地层破裂压力

各种地层压力计算

井深m 密度g/cm3破裂压力MPa 破裂压力梯度Kpa 求最大允许泥浆密度g/cm31235 1.118.517.76 1.81
通常为:
表套以下: 1.75g/cm3
技套以下: 1.69g/cm3
破压梯度:15.07泥浆密度: 1.5
1413.40
井深泥浆密度地层压力MPa
3944 1.1544.81
井深5130
钻杆长4810.1
钻具内容积:45424.24加重钻杆134.87
环形空间内容积:120249.51钻铤长185.03
总容积:165673.74钻杆内容9.16
地面到钻头的时间:27.23杆与套管24.9
井底到地面的时间:72.09杆与裸眼23.3
循环一周的时间为:99.32套鞋深1202
小时: 1.66重杆与裸23.3
重杆内容 4.61
钻铤内容 4.01
铤与裸眼16.8
冲数85
排量27.80允许关井套压:2.地层压力
3.循环一周计算公式
各种压力计算公式
1.求地层破裂压力梯度和最大允许泥浆密度
考虑安全附加压力，实际允许的最大泥浆密度计算应比计算出的允许泥浆密度小。

第二节地层破裂压力知识分享

第二节地层破裂压力第二节地层破裂压力在井下一定深度裸露的地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力（Fracture pressure ），一般用f p 表示。

使用最广泛的地层破裂压力预测是Hubbert-Willis 模式和Haimson-Fairhurst 模式。

破裂压力数据应用于钻井、修井、压裂、试油井下测试等井下工艺技术，钻井大多数是在裸眼中进行的，所以破裂压力数据在钻井方面尤为重要，它是钻井之前的井身结构设计，套管强度计算、钻井液密度设计等钻井工程设计内容的关键参数，特别是在一个新的区块开发之前，破裂压力这一数据为就重中之重了。

它决定着在这一新的区域内的所有钻井方案是否正确，并能否顺利执行和能否顺利完成。

压裂作业时，地层破裂力学模型如图 1.1所示。

此时，地层裂隙受地应力与压裂液共同作用。

考虑深层水力压裂主成垂直裂缝，且裂缝穿透整个煤层。

地应力与压裂液应力的最终有效合应力在裂隙壁面上是拉应力，当其合成应力强度因子K 达到临界值时，裂隙就开始失稳延伸。

地层的破裂压力对钻井液密度确定、井身结构和压裂设计施工等有着重要的指导作用。

从上世纪五六十年代，国内外就开始对地层破裂压力进行了研究，并取得了一系列的成果。

H-W 模型1957年Hubbert 和Willis 根据三轴压缩试验首次提出了地层破裂压力预测模式即H-W 模式指出破裂压力等于最小水平主应力加地层孔隙压力P p ,垂直有效主应力等于上覆压力P v 减P p 最小水平主应力在其1/3到1/2范围内,预测公式为:式中：f P — 地层破裂压力；p P — 地层空隙压力；v P — 上覆岩层压力；模型中上覆压力梯度为1的假设显然不符合实际,最小水平主应力为1/3到1/2垂直有效主应力范围的假设通常也带来偏低的结果。

1967年Matthews 和Kelly 在H-W 模式中引入了骨架应力系数i K ：）（p v i p f P -P K P P += 4-7 地层正常压实时，i K 反映了地层实际骨架应力状况其值由区块内已有破裂压力资料确定，i K 系数曲线的绘制需要大量实际压裂资料，限制了此方法的应用。

