6）p C p C b h P P P B .).)(1(0φφμμσ+-+-= （7）μ——岩石泊松系数；A ，B ——构造应力系数（构造应力系数对于不同的地质构造是不同的，但在统一构造断块内部，它是一个常数，且不随地层深度变化）；P P ——地层孔隙流体压力； bP 0——上覆地层压力。
石油钻井地破压力实验步骤
用液压试验测定地层破裂压力的方法步骤
钻开套管鞋以下第一个砂层，一般钻进3—5m，最多钻进lOm新地层。
(1)循环调整钻井液性能，保证钻井液密度均匀，上提钻头至套管鞋内，关闭防喷器。
(2)缓慢启动泥浆泵，或使用专用试压泵，以0.66—1.32升/秒的排量向井内注入钻井液。
(3)按一定的时间间隔记录注入量和立管压力。
并作出地层破裂压力试验曲线图。
(4)从图上确定漏失压力PL、破裂压力PR和传播压力Pro的值。
PL——开始偏离直线之点的压力(MPa)。
PR——最大压力点的压力(MPa)。
Pro——压力趋于平缓点的压力(MPa)。
(5)确定地层破裂压力梯度。
根据漏失压力PL值计算压力梯度。
Gf=O.0098ρm+PL／H
(6)确定最大允许钻井液密度。
ρmax=ρm+102PL/H-Sf
式中：ρmax——最大允许钻井液密度(g／cm3)。
ρm——原钻井液密度(g／cm3)。
H——测试井深(m)。
PL——漏失压力(MPa／m)。
Gf——破裂压力梯度(MPa／m)。
Sf——安全附加系数，表层取O.06g／cm3，技术套管取0.12g／cm3。
第四章地层压力检测与地层破裂压力
图3--8
第四章地层压力检测与地层破裂压力
（2）dc指数法
dc指数法：dc指数法是通过分析钻进动 态数据来检测地层压力的一种压力方法。 动态数据中主要是钻速、大钩载荷、转 速、扭矩以及钻井液参数。
第四章地层压力检测与地层破裂压力
3、钻进后检测地层压力
1）声波时差法：
例 如图3-4 所示，设4000米处为正常压力，水的 密度1.02g /cm3,气的密度为0.0959g /cm3,则4000 米处的压力
P4000=9.811.02 4000 =40MPa
则308-9.8(0.095)(4000-3000)=39.08Mpa
第四章地层压力检测与地层破裂压力
第四章地层压力检测与地层破裂压力
2)构造运动
构造运动是地层自身的运动。它引起各地层 之间相对位置的变化。由于构造运动，圈闭 有地层流体的地层被断层、横向滑动、褶皱 或侵入所挤压。促使其体积变小，如果此流 体无出路，则意味着同样多的流体要占据较 小的体积。因此,压力变高。如图3-2所示。
第四章地层压力检测与地层破裂压力
技术套管以下:mmax=mf-0. 12g /cm3。
第四章地层压力检测与地层破裂压力
最大允许关井套压与井内钻井液密度 的关系
地层最大破裂压力MPa
5
M
表示钻井液密度为1.4最大允许 关井套压为5MPa
1.4 最大破裂压力当量钻井液密度
第四章地层压力检测与地层破裂压力
注意事项；
1、实验压力不应超过地面设备、套管的承压能力。 2、在钻进几天后进行液压实验时，可能由于岩屑堵 塞了岩石孔隙，导致实验压力很高，这是假象，应注 意。
第四章地层压力检测与地层破裂压力
地层压力
地层压力一、基本概念1、静液压力：是由钻井液柱重量引起的压力。
2、地层压力：是指作用在岩石孔隙内流体（油气水）上的压力，也称为地层孔隙压力。
3、上覆地层压力：指覆盖在地层以上的地层基质（岩石）和孔隙中流体（油气水）的总重量造成的压力。
4、破裂压力：在井中一定深度处的地层，其承受压力的能力是有限的，当压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层的破裂压力。
5、压力系数：是地层原始压力与同一深度地层水静水柱压力的比值(实际仍是当量密度，只是去掉密度量纲)。
6、当量钻井液密度：某深度处的钻井液液柱压力（包括循环阻力和波动压力等）等于该深度的地层压力时的钻井液密度(ECD=101.97＊压力梯度)7、静水压力（Hydrostatic Pressure）：指单位液体重量与静液柱垂直高度的乘积。
