地层破裂压力实验图说明
地层破裂压力测定套管鞋试漏法讲解
SY 5430-92 地层破裂压力测定套管鞋试漏法1主题内容与适用范围本标准规定了用套管鞋试漏法确定地层破裂压力的试漏前的准备工作、试漏程序、试漏数据的采集及处理方法。
本标准适用于石油天然气钻井中地层破裂压力的测定。
2试漏前的准备2.1利用预测模式或邻井资料估算试漏层的破裂压力。
2.2根据2.1条估算结果及钻井液密度,选择合适的泵型和井口装置。
2.3井口安装后，采用封堵器清水试压，闸板防喷器以下整体试压到额定工作压力，稳压时间不少于3min，允许压降不超过0.7～1.0Mpa。
2.4校验立管和环空压力表。
2.5试漏层段应选在套管鞋下第一个3～5m厚的易漏层。
2.6调整钻井液性能，保证均匀稳定，以满足试漏施工要求。
3试漏程序3.1钻头提至套管鞋以上，井内灌满钻井液，关井。
3.2采用从钻具水眼或环空两种方式中的一种向井内泵入钻井液。
裸眼长度在5m以内的选用0.7～1L/s排量，超过5m的选用2～4L/s排量。
3. 3为了求取试漏层最小主地应力和岩石抗拉强度数据，地层压裂后应进行停泵和重张压力测量。
3.4当压力达到井口承压设备中的最小额定工作压力或套管承受的压力达到套管中的最小抗内压强度80%时仍未被压裂，应停止试验。
4试漏数据的采集4.1日期、时间、井号、井深、套管尺寸及下深、地层及岩性、钻井液密度、注入泵型号、缸套直径及冲数。
4.2每间隔20～50L泵入量或每间隔10～20s（泵速恒定）记录一次相应泵压和注入量或时间。
开始时记录点间隔可大些，后期应加密记录点。
正循环泵入时，泵压由立管或井口压力表读数千。
环空泵入时由环空压力表读数。
4.3地层压裂后，停泵1～2min，每间隔10～20s记录一次泵压。
4.4待泵压相对稳定后，重新开泵1～2min，每间隔10～20s记录一次重张压力。
5 试漏数据处理5.1作图a．若采集的数据是间隔时间和相应泵压，作成如图1所示的试漏曲线。
b. 若地层压裂前采集的数据是泵入量和相应的泵压，作成如图2所示的试漏曲线。
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。
地层破裂试验
中海油服油田化学事业部 2008年8月
1
第七讲内容
一．概述 二．试验方法 三．作业要点 四．试验程序 五．试验评价 六．常见问题
2
一、概述
一、概述
地层泄漏试验的目的，主要有： 1. 检测固井质量。 2. 获取实际的地层泄漏/破裂压力，以确定最大 许用当量钻井液密度和井控时的最大许用环空 关井压力。 3. 获取试验地层的其它资料。
5
4. 准备好压力记录纸； 5. 根据作业者做地漏试验的要求，可在泵头 排出端安装合适量程的压力表，便于查看 压力（注意：打紧2”高压由壬头后再装压 力表，拆时，装表时反之。） 6. 通知井队，输送20桶泥浆到固井计量柜， 保持搅拌； 7. 收集数据，如套管数据、套管鞋垂深、井 内泥浆密度，预测地层破裂梯度、破裂压 力等；
3
二、试验方法
试验设备：
固井泵，或泥浆泵 常用方法： ① 正注法，通过钻杆内 注入，常用。 ② 反注法。通过地面压 井管汇至防喷器组压 井管线，再进入套管 与钻具环空，少用。
4
固井管线
防喷器
扶正器
钻头起至套管鞋处 20"套管鞋 @ 502 26"井眼 @ 505 17-1/2"井深 @ 509 m m m
三、作业要点
设备准备
地层破裂试验主要准备工作：
1. 固井泵自身试压检验。查上排水、并实施 低压500Psi/5min和高压3000±Psi/10min 检查,合格！ 2. 提前对固井管线进行试压检验。 3. 检查固井操作台的15000Psi压力表工作情 况，必要时注传感油； 4. 检查马丁压力记录仪的压力传感胶囊并校 正压力记录表；
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五、试验评价
试验结果评价
地层破裂试验.