PH —井筒的静液柱压力； PF —井筒管柱的沿程摩阻；
PM —射孔孔眼的孔眼摩阻；
PI —瞬时停泵压力； GDF —地层破裂压力梯度；
汇报完毕
不妥之处敬请批评指正
1、理论计算方法—Eaton法
该理论认为，地下岩层处于均匀水平地应力状态，其中充满着层理、
微裂隙和（张开或隐形的）天然裂缝，流体在压力作用下将沿这些薄弱
面侵入，使其张开并向岩层延伸，且张开裂缝的流体压力只需克服垂直裂缝面的地应力。
三、地层破裂压力的采集方法
2、测井分析法:
利用测井资料得出泊松比后，按下式计算地层破裂压力：
地层破裂压力
一、地层破裂压力定义
地层产生水力裂缝时的井底流体压力称为地层破裂压力。地层破裂压力的高低与岩石弹性性质、孔隙压力、天然裂缝的发育情况以及该地区的地应力等因素有关。
地层破裂压力与地层中部深度的比值称为破裂压力梯度。
二、地层破裂压力的作用
1、地层破裂压力是确定井下管柱、井下工具、井口装置与泵注设备压力极限的μ—岩石泊松比; α—应力系数； σz —孔眼围岩轴向应力,MPa Pp—地层孔隙压力
三、地层破裂压力的采集方法
3、利用现场施工参数计算
Pf —施工泵注前置液使的最高井底压裂压力（此时，可认为是压开地层时的井底破裂压力）；
Pw —泵注前置液时最高地面泵注压力；
2、根据破裂压力确定压裂施工时的地面最高泵压、泵注排量以及需
用设备功率。 3、根据破裂压力梯度可以大致推断水力裂缝的形态。一般认为，在压力系数为1.0的正常油藏中。 ①如果破裂压力梯度小于0.015MPa/m 时，多为水平裂缝；
②如果破裂压力梯度大于0.02MPa/m时，多为垂直裂缝。
三、地层破裂压力的采集方法

地层破裂压力梯度

地层破裂压力梯度地层破裂压力梯度是指地下岩石或土层在垂直方向上的压力变化率。

在地球内部，地质力学过程会导致地层破裂和变形，这些力学过程对于石油、天然气勘探和开采等领域具有重要意义。

地层破裂压力梯度的研究可以帮助我们了解地下岩石的力学性质以及地质构造的演化过程。

在地质构造中，地层破裂压力梯度是一个重要的参数，它决定了岩石的破裂强度和变形能力。

了解地层破裂压力梯度可以帮助我们预测地震的发生，评估地下水资源的储量和分布，以及优化石油、天然气等资源的勘探和开采方案。

地层破裂压力梯度的大小与地下岩石的物理性质、地质构造和地下应力状态等因素有关。

一般来说，地层破裂压力梯度会随着深度的增加而增大。

这是因为地下岩石受到上方岩石的压力作用，导致岩石内部的应力逐渐增大。

当地下岩石的应力超过其承载能力时，就会发生破裂。

地层破裂压力梯度的大小还受到地层的岩性、韧性和渗透性等因素的影响。

一般来说，岩石的压力梯度与其岩性和韧性呈正相关关系，而与其渗透性呈负相关关系。

岩性和韧性较高的岩石可以承受更大的压力，而渗透性较高的岩石则会减小地层破裂压力梯度。

地下应力状态也是影响地层破裂压力梯度的重要因素。

地下应力是地质构造过程中形成的，它包括地壳的自重应力、板块运动引起的构造应力以及热胀冷缩引起的热应力等。

这些应力作用于地下岩石上，导致地层破裂压力梯度的形成和变化。

在石油、天然气勘探和开采过程中，地层破裂压力梯度的研究对于确定钻井参数、设计井筒完整性和评估油气藏的储量和产能具有重要意义。

通过测量地层破裂压力梯度，可以评估地下岩石的稳定性，预测井筒的稳定性，避免钻井事故和井壁塌陷等问题的发生。

在地震学研究中，地层破裂压力梯度也是一个重要的参数。

通过研究地层破裂压力梯度的变化规律，可以预测地震的发生和破裂过程，评估地震的破坏程度和危险性，为地震灾害的防治提供科学依据。

地层破裂压力梯度是地下岩石在垂直方向上的压力变化率，对于石油、天然气勘探和开采、地震学研究等领域具有重要意义。

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。

地层破裂(漏失)压力试验

数据处理 2、有关参数的计数地层实际的漏失压力或破裂压力等于地层漏失或破裂时的地面表压加上井内钻井液的静液压力。
四、地层破裂压力试验
数据处理 2、有关参数的计数地层实际的漏失压力或破裂压力等于地层漏失或破裂时的地面表压加上井内钻井液的静液压力。
2.3、最小水平主地应力 Pmin=PGS+0.00981ρH 式中 Pmin—最小水平主地应力，MPa； PGS—瞬时停泵地面表压，MPa。 2.4、岩石抗拉强度，MPa, St=PGF-PGR 式中： St—试漏层岩石抗拉强度，MPa； PGR—重张时地面表压，MPa。
一、地层破裂压力
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。
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
立压（kPa)
累计泵冲
立压（kPa)
5
836
45
14986
10
2991
50
15015
15
5123
55
15021
20
7264
60
15018
25
9391
试漏前的准备试漏层段确定：（SY 5430—92）《地层破裂压力测定套管鞋试漏法》试漏层段应选在套管鞋下第一个3～5m厚的易漏层。井控教科书：当钻至套管鞋以下第一个砂岩层时（或出套管鞋3-5米）， Q/SYCQZ《长庆区域钻井井控实施细则》钻出套管鞋进入地层5 m ～ 15 m，《长庆油田钻井井控实施细则》钻出套管鞋进入第一个砂层3-5m时

