地层孔隙压力与破裂压力的计算方法
地层压力专业知识
使用c指数法旳注意事项
泥浆密度旳拟定.在计算c 指数和地层压力 时,应采用井底压力当量泥浆密度. 钻遇压力过渡带时,为防止不久钻遇高压过 渡带,往往把vh钻压转K速e P降N低,已达到减慢钻速 旳目旳.在这种情况下,用' c指a 数法监测地层 压力需要对机械钻速加以校正,修正公式如 下: 当泥浆密度较底时,c值对地层压力变化很 敏感,只要地层压力稍有变化,C值变化很大.
1.声波测井法
地层声波时差与孔隙度旳关系
t tma
t f tma
式中 φ-- 岩石孔隙度,%；
Δt--岩层声波时差测量值，μs/m； Δtma --岩层骨架声波时差，μs/m；
Δtf--岩层孔隙中旳流体声波时
差,μs/m 。
地层声波时差与孔隙度在正常压实旳地层 中旳相同公式：
t t0ecH
式中 A--系数； W--井底压力,KN； N--转速,r/min； R--钻速,m/h； ΔBBLSTiP--t-h----钻钻井-地头头底层直类压岩径型差性；,,mM；；pa； HEyfdf----水钻利头原磨因损；原因。
(2)对公式可作进一步简化得
RS
A
W N R (Bs )r3
(
Ed
)
r1
岩石强度法 dc 指数法预测值一实测值对比
实测压力梯
岩石强度法
Dc 指数法
度当量密度 压力梯度
误差 压力梯度 误差
(g/cm3)
(g/cm3)
(%)
(g/cm3)
(%)
1.56
1.59
1.92
1.46
6.41
1.83
1.86
1.64
1.61
12.02
1.81
现场地层压力计算
六、地层压力计算1、地层孔隙压力与压力梯度(1)地层孔隙压力式中,P p—-地层孔隙压力(在正常压实状态下,地层孔隙压力等于静液柱压力),MＰａ;ρf-—地层流体密度,g/cｍ3;g—-重力加速度,9、81ｍ/s2;H—-该点到水平面得重直高度(或等于静液柱高度),ｍ、在陆上井中,H为目得层深度,起始点自转盘方钻杆补心算起,液体密度为钻井液密度ρm,则,式中,p h——静液柱压力,MＰa;ρm—-钻井液密度,ｇ／cｍ3;H-—目得层深度,m;ｇ——重力加速度,9.81m/s2。
在海上钻井中,液柱高度起始点自钻井液液面(出口管)高度算起,它与方补心高差约为0、6～3、3m,此高差在浅层地层孔隙压力计算中要引起重视,在深层可忽略不计。
(２)地层孔隙压力梯度式中Ｇp—-地层孔隙压力梯度,ＭPa/m、其它单位同上式。
２、上覆岩层压力及上覆岩层压力梯度(１)上覆岩层压力式中 P o-—上覆岩层压力,ＭPa;Ｈ-—目得层深度,m;Φ——岩石孔隙度,%;ρ——岩层孔隙流体密度,g／cｍ３;ρｍ—-岩石骨架密度,ｇ/cm3。
(2)上覆岩层压力梯度式中,G o--上覆岩层压力梯度,ＭPａ/ｍ;P o——上覆岩层压力,MPａ;H——深度(高度),m。
(3)压力间关系式中,Pｏ-—上覆岩层压力,ＭＰa;P p—-地层孔隙压力,MPa;σｚ--有效上覆岩层压力(骨架颗粒间压力或垂直得骨架应力),MPａ。
3、地层破裂压力与压力梯度(1)地层破裂压力(伊顿法)式中, Pｆ-—地层破裂压力(为岩石裂缝开裂时得井内流体压力),MPa;μ——地层得泊松比;σz—-有效上覆岩层压力,MPａ;P p——地层孔隙压力,MPa。
或式中,P f——地层破裂压力。
ＭPa;Pｈ——液柱压力,MPa;P试——试验时地层破裂时得立管压力,MＰa。
(２)破裂压力当量密度式中,ρf-—破裂压力当量密度,g/cm3;ρm——试验时所用钻井液密度,g/cm３;ＰL—-试验时地层漏失压力,ＭPａ;H——裸眼段中点井深,ｍ。
地层孔隙压力
在等效深度处，d指数相等
PP—所求深度的地层压力，MPa； H—所求地层压力点的深度，m； G0—上覆地层压力梯度，MPa/m； HE—等效深度，m； Gn—等效深度处的正常地层压力梯度，MPa/m。
地层压力计算步骤
钻井参数录入
钻速、钻压、转速、地层水密度、钻井液密度
H
计算dc指数
回归正常趋势线
计算地层压力
而地层孔隙内流体(水)的压力为： p=0.00981ρh =0.00981×1.07×3000 =31.547MPa
主要内容
地层孔隙压力的概念 地层孔隙压力的预测方法
孔隙压力计算实例
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二、地层孔隙压力的预测方法