ph = (g*ρ*H )/1000 ≈ (ρ*H)/1000ph------ 静水压力 Mpag ------ 重力加速度 9.81m/s2ρ ------ 钻井液密度 g/cm3H ------ 垂深 m8、静水压力梯度（HydrostaticPressureGradient）：静水压力梯度是指每单位深度上静水压力的变化量。
Hpg = ph/H ≈ ρ*g/1000Hpg ------ 静水压力梯度 MPaρ ------ 单位体积质量 g/cm3体积密度法：Hpg =（103* ph）/g*H9、地层孔隙压力（Pore Pressure）：指作用地岩石孔隙中流体上的压力。
对于现场计算，孔隙压力与流体液柱的密度及垂直深度有关pf = (ρf*g*H)/1000pf ------- 地层孔隙压力 MPaρf ------- 地层流体密度 g/cm310、地层孔隙压力梯度（ Pore Pressure Gradiet）：指单位深度上地层孔隙压力的变化量。
pfg = pf/H ≈ ρf*g/1000体积密度法：pfg =（103* pf）/g*H孔隙压力梯度等于或接近于静水压力梯度时称为正常孔隙压力梯度；低于静水压力梯度时称为低压力异常孔隙压力梯度，简称低压力异常。
地层破裂(漏失)压力试验
试验原理概述
地层破裂(漏失)压力试验是通过向地 层施加压力，观察地层发生破裂或漏 失时的压力变化，从而获取地层的破 裂压力和漏失压力。
地层破裂(漏失)压力试验广泛应用于 石油、天然气、水文地质等领域，为 油气田开发、地下水资源评估等提供 重要的地质参数。
试验目的
确定地层的破裂压力和漏失压 力，为钻井、完井和采油工程 提供重要参数。
评估地层的稳定性，预测地层 可能出现的破裂和漏失风险， 为钻井、完井和采油工程提供 安全保障。
了解地层的渗透性和流体流动 能力，为油藏工程提供基础数 据，优化油田开发方案。
02
地层破裂(漏失)压力试验原理
破裂压力与漏失压力的定义
破裂压力
地层破裂时所需的压力，通常是 指地层孔隙、裂缝或矿物晶体发 生破裂时所承受的压力。
漏失压力
地层发生漏失时所需的压力，即 流体通过地层孔隙、裂缝或矿物 晶体发生流动时所承受的压力。
破裂压力与漏失压力的关系
破裂压力通常大于漏失压力，因为地 层在发生破裂之前，其孔隙、裂缝或 矿物晶体已经具有一定的连通性，允 许流体流动。
试验过程中，需要记录地层在不同压 力下的变化情况，如孔隙水压、裂缝 开度等，以评估地层的物理性质和潜 在的工程地质问题。
03
试验设备与材料
试验设备
01
02
03
04
压力表
用于测量地层破裂时的压力， 确保精度和稳定性。
试验管
用于模拟地层，通常由耐压、 耐腐蚀的材料制成。
连接器
用于将试验管连接在一起，保 证密封性和压力传递的准确性
确定试验目的
明确试验的目标，是为了测定地层的破裂压 力还是漏失压力。
地层破裂(漏失)压力试验
四、地层破裂压力试验 注意事项
1、实验压力不应超过地面设备、套管的承压能力。
2、在钻进几天后进行液压实验时，可能由于岩屑堵
塞了岩石孔隙，导致实验压力很高，这是假象， 应注意。 3、液压试验只适用于砂、页岩为主的地区，对于石 灰岩、白云岩等地层的液压实验尚待解决。
五、现场地层漏失压力试验
试漏前的准备
=11.512+0.00981×1.2×1206 =25.709MPa 最大允许关井套压：Pamax=PL－0.00981ρ用H试 ＝25.709－0.00981×1.2×1206 ＝11.512MPa Pamax＝PCL－0.00981（ρ用－ρ试） H试 ＝11.512－0.00981（1.2－1.2）×1206 ＝11.512MPa
1、预测法——应用经验公式预测地层破裂
压力，作为钻井设计的依据。
2、验证法——在下套管固井后，必须进行 试漏试验，以验证预测的破裂压力。
二、确定地层破裂（漏失）压力的方法 DPSIP
CSIP