地层破裂压力计算公式(一)

地层破裂压力计算公式(一)地层破裂压力计算地层破裂压力是指油气勘探工作中计算地下地层所承受的破裂压力的方法。

以下是几种常见的计算公式：梁杨方程式梁杨方程式是一种经典的计算地层破裂压力的方法。

它可以通过以下公式计算：P = 2σt + σp•P：地层破裂压力•σt：地层岩石的断裂强度•σp：地层岩石的孔隙压力示例假设某地层岩石的断裂强度（σt）为30MPa，孔隙压力（σp）为15MPa，代入梁杨方程式，可以计算出该地层的破裂压力（P）：P = 2 * 30MPa + 15MPa P = 75MPa克劳斯方程式克劳斯方程式是另一种常用的计算地层破裂压力的方法。

它可以通过以下公式计算：P = FP + U•P：地层破裂压力•FP：地层岩石的内聚强度•U：地层岩石的应力差示例假设某地层岩石的内聚强度（FP）为20MPa，应力差（U）为10MPa，代入克劳斯方程式，可以计算出该地层的破裂压力（P）：P = 20MPa + 10MPa P = 30MPa强度指数法强度指数法是一种基于地层岩石的力学特性来计算破裂压力的方法。

它可以通过以下公式计算：P = (σt / σp)^n * σp•P：地层破裂压力•σt：地层岩石的断裂强度•σp：地层岩石的孔隙压力•n：强度指数示例假设某地层岩石的断裂强度（σt）为40MPa，孔隙压力（σp）为20MPa，强度指数（n）为，代入强度指数法公式，可以计算出该地层的破裂压力（P）：P = (40MPa / 20MPa)^ * 20MPa P = 40MPa通过以上几种常见的计算公式，相关的地层破裂压力可以得到合理的估算，这对于油气勘探工作具有重要的指导意义。

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
ｐＢＰｗ＋Ｐｎ— ｐｒＰｕ — ‘ １
（８）ｆ较新，ａｎｏＩ受构造运动影响较小的连续沉积盆地．其他情况效果欠佳．．．
（）ｎｅｏ法１７年Ａｄｒｎ２Ａｄｒｎｓ９３ｎｅｏ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ｚＰ／＋
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）＋
：
ｆ６）
式中，ｐ为地层破裂压力；为孔隙压力．ＭＰ；为垂向主应力ｌａ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

地层破裂压力计算公式

地层破裂压力计算公式地层破裂压力相关计算公式地层破裂压力是地层中发生裂缝或破裂的临界应力值，是岩土力学中的一个重要参数。

本文将列举几个与地层破裂压力相关的计算公式，并举例解释说明。

1. 维里准则(Von Mises Criterion)维里准则是地层破裂压力计算中常用的一个准则，其公式如下：维里应力= √[(σ₁ - σ₂)² + (σ₂ - σ₃)² + (σ₃ - σ₁)² + 6(τ₁₂² + τ₂₃² + τ₃₁²)]/ √2其中，σ₁、σ₂和σ₃为主应力，τ₁₂、τ₂₃和τ₃₁为主应力之间的切应力。

例子：假设某地层的主应力大小分别为σ₁ = 20 MPa，σ₂ = 15 MPa，σ₃ = 10 MPa，切应力大小分别为τ₁₂ = 5 MPa，τ₂₃ = 2 MPa，τ₃₁ = 3 MPa。

按照维里准则计算地层破裂压力：维里应力= √[(20 - 15)² + (15 - 10)² + (10 - 20)² + 6(5² + 2² + 3²)] / √2 = √[5² + 5² + (-10)² + 6(25 + 4 + 9)] /√2 = √[100 + 100 + 100 + 6(38)] / √2 = √[100 + 100 + 100 + 228] / √2 = √528 / √2 ≈ MPa因此，该地层的维里应力约为 MPa。