基于压实理论、均衡理论及有效应力理论，地层压力预测方法主要有： （1）地球物理方法（地震波法）——钻前 （2）钻速法（dc指数法）——钻井中 （3）测井法（声波时差法）——钻后
二、地层孔隙压力的预测方法
2、dc指数法
（1）原理：机械钻速是井底压差、钻压、转速、钻头类型及尺 寸、水力参数、钻井液性能、地层岩性等因素的函数。当其它因 素一定时，只考虑压差对钻速的影响，则机械钻速随压差减小而 增加。
（2）适用范围：岩性为泥岩、页岩；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。
标准钻速方程：
d
P e V = KN D 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考b 证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）
二、地层孔隙压力的预测方法
3、声波时差法
（1）原理：声波在地层中的传播速度与岩性密
切相关，当岩性一定时，声波的速度随岩石孔
隙度的增大而减小。在正常地层压力井段，随
地层破裂压力计算综述
・
—
Ｊ Ｉ
吉休 《 余 】 被
【 窑 Ｊ 虼
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
ｌ 煞 ？韭 身 ｌ ＇＿ 粤 兰 ９ ＿ ２ ２ ４
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
（） １
（） ２
Ｊ ％
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
现场地层压力计算
在此处键入公式。
六、地层压力计算1、地层孔隙压力和压力梯度(1)地层孔隙压力H g p f p ⨯⨯⨯=-ρ310式中，P p ——地层孔隙压力(在正常压实状态下，地层孔隙压力等于静液柱压力)，MPa ； ρf ——地层流体密度，g/cm 3； g ——重力加速度，9.81m/s 2；H ——该点到水平面的重直高度(或等于静液柱高度)，m 。
在陆上井中，H 为目的层深度，起始点自转盘方钻杆补心算起，液体密度为钻井液密度ρm ，则，H g p m h ⨯⨯⨯=-ρ310式中，p h ——静液柱压力，MPa ； ρm ——钻井液密度，g/cm 3； H ——目的层深度，m ； g ——重力加速度，9.81m/s 2。
在海上钻井中，液柱高度起始点自钻井液液面(出口管)高度算起，它与方补心高差约为0.6～3.3m ，此高差在浅层地层孔隙压力计算中要引起重视，在深层可忽略不计。
(2)地层孔隙压力梯度HP G Pp =式中 G p ——地层孔隙压力梯度，MPa/m 。
其它单位同上式。
2、上覆岩层压力及上覆岩层压力梯度 (1)上覆岩层压力])1[(1081.93o ρρΦ+Φ-⨯=-m H P式中 P o ——上覆岩层压力，MPa ； H ——目的层深度，m ； Φ——岩石孔隙度，％；ρ——岩层孔隙流体密度，g/cm 3； ρm ——岩石骨架密度，g/cm 3。
(2)上覆岩层压力梯度HP G oo =式中，G o ——上覆岩层压力梯度，MPa/m ；P o ——上覆岩层压力，MPa ； H ——深度(高度)，m 。
(3)压力间关系z p P p O σ+=式中，P o ——上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层孔隙压力，MPa ；σz ——有效上覆岩层压力(骨架颗粒间压力或垂直的骨架应力)，MPa 。
3、地层破裂压力和压力梯度 (1)地层破裂压力(伊顿法)p p z f P P P +--=)(1σμμ式中， P f ——地层破裂压力(为岩石裂缝开裂时的井内流体压力)，MPa ； μ——地层的泊松比；σz ——有效上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层孔隙压力，MPa 。
现场地层压力计算
六、地层压力计算1、地层孔隙压力和压力梯度(1)地层孔隙压力H g p f p ⨯⨯⨯=-ρ310式中，P p ——地层孔隙压力(在正常压实状态下，地层孔隙压力等于静液柱压力)，MPa ； ρf ——地层流体密度，g/cm 3； g ——重力加速度，s 2；H ——该点到水平面的重直高度(或等于静液柱高度)，m 。