在做地层破裂压 力试验时，在套管鞋 以上钻井液的静液压 力和地面回压的共同 作用下，使地层发生 破裂而漏失
疏松地表层
1.00 1.02 1.04 1.06
1.08 1.10 1.12 1.14
1.16 1.18 1.20 1.22
图 3—11 漏失压
五、现场地层漏失压力试验
五、现场地层漏失压力试验
五、现场地层漏失压力试验
某井试漏时井深1206米，泵排量16.35升∕冲，钻井液密度 1.20克∕厘米3
累计泵冲 5 10 立压（kPa) 836 2991 累计泵冲 45 50 立压（kPa) 14986 15015
15
20 25 30 35
地层压力检测技术
THANKS
谢谢您的观看
05
地层压力检测技术的发展趋势与展望
提高检测精度和可靠性
采用高精度传感器和数据采集技术
利用先进的传感器和数据采集技术，能够更准确地测量地层压力的变化，提 高数据的可靠性和精度。
实现实时监测与数据传输
通过实时监测地层压力变化并即时传输数据，可以更快速地获取地层压力信 息，提高检测的时效性和准确性。
地层压力检测技术
xx年xx月xx日
contents
目录
• 地层压力检测技术概述 • 地层压力检测技术分类 • 地层压力检测技术的工作原理 • 地层压力检测技术的优缺点分析 • 地层压力检测技术的发展趋势与展望 • 地层压力检测技术应用案例分析
01
地层压力检测技术概述
定义与重要性
定义
地层压力检测技术是一种地球物理学方法，通过测量地球内 部的地层压力状态，研究地球内部的结构、组成和动力学过 程。
03
地层压力检测技术的工作原理
直接地层压力检测技术的工作原理
直接测量
通过在地层中直接安装压力传感器，测量地层中的压力变化，以确定地层的 压力状态。
井下钻取
通过钻取地层样本，测量样本的密度和弹性性质等参数，推算地层的压力状 态。
间接地层压力检测技术的工作原理
声波测井
通过测量声波在地层中的传播速度和幅度，推断地层的压力状态。
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泥浆密度
四、地层破裂压力
1 概念
地层破裂压力pf是指某一深度地层发生破碎 和裂缝时所能承受的压力。 地层破裂压力梯度Gf是指每单位深度增加的 破裂压力值。 2 地层破裂压力梯度计算公式：
Gf P H f 0.0098 MF
地层破裂压力实验目的：
1、确定最大允许使用钻井液密度 2、实测地层破裂压力。 3、确定关井最高套压。
2、钻进中检测地层压力
(1)页岩密度法 (2)dc指数法
（1）页岩密度法：
在钻进中，取页岩井段返出的岩屑，测其 密度，做出密度与深度的关系曲线，通过 正常压力地层的密度值画出正常趋势线。 偏离正常趋势线的点，即压力异常点。开 始偏离的部分即为过渡带的顶部。
图3--8
（2）dc指数法
dc指数法：dc指数法是通过分析钻进动 态数据来检测地层压力的一种压力方法。 动态数据中主要是钻速、大钩载荷、转 速、扭矩以及钻井液参数。
二、异常压力的区分及形成的机理
1、区分 2、异常压力形成机理
压实运用： 密度差作用： 构造运动： 流体运移： 成岩作用： 其它原因：
二、异常压力的区分及形成的机理
1、区分：若设正常地层压力时地层水密度为 n，则地 层压力当量密度e ，
当e = n时，等于1.00-1.07g/cm3为压力正常; <n时，小于1.0g/cm3为异常低压。
图3-3粘土成岩中形成的异常高压
28页
4)密度差的作用
当存在于非水平构造中的孔隙流体的密 度比本地区正常孔隙流体密度小时,则在构 造斜上部，可能会形成异常高压。如图3-4 所示
图3-4由于地层流体密度差形成的异常压力
例 如图3-4 所示，设4000米处为正常压力，水的 密度1.02g /cm3,气的密度为0.0959g /cm3,则4000 米处的压力
见图3-1
图3-1地层压力异常 23 正常孔隙压力
1）压实作用：