2. 摩尔—库伦准则(Mohr-Coulomb Criterion)摩尔—库伦准则是另一种常用的地层破裂压力计算准则，其公式如下：摩尔应力= (σ₁ - σ₃) / 2 + √[((σ₁ - σ₃) / 2)² + τ²]其中，σ₁和σ₃为主应力，τ为主应力之间的切应力。

例子：假设某地层的主应力大小分别为σ₁ = 20 MPa，σ₃ = 10 MPa，切应力大小为τ = 5 MPa。

破裂压力的计算方法--李坤

破裂压力的计算方法1常用理论算法地层自然破裂压力计算模型都可归结为:)(p O p f P P P P -+=λ式中，fP 为地层破裂压力，MPa ；Pp 为底层孔隙压力，MPa ； Po 为上覆岩层压力，MPa ，γ为总的水平应力与总的垂直应力比值，与底层密度埋、藏深度、泊松比、地层压实程度等有关，无量纲。

（1） Eaton 法B. A. Eaton 认为裸露地层所受到的侧向力等十地层水平主地应力时开始起裂，而水平地应力是由上覆岩层压力引起的，并引用了假设和广义虎克定律加以描述。

得到的破裂压力计算式为:f ()1p pp p p ννσν=-+-式中， f p 为地层破裂压力，MPa ；ν为地层岩石泊松比，无因次； νσ为上覆岩层压力，MPa ；pp 为地层孔隙压力，Mpa 。

伊顿法参数较少，使用简单。

比较适用于地层沉积较新，受构造运动影响较小的连续沉积盆地，对于地层年代较老，构造运动影响大的地区，效果欠佳。

（2）Stephen 法R. D. Stephen 认为地层受到的侧向力等于水平主地应力时开始起裂。

水平地应力山上覆岩层作用产生的水平应力分量和附加的构造应力分量组成，同时假定在同一区块内水平构造应力和有效上覆压力间的比值为一常数，且不随深度变化，由此得到的模型为:f ()()1p p p p p ννβσν=+-+-式中，β为地层构造应力系数，无因次。

斯蒂芬法与伊顿法的主要区别在于前者将构造应力所产生的影响从岩石泊松比中分解出来，这样，在计算时可直接使用实测的泊松比值，而不像伊顿法需靠破裂压力反算。

（3）黄氏模型是黄荣樽教授于1984年提出的一种预测地层破裂压力的模型，该模型综合考虑了构造应力和孔隙压力等因素的影响，是目前应用最广泛的一种模型，具体表达式为:f 2()()1p p t p k p p S ννσν=--++-式中，k 为地层构造应力系数，无因次；t S 为地层抗拉强度，MPa 。

地层破裂压力计算公式

地层破裂压力计算公式
地层破裂压力的计算涉及多个因素和复杂的地质力学参数，具体的计算公式会根据地质条件和破裂机制而异。

以下是常见的一种计算地层破裂压力的公式，称为密度法：
P = (Rho * g * h) / A
其中：
P 是地层破裂压力；
Rho 是地层岩石的密度；
g 是重力加速度；
h 是地层的厚度；
A 是地层的面积。

请注意，这个公式只是一种简化的近似计算方法，适用于一些简单的地质情况。

实际的地层破裂压力计算可能需要考虑更多因素，如地层的应力状态、岩石的强度特性、断层的存在等。

对于精确的地层破裂压力计算，建议咨询专业的地质工程师或使用更详细和综合的地质力学模型和方法。

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。

第二节地层破裂压力

第二节地层破裂压力在井下一定深度裸露的地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力（Fracture pressure ），一般用f p 表示。

使用最广泛的地层破裂压力预测是Hubbert-Willis 模式和Haimson-Fairhurst 模式。

破裂压力数据应用于钻井、修井、压裂、试油井下测试等井下工艺技术，钻井大多数是在裸眼中进行的，所以破裂压力数据在钻井方面尤为重要，它是钻井之前的井身结构设计，套管强度计算、钻井液密度设计等钻井工程设计内容的关键参数，特别是在一个新的区块开发之前，破裂压力这一数据为就重中之重了。