在陆上井中，H 为目的层深度，起始点自转盘方钻杆补心算起，液体密度为钻井液密度ρm ，则，H g p m h ⨯⨯⨯=-ρ310式中，p h ——静液柱压力，MPa ； ρm ——钻井液密度，g/cm 3； H ——目的层深度，m ； g ——重力加速度，s 2。
在海上钻井中，液柱高度起始点自钻井液液面(出口管)高度算起，它与方补心高差约为～，此高差在浅层地层孔隙压力计算中要引起重视，在深层可忽略不计。
(2)地层孔隙压力梯度HP G Pp =式中 G p ——地层孔隙压力梯度，MPa/m 。
其它单位同上式。
2、上覆岩层压力及上覆岩层压力梯度 (1)上覆岩层压力])1[(1081.93o ρρΦ+Φ-⨯=-m H P式中 P o ——上覆岩层压力，MPa ； H ——目的层深度，m ； Φ——岩石孔隙度，％；ρ——岩层孔隙流体密度，g/cm 3； ρm ——岩石骨架密度，g/cm 3。
(2)上覆岩层压力梯度HP G oo =式中，G o ——上覆岩层压力梯度，MPa/m ；P o ——上覆岩层压力，MPa ； H ——深度(高度)，m 。
(3)压力间关系z p P p O σ+=式中，P o ——上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层孔隙压力，MPa ；σz ——有效上覆岩层压力(骨架颗粒间压力或垂直的骨架应力)，MPa 。
3、地层破裂压力和压力梯度 (1)地层破裂压力(伊顿法)p p z f P P P +--=)(1σμμ式中， P f ——地层破裂压力(为岩石裂缝开裂时的井内流体压力)，MPa ； μ——地层的泊松比；σz ——有效上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层孔隙压力，MPa 。
钻井工程常用计算公式
钻井常用计算公式•、地层压力计算1、静液柱压力（MPa）=P（粘井液密度）*0.00981*H（垂深m）2、压力梯度值（MPa）=p（钻井液密度）*0.009813、单位内容积（r∩3Λn>=7.854*10-5*内径2（Cm）4、单位环空容积（m3∕m）=7.854*10^5*（井径2cm-管柱外径2cm）5、容积（m?）=单位内容积（m3∕m）*长度（m）管柱单位排音量（mVm）=7.854*10^5*（外径2cm内径2cm）6、地层压力（MPa）=钻具静液柱压力+关井立压7、压井钻井液密度（g∕c11p>=（关井立压Mpa/O.00981/11（m））+当前井液P（gcm3）8、初始循环压力=关井立压+底泵速泵压9、终止循环压力=（压力井液p/当前井液p）*低泵速泵压10、溢流长度m;钻井液增量m3/环空单位容积m3∕m11、溢流密度p（g∕cm3）=当前井液P-［（套压MPa-立压Mpa）/（溢流长度m*0.00981）］12、当量循环密度p（g/cm3）-（环空循环压力损失Mpa/O.00981/垂深m）+当前井液P13、当量钻井液P（g4zm3）-总压力Mpa/O.00981/垂深m14、孔隙压力MPa=9.81*Wf（地瓜水平均密度g∕cmυ*H（垂高m）15、上覆岩层压力（Mpa）=（岩石基质重量+流体重量）/面积［9.81*［（卜-。
岩石孔隙度％）*pm岩石基颓密度Hem3+4>*p岩石孔隙中流体密度g/cnP］16、地层破裂压力梯度（Mpa）=Pf（破裂地层压力Mpa）/H（破裂地层垂直深度m>Pf（破裂地层压力Mpa）=Ph（液柱压力Mpa）+P（破裂实验时的立管压力MPa）二、喷射钻井计算公式1、射流喷射速度计算相同直径喷嘴VOU1.2.73*Q（通过喷嘴液体排量1.∕S）∕n（喷嘴个数）*dc>2（喷嘴直径Cm）不相同直径喷喷Vo=12.73*Q（通过喷嘴液体排量1.∕S）/de?（喷嘴当量直径Cm）试中:de喷喷当量直径（cm）计算等喷嘴直径de-（根号n喷嘴个数）*d。
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。
现场地层压力计算
. . 在此处键入公式。
六、地层压力计算1、地层孔隙压力和压力梯度(1)地层孔隙压力H g p f p ⨯⨯⨯=-ρ310式中，P p ——地层孔隙压力(在正常压实状态下，地层孔隙压力等于静液柱压力)，MPa ； ρf ——地层流体密度，g/cm 3； g ——重力加速度，9.81m/s 2；H ——该点到水平面的重直高度(或等于静液柱高度)，m 。