四、试验程序(续)
7.试验的最高极限泵压是固井后的套管抗内压试验 压力。 如果地层泄漏/破裂试验的泵压已达到极限泵压， 地层还没有泄漏/破裂，就终止试验。这时的极限 泵压，就是地层没泄漏/破裂时的最大试验泵压。 地漏试验/破裂试验压力曲线示意图见图11-1
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四、试验程序(续)
地漏试验/破裂试验压力曲线示意图
（Psi）
XXX 9-5/8 2725 2725 1.16 47＃，BTC,N80, 3000 7.25 3200 3500
井别
XXX 井眼尺寸 井深 井眼垂深 地层压力梯度 套管抗内压强度 套管鞋静压 返回体积 当量密度 试验日期
平台/钻机 26 2728 2728 1.28 9300 3161 4.25 1.97 XXX
7
四、试验程序
试验程序
1. 对套管进行压力试验后，钻出套管浮鞋及新地 层3-5米。 2. 循环与调整钻井液性能，要求密度均匀和10分 钟的静切力尽可能低。 3. 起钻头进入套管鞋内，关环形防喷器。 4. 固井泵向井内注入30桶±泥浆，要求固井泵以 40、80和120升/分的的低泵速循环，记录注入 量及泵压； 5. 固井管线试压到预计使地层破裂的泵压再加 6.89兆帕。 6. 用固井泵以选定的泵速，向钻杆内开始恒定地 泵入，记录泵压、泵入量和时间，并绘制泵压 对泵入量的变化曲线。
6
4. 准备好压力记录纸； 5. 根据作业者做地漏试验的要求，可在泵头 排出端安装合适量程的压力表，便于查看 压力（注意：打紧2”高压由壬头后再装压 力表，拆时，装表时反之。） 6. 通知井队，输送20桶泥浆到固井计量柜， 保持搅拌； 7. 收集数据，如套管数据、套管鞋垂深、井 内泥浆密度，预测地层破裂梯度、破裂压 力等；
2-岩石力学实验及地层压裂设计
岩石的纵横波 速度受其本身的弹 性参数影响。根据 纵横波速度可以得 出岩石的动态弹性 参数。
d
2 2 0.5 t s t p 2 2 t s t p
Ed G
2 3 ts 4 t 2 p
ts2 t 2 p
动静连测装置
动、静态参数转换
岩样的动、静态弹性参数呈相同的变化趋势。通 过进行回归计算，得到动静态参数转换公式。其系数 需要进行试验确定。
2
） 2S0ctg (45
2 o
2
）
c 2C octg(45o / 2）
3、岩石抗拉强度
岩石的抗拉强度远下于岩石的抗压强度，以岩体中一旦出现拉应力区，往 往该区先破坏。岩石抗拉强度室内测试方法分为两类：一类是直接法；另一类 是间接法。 1）直接拉伸实验
受力状态
将岩石两端固定，拉伸
式中：σr为井眼周围所受径向应力； σθ为井眼周围所受周向应 力；τ θr为井眼周围所受切应力；Pi为钻井液柱压力；θ为井眼 周围某点径向与最大水平主应力方向的夹角； σH为最大地应 力； σh为最小地应力；Pp为地层孔隙压力；a为有效应力系数。
重点， 随θ 角变 化而 变化
地层力学模型
直井--井壁稳定性-坍塌
A 2H
2
式中：
A ctg(45o
)
H为井深（m）
ρb为坍塌压力（g/cm3） η为应力非线性系数
Co为岩石的粘聚力（MPa）
岩石剪切破坏
直井--井壁稳定性-破裂
当井内的钻井液柱所产生的压力升高（泥浆密度过大）足以压裂地层，使其原有的裂 隙张开延伸或形成新的裂隙时的井内流体压力称为地层的破裂压力。从力学上说地层破 裂是由于井内钻井液密度过大使岩石所受的周向应力达到岩石的抗拉强度而造成的（压 裂、井漏、井喷）。即：
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。
第四章地层压力检测与地层破裂压力.pptx
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。
1.4 最大破裂压力当量钻井液密度
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。
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。
地层破裂压力试验
图3--13
pf
从图上
确定以下； Pf---破裂压力，单位为Mpa；
计算有关数值：
计算地层破裂压力Pf。 Pf = PL+0。0098mHf 式中 Pf---地层破裂压力，Mpa； PL---漏失压力，Mpa； Hf---套管鞋处垂深，m。 计算地层破裂压力梯度Gf
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
地层破裂压力实验目的：
1、确定最大使用的泥浆密度。
2、实测地层破裂压力。
Gf
pf Hf
Gf---地层破裂压力梯度，Mpa。
确定最大允许钻井液密度mmax
通常表层套管安全附加压力Sf=0.06g /cm3,
技术套管Sf=0.12g /cm3,
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