随着埋藏深度的增加和温度的增加，孔隙 水膨胀，而孔隙空间随地静载荷的增加而缩小。 因此，只有足够的渗透通道才能使地层水迅速 排出，保持正常的地层压力。如果水的通道被 堵塞或严重受阻，增加的上覆岩层压力将引起 孔隙压力增加至高于水静压力，孔隙度亦将大 于一定深度时的正常值。
三、检测地层压力的方法
检测异常地层压力的原理是依据压 实理论：随着深度的增加，压实程度增 加，孔隙度减小。
1、钻井前预测地层压力。 2、钻进中检测地层压力。 3、钻进后检测地层压力。
1、 钻井前预测地层压力
预测地层压力可有两种方法：
（1）参考邻井资料
邻井的电测数值能够很准确的反映出各个地层 深度 的地层压力数值，这是最好的参考资料，大多 数新井钻井过程中的高压层位置都是与邻井电测资 料进行对比得到的。在钻进中可以按邻井的高压层 压力值适当的调整钻井液密度，实施近平衡钻井。
P4000=9.811.02 4000 =40MPa
则3000米处的压力
p3000=40024.8-9.8(0.095)(4000-3000)=39.08Mpa
5）流体运移作用
从深层油藏向上部较浅层运动的流体可以导致浅层 变成异常压力层。这种情况叫做浅层充压。 如图3-5
6）形成异常高压的其它原因 地面剥蚀； 注水；
盐丘体侵 入形成的 异常高压
原始压力型 异常高压
3）粘土成岩作用
成岩指岩石矿物在地质作用下的化学变化。 页岩和灰岩经受结晶结构的变化，可以产生异 常高的压力。有异常压力，必有上覆压力密封 层。如石膏（caso4 2H2O）将放出水化水而变 成无水石膏（caso4 ）它是一种特别不渗透的蒸 发岩，从而引起其下部异常高压沉积。如图33 所示。
2)构造运动
构造运动是地层自身的运动。它引起各地层 之间相对位置的变化。由于构造运动，圈闭 有地层流体的地层被断层、横向滑动、褶皱 或侵入所挤压。促使其体积变小，如果此流 体无出路，则意味着同样多的流体要占据较 小的体积。因此,压力变高。如图3-2所示。
图3-2构造运动形成的异常压力
断层形成的 异常高压
（2）参考地震资料
在正常压力地层，随着岩石埋藏深度的增加，上 面的岩石压力逐渐增加，地层孔隙度逐渐减小， 这就使地震波的传播速度随岩石埋藏深度的增加 而成正比的增加。当地震波到达高压油气层时， 由于高压油气的存在，使地层孔隙度增加，使地 震波传播的速度随之下降。人们可以根据地震波 在高压油气层中传播速度的减小值来确定高压层 的压力值。
1.4 最大破裂压力当量钻井液密度
实验步骤
1、井眼准备---钻开套管鞋以下第一个砂 层后，循环钻井液，使钻井液密度均匀 稳定。
2、上提钻具，关封井器。 3、以小排量,一般以0.8--1.32L / s的排量 缓慢向井内灌入钻井液。
4、记录不同时间的注入量和立管压力。 5、一直注到井内压力不在升高并有下降 (地层已经破裂漏失),停泵,记录数据后,从 节流阀泻压。
第四章 地层压力检测
一、压力检测的目的及意义
1、异常压力检测和定量求值指导和决定着油气勘 探、钻井和采油的设计与施工。
2、对钻井来说，它关系到高速、安全、低成本的 作业甚至钻井的成败。
3、只有掌握地层压力，地层破裂压力等地层参数， 才能正确合理的选择钻井液密度，设计合理的井
身结构。 4、更有效地开发、保护和利用自然资源。
3、钻进后检测地层压力
1）声波时差法：
原理：声波测 井记录的纵向 声波速度是孔 隙度和岩性的 函数。如图3-11所示。
由图可见：在正常压力地层， 随井深的增加，地层孔隙度 减小，使声波传播速度加快， 当声波到达油气层时，传播 速度减小
2)利用电阻率评价地层压力
原理：不同地层的电阻率不同。正常情况下，随着地 层的加深，岩石孔隙度减小，电阻率减小。如图3--12
6、从直角坐标内做出注入量和立管压力 的关系曲线。如图3--13
确定最大允许钻井液密度mmax 则表层套管以下:mmax=mf-0.06g /cm3,
技术套管以下:mmax=mf-0. 12g /cm3。
最大允许关井套压与井内钻井液密度 的关系
地层最大破裂压力MPa
5
M
表示钻井液密度为1.4最大允许 关井套压为5MPa