在陆上井中，H 为目的层深度，起始点自转盘方钻杆补心算起，液体密度为钻井液密度ρm ，则，H g p m h ⨯⨯⨯=-ρ310式中，p h ——静液柱压力，MPa ； ρm ——钻井液密度，g/cm 3； H ——目的层深度，m ； g ——重力加速度，9.81m/s 2。
在海上钻井中，液柱高度起始点自钻井液液面(出口管)高度算起，它与方补心高差约为0.6～3.3m ，此高差在浅层地层孔隙压力计算中要引起重视，在深层可忽略不计。
(2)地层孔隙压力梯度HP G P p =式中 G p ——地层孔隙压力梯度，MPa/m 。
其它单位同上式。
2、上覆岩层压力及上覆岩层压力梯度 (1)上覆岩层压力])1[(1081.93o ρρΦ+Φ-⨯=-m H P式中 P o ——上覆岩层压力，MPa ； H ——目的层深度，m ； Φ——岩石孔隙度，％；ρ——岩层孔隙流体密度，g/cm 3； ρm ——岩石骨架密度，g/cm 3。
(2)上覆岩层压力梯度HP G oo =式中，G o ——上覆岩层压力梯度，MPa/m ；P o ——上覆岩层压力，MPa ； H ——深度(高度)，m 。
(3)压力间关系. . z p P p O σ+=式中，P o ——上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层孔隙压力，MPa ；σz ——有效上覆岩层压力(骨架颗粒间压力或垂直的骨架应力)，MPa 。
3、地层破裂压力和压力梯度 (1)地层破裂压力(伊顿法)p p z f P P P +--=)(1σμμ式中， P f ——地层破裂压力(为岩石裂缝开裂时的井流体压力)，MPa ； μ——地层的泊松比；σz ——有效上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层孔隙压力，MPa 。
地层孔隙压力
骨架应力σ
异常低压 异常高压
异常高骨架应力
Po
异常低骨架应力
H
Pw
一、地层孔隙压力的概念
例：如图所示，井内钻井液密度 为1.20g/cm3 ，地层盐水密度为1.07 g/cm3 ，求 3000m处井筒静液柱压力和地层孔隙内流体压力分别为多少？
解：井筒静液柱压力为： p=0.00981ρh =0.00981×1.20×3000 =35.288MPa
一、地层孔隙压力的概念
2、静液柱压力 Ph
定义：由液柱自身重量产生的压力。
Ph = 0.00981ρH
式中：Ph——静液柱压力，MPa； ρ——液体密度，g/cm3；
H——液柱垂直高度，m。
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Ph
一、地层孔隙压力的概念
3、地层孔隙压力（地层压力）PP
若随着井深增加，岩石孔隙度增 大，则说明该段地层压力异常。
P0 = Pp + σ
Po
海面/地面
H
Pp Pp σ
PO
Pp σ σ
一、地层孔隙压力的概念
7、异常地层压力
正常地层压力一般为盐水液柱压力PW。
不在正常地层压力范围内的压力称为异 常地层压力。
异常低压
PP<Pw
异常高压
PP>Pw
P
目前应用某一种方法是很难准确评价地层压力，往往需要采用多种方法 进行综合分析和解释。
二、地层孔隙压力的预测方法
1、地震波法 （1）原理：在不同岩性、不同压实程度情况下，地 震波速存在差异。在正常压实地层，随着深度增加， 地震波速增加；在异常压力地层，随着深度的增加， 地震波速减小。 （2）适用范围：钻前对区域地层压力进行评价。
钻井常用计算公式
一、井架基础的计算公式 （一）基础面上的压力 P 基=式中：P 基——基础面上的压力，MPa ；n ——动负荷系数（一般取~）；Q O ——天车台的负荷=天车最大负荷+天车重量，t ； Q B ——井架重量，t ； （二）土地面上的压力P 地=P 基+W式中：P 地——土地面上的压力，MPa;P 基——基础面上的压力，MPa; W ——基础重量，t （常略不计）。
（三）基础尺寸 1、顶面积F 1=式中：F 1——基础顶面积，cm2；B 1——混凝土抗压强度（通常为cm2= 2、底面积F 2=式中：F 2——基础底面积，cm 2；B 2——土地抗压强度，MPa ； P 地——土地面上的压力，MPa 。