2）实验步骤 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。 上提钻具，关封井器。 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。 记录不同时间的注入量和立管压力。 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 流阀写泄压。 从直角坐标内做出注入量和立管压力的 关系曲线。如图
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。
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:()p p v 31fP P P P +-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21~ 4-6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。
2-岩石力学实验及地层压裂设计
1 2 3
1910年摩尔（Mohr）提出材料 的破坏是剪切破坏，并指出在 破坏面上的剪应力 是为该面 上法向应力的函数，即
f ( )
（1）
（2）
（1）真三轴 （2）常规三轴
摩尔—库伦准则
做3~5块实验得到摩尔圆与破裂线
低围压时破裂线方程为直线
tan(） S0
4、结果处理 得到岩石单轴压缩应力应变曲线。
1）设置加载速率 0.5~0.8MPa/s 2）实时记录数据 （如应力、应变) 3）试件破坏后停 止
2、岩石三轴压缩强度：
三轴抗压强度：指在三向压缩载荷下岩石所能承受的最大压应力。三 轴实验可分为真三轴和常规三周实验。柱塞样只能做常规三轴实验
岩石三轴剪切破坏
将岩石加工成特殊形状
t
Pt A
式中：P为试件承受最大的载荷 A垂直拉应力的横截面积
3
P（d 22 d 12） d 12
1 2 P
2）间接法
由于直接法技术复杂，要求高。故而各种间接法被人们所应用。如巴西劈 裂法。
试验方法：采用圆柱体和立方体试 件。沿着圆柱体直径方向施加集中 荷载（通过垫条实现）。试件受力 后就可能沿着受力的直径裂开。
应力集 中区
此时周向应力计算的取得最大值为：
3 H h Pi Pp
直井--井壁稳定性-坍塌
井壁坍塌压力的计算 因泥页岩的渗透率非常小，所以不考虑流体流动。在 θ为90̊或270̊处，将σθ和σr代 入摩尔—库伦强度准则。得：
b
（3 H h） 2C O A Pp(A 2 1)
静态杨氏模量
静态泊松比
E 静 0.6435 E 动 0.4396
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
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:()p p v 31fP P P P +-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21~ 4-6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。
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。
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
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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。
此时停泵，压力趋于平稳。
试验曲线的最高点。
反映了井内压力克服地层的强度使其破裂，形成裂缝，钻井液向裂缝中漏失，其后压力将下降。
3、延伸压力（PPRO）
压力趋于平缓的点。
它使裂缝向远处扩展延伸。
四、地层破裂压力试验
试漏前的准备
1、井口防喷器组安装好后，按设计要求试压合格。
2、检查好立管和环空压力表。
3、试验排量选择：
（SY 5430—92）《套管鞋试漏法》：裸眼长度在5m以内的选用0.7-1 L/s排量，超过5m的选用2-4 L/s排量。
井控教科书：0.8—1.32L/s
所以要用水泥车或专用试压设备。
4、调整钻井液性能，保证均匀稳定（密度、粘度、切力、含砂量）
四、地层破裂压力试验
试漏前的准备
5、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
四、地层破裂压力试验
地层破裂压力试验程序
1、钻头提至套管鞋以上，井内灌满钻井液，关井。
2、采用从钻具水眼或环空两种方式中的一种用选定小排量向井内泵入钻井液。
3、每间隔20～50L（选定一个固定量）泵入量或每间隔10～20s （泵速恒定、选择一个固定时间间隔）记录一次相应泵压和注入量或时间。
开始时记录点间隔可大些，后期应加密记录点。
正循环泵入时，泵压由立管或井口压力表读数。
环空泵入时由环空压力表读数。
四、地层破裂压力试验
地层破裂压力试验程序
4、当泵压开始下降时，停泵。
若不要求计算地层最小水平主地应力及试漏层岩石抗拉强度时，则试验结束。
否则继续下部试验。
5、停泵1～2min，每间隔10～20s记录一次泵压。
6、待泵压相对稳定后，重新开泵1-2min,每间隔10～20s记录一次重张压力。