它决定着在这一新的区域内的所有钻井方案是否正确，并能否顺利执行和能否顺利完成。

压裂作业时，地层破裂力学模型如图1.1所示。

此时，地层裂隙受地应力与压裂液共同作用。

考虑深层水力压裂主成垂直裂缝，且裂缝穿透整个煤层。

地应力与压裂液应力的最终有效合应力在裂隙壁面上是拉应力，当其合成应力强度因子K 达到临界值时，裂隙就开始失稳延伸。

地层的破裂压力对钻井液密度确定、井身结构和压裂设计施工等有着重要的指导作用。

从上世纪五六十年代，国内外就开始对地层破裂压力进行了研究，并取得了一系列的成果。

H-W模型1957年Hubbert和Willis根据三轴压缩试验首次提出了地层破裂压力预测模式即H-W模式指出破裂压力等于最小水平主应力加地层孔隙压力Pp,垂直有效主应力等于上覆压力Pv 减Pp最小水平主应力在其1/3到1/2范围内,预测公式为:式中：f P — 地层破裂压力；p P — 地层空隙压力；v P — 上覆岩层压力；模型中上覆压力梯度为1的假设显然不符合实际,最小水平主应力为1/3到1/2垂直有效主应力范围的假设通常也带来偏低的结果。

1967年Matthews 和Kelly 在H-W 模式中引入了骨架应力系数i K ：）（p v i p f P -P K P P += 4-7 地层正常压实时，i K 反映了地层实际骨架应力状况其值由区块内已有破裂压力资料确定，i K 系数曲线的绘制需要大量实际压裂资料，限制了此方法的应用。

第二节地层破裂压力

第二节地层破裂压力在井下一定深度裸露的地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力（Fracture pressure ），一般用f p 表示。

使用最广泛的地层破裂压力预测是Hubbert-Willis 模式和Haimson-Fairhurst 模式。

破裂压力数据应用于钻井、修井、压裂、试油井下测试等井下工艺技术，钻井大多数是在裸眼中进行的，所以破裂压力数据在钻井方面尤为重要，它是钻井之前的井身结构设计，套管强度计算、钻井液密度设计等钻井工程设计内容的关键参数，特别是在一个新的区块开发之前，破裂压力这一数据为就重中之重了。

它决定着在这一新的区域内的所有钻井方案是否正确，并能否顺利执行和能否顺利完成。

压裂作业时，地层破裂力学模型如图所示。

此时，地层裂隙受地应力与压裂液共同作用。

考虑深层水力压裂主成垂直裂缝，且裂缝穿透整个煤层。

地应力与压裂液应力的最终有效合应力在裂隙壁面上是拉应力，当其合成应力强度因子K 达到临界值时，裂隙就开始失稳延伸。

地层的破裂压力对钻井液密度确定、井身结构和压裂设计施工等有着重要的指导作用。

从上世纪五六十年代，国内外就开始对地层破裂压力进行了研究，并取得了一系列的成果。

H-W 模型1957年Hubbert 和Willis 根据三轴压缩试验首次提出了地层破裂压力预测模式即H-W 模式指出破裂压力等于最小水平主应力加地层孔隙压力P p ,垂直有效主应力等于上覆压力P v 减P p 最小水平主应力在其1/3到1/2范围内,预测公式为:式中：f P — 地层破裂压力；p P — 地层空隙压力；v P — 上覆岩层压力；模型中上覆压力梯度为1的假设显然不符合实际,最小水平主应力为1/3到1/2垂直有效主应力范围的假设通常也带来偏低的结果。

1967年Matthews 和Kelly 在H-W 模式中引入了骨架应力系数i K ：）（p v i p f P -P K P P += 4-7 地层正常压实时，i K 反映了地层实际骨架应力状况其值由区块内已有破裂压力资料确定，i K 系数曲线的绘制需要大量实际压裂资料，限制了此方法的应用。

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

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

地层破裂压力

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。
5、最好用水泥车或试压泵作破试。
.
6
图3--13
pf
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8
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？
第四章地层破裂压力
.
1
一、地层破裂压力定义
-----使地层原有裂缝张开延伸或形成新的裂缝时的井内流体压力.
.
2
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。
.
3
（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。
2、上提钻具，关封井器。
3、以小排量,一般以0.8--14、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。
.
4
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5
注意事项；
.
9
• 解：A. Pf=0.0０98*1.45*2000+10

地层破裂(漏失)压力试验

在某些情况下，如地层孔隙度极低或裂缝闭合，漏失压力可能接近或等于破裂压力。
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