3、基础高度式中：H ——基础高度，m ；F2、F1分别为基础的底面积和顶面积，cm 2； P 基——基础面上的压力，MPa ；B 3——混凝土抗剪切强度（通常为cm 2=）。
（二）混凝土体积配合比用料计算 1、计算公式配合比为1∶m∶n=水泥∶砂子∶卵石。
根据经验公式求每1m 3混凝土所需的各种材料如下：nQ O +Q B 4 P 基B 1P 地B 22、混凝土常用体积配合比及用料量，见表1-69。
表1-69 混凝土常用体积配合比及用料量二、井身质量计算公式（一）直井井身质量计算1、井斜角全角变化率式中：G ab——测量点a和b间井段的井斜全角变化率，（°）/30m；△L ab——测量点a和b间的井段长度，m；αa——测量点a点处的井斜角，°；αb——测量点b点处的井斜角，°；△Φab——测量点a和b之间的方位差，△Φab=Φb-Φa，°。
2、井底水平位移式中：S Z——井底水平位移，m；N O——井口N座标值，m；N n——实际井底N座标值，m；E O——井口E座标值，m；E n——实际井底E座标值，m。
3、最大井斜角根据井深井斜测量数据获取或井斜测井资料获得。
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。
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。
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
现场地层压力计算
在此处键入公式。
六、地层压力计算1、地层孔隙压力和压力梯度(1)地层孔隙压力H g p f p ⨯⨯⨯=-ρ310式中，P p ——地层孔隙压力(在正常压实状态下，地层孔隙压力等于静液柱压力)，MPa ； ρf ——地层流体密度，g/cm 3； g ——重力加速度，9.81m/s 2；H ——该点到水平面的重直高度(或等于静液柱高度)，m 。
在陆上井中，H 为目的层深度，起始点自转盘方钻杆补心算起，液体密度为钻井液密度ρm ，则，H g p m h ⨯⨯⨯=-ρ310式中，p h ——静液柱压力，MPa ； ρm ——钻井液密度，g/cm 3； H ——目的层深度，m ； g ——重力加速度，9.81m/s 2。
在海上钻井中，液柱高度起始点自钻井液液面(出口管)高度算起，它与方补心高差约为0.6～3.3m ，此高差在浅层地层孔隙压力计算中要引起重视，在深层可忽略不计。
(2)地层孔隙压力梯度HP G Pp =式中 G p ——地层孔隙压力梯度，MPa/m 。
其它单位同上式。
2、上覆岩层压力及上覆岩层压力梯度 (1)上覆岩层压力])1[(1081.93o ρρΦ+Φ-⨯=-m H P式中 P o ——上覆岩层压力，MPa ； H ——目的层深度，m ； Φ——岩石孔隙度，％；ρ——岩层孔隙流体密度，g/cm 3； ρm ——岩石骨架密度，g/cm 3。
(2)上覆岩层压力梯度HP G oo =式中，G o ——上覆岩层压力梯度，MPa/m ；P o ——上覆岩层压力，MPa ； H ——深度(高度)，m 。
(3)压力间关系z p P p O σ+=式中，P o ——上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层孔隙压力，MPa ；σz ——有效上覆岩层压力(骨架颗粒间压力或垂直的骨架应力)，MPa 。
3、地层破裂压力和压力梯度 (1)地层破裂压力(伊顿法)p p z f P P P +--=)(1σμμ式中， P f ——地层破裂压力(为岩石裂缝开裂时的井内流体压力)，MPa ； μ——地层的泊松比；σz ——有效上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层孔隙压力，MPa 。
现场地层压力计算
在此处键入公式。
六・地层压力计算人地层孔隙压力和压力梯度S 地层孔隙压力式中• P,一地层孔隙床力f 在正常圧实状态下.地层孔隙庶力等于静液柱斥力人初：P d —地层流休密度.心9——重力加速度，纟曲扎供—该点到水平面的重直商度（或等于静液柱為度几祕在陆上井中，孕为目的层深度，起始点自转盘方钻杆补心算起，液体密度为钻井液密度P J 贝叽Ph = E xp/gxH—静液柱乐力.羽他：-钻井液密度，目的层深度•祕 9——重力加速度，9肿孔在海上钻井中，液柱高度起始点自钻井液液面f 岀口管丿高度算起，它与方补心高差 约为0.67*此髙差在浅层地层孔隙压力汁算中要引起重视，在深层可忽略不计。
（刃地层孔陳压力梯度式中务—地』£孔隙压力梯度，gg 其它单位同上式。
2、上覆岩层压力及上覆岩层压力梯度 G 上覆岩层压力P Q = 9. 81X 1O"'M （1 一 ①）几 + ①q]式中R ——上覆岩层圧力，龙a: 窗—目的层深度•祕 e ——岩石孔隙度•P —岩』£孔隙流休密度n 岩石骨架密度•藏肿。
G=b5 H 式中•勿——上覆岩层压力梯度•械P4;A ——上沒岩层压力，嗨：»—深度偽度人（刃压力间关系式中.A P 供—P W⑵卜・復岩层压力梯度式中• P ——上覆岩』£压力・加為：2——地层孔隙压力.材4;0 /—有效上发岩层压力dt 架颗粒间压力或垂直的骨架应力人羽冰3.地层破裂压力和压力梯度如地层破裂压力（伊顿法丿式中• B —地层破裂斥力，为岩石裂缝开裂时的井内流休压力几嗨: “——地层的泊松比；0、——效上覆岩层乐力・嗨：名一地层孔隙压力.加卩“式中• 2 --- 地层破裂压力。
WPyA ——液柱乐力.初：A —试验时地层破裂时的立管压力.M A⑵破裂压力当量密度门=久+9.81><10」><务式中• P —破裂圧力严iS 密度• 心 -试验时所用钻井液密度• 0/“厶 礼—试验时地层漏失斥力・龙e*： —裸眼段巾点井深•祕（耳地层破裂压力梯度5=2T °F X 9.81 +等式中彳——地层破裂圧力梯度，林心刃—地层破裂乐力.刑3久激动压力和抽汲压力计算如层流情况下：（刃索流情况下: _0・2广0・厶/5 = D 「DpP,w V 4(2z? + l) 5-Dp —n — 0・4K L式中.,_环空流速.《/矢 ——管子外径・加； —井眼|1径・ 流性折数・-M 度系数• •借柱长度• Z- 无W 次：达因＜2：s:/ = a/Rja = （lg« + 3・93）/50b = （l ・75-lg«）/7 Re/（T ）” •严12心 K （Z2±1）”3«夂环空流速计算S 封闭一关泵情况下C 卜•钻下套管人卩=±1.5从0.5 +万纺）匕Up下为正，起为负Q⑵封闭、开口一开泵（划眼、活动套皆人D' -D-v = ±1.5v,（O.5+ ： ：） +f 呂丿开口 一开泵（一般起下钻”_±].旳（。
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
第6章油气井压力控制
1、关井方式
（1）硬关井
发现溢流后，在节流阀未打开的情况下关闭防喷器。 关井时间短，可以尽快阻止地层流体侵入。
易产生水击、易损坏井口装置或压漏薄弱地层；
适用于井涌速度不高、井口装置承压能力高的情况。
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（2）软关井
发现并涌后，先打开节流阀，再关闭防喷器，然后再关闭 节流阀。 关井时间长，地层流体侵入量多。 适用于井涌速度较高、井口装置承压能力较低、裸眼井段 有薄弱地层的情况。
出后形成雾状流体，冲洗井底和携带岩屑。
主要优点：不易着火和爆炸；有少量地层水进入井眼也能 有效携带岩屑。
（3）泡沫钻井
主要特点：采用稳定泡沫作为循环介质进行钻井。稳定泡
沫由气体（氮气或co2）、液体和表面活性剂配制。
主要优点：密度低，粘度和切力高，携岩能力强。来自8（4）充气钻井
主要特点：在钻井液中掺入气体，从而降低钻井液密度。充气 钻井液密度可控制在0.45 ～1.20g/cm3范围内。 主要优点：密度可调范围大；能消除空气钻井可能引起的井下 爆炸；较一次性的泡沫钻井经济；可用于易出水地层。
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循环法：
关井后等待套压相对稳定，记录下套压pa； 启动泵，以压井泵速泵入钻井液，同时调节节流阀 保持套压不变，记录此时立管压力psp´； 停泵，关闭节流阀；
计算关井立管压力： psp= psp´- pci
适用于已知压井泵速和相应循环压耗pci的情况。
24
3、关井套压的最大允许值
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第三节
溢流的控制----压井
控制溢流主要包括两个步骤：
阻止地层流体继续侵入井眼----关井；
用具有合适密度的钻井液将受污染的钻井液循
环出井眼，重新建立地层与井眼系统的压力平 衡----压井。