地层破裂压力试验

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。

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。

地破压力试验操作程序
（1）钻穿水泥塞，钻入套管鞋以下第一个砂层3～5m，充分循环钻井液，使进出口性能趋于一致，然后将钻具上提至套管鞋内。

（2）井内完全灌满钻井液后，停泵关好半封闸板防喷器。

（3）用水泥车低排量(O.8～1.32l／s)由钻杆泵入钻井液。

（4）每泵入20L钻井液，静待2min或一直等压力趋于稳定。

（5）记录泵入钻井液累计量Q与相应的立管压力Pd。

（6）重复4、5步骤直到压力偏离最高压力并逐渐下降趋于平缓，进行瞬时停泵，记录瞬时停泵压力。

（7）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最小抗内压强度的80％时仍未被压裂，应停止试验。

（8）将原始数据录入井史，绘制压力Pd—Q曲线，确定出地层漏失压力PL和破裂压力P1。

（9）打开节流阀泄压,打开闸板防喷器。

（10）求出破裂压力的当量钻井液密度。

ρf＝ρm试＋PL/0.0098Hf
式中: ρf--—破裂压力当量密度，g／cm3；
ρm试—试验所用的钻井液密度，g／cm3；
PL—地层漏失时的井口压力，MPa；
Hf—套管鞋处垂深，m。

程序是可以查标准的，需要注意的以下几点
一是泵的排量一定要小。

2楼说的0.8-1.32完全适合。

二是地层的不同，有些地层做不出来的，脆性地层只做承压试验，应有所区别。

三是最好实现自动化。

试压泵连接打印机，打印初试验曲线。

防止作弊。

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。

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2004-9912-2780地层破裂压力计算方法研究进展及应用张广权 王丹丹(中国石化勘探开发研究院 北京 100083)摘 要：地层破裂压力预测不仅是钻井工程设计的基础，更是油气田经济高效开发的保障。

影响破裂压力的因素较多，与地层岩石弹性性质、孔隙压力、裂缝发育状况以及地应力等因素有关。

国内外在该参数的计算方面研究较多，很多研究人员提出了很多不同的计算方法，并且大量应用于现场实践中。

国外具有代表性的两种模式为Hubbert-Willis模式和Haimson-Fairhurst模式、三种计算方法包括伊顿法、史蒂芬法、安德森法。

国内主要有以黄荣樽为代表的一系列学者，通过改进模型、增加参数，建立了适合我国复杂地区的计算方法。

经过大量的实践和应用表明，地层破裂压力的预测在钻井工程和储气库评价和建设过程中起着极其重要的作用，是一个非常重要、不能忽视的参数。

关键词：地层破裂压力 孔隙压力 地应力 储气库 钻井工程中图分类号：TE142 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)08(b)-0024-05 Research Progress and Application of Calculation Method ofFormation Fracture PressureZHANG Guangquan WANG Dandan(Sinopec Petroleum Explorastion and Production Research Institute, Beijing, 100083 China) Abstract: Prediction of formation fracture pressure is not only the basis of drilling engineering design, but also the guarantee of economic and efficient development of oil and gas fields. There are many factors that affect the fracture pressure. It is related to the elastic property of rock, pore pressure, fracture development and in-situ stress. In terms of calculation methods of formation rupture pressure, many domestic and foreign scholars have proposed calculation methods, and they are widely used in field practice. During which, there are two representative models abroad: Hubbert-Willis model and Haimson-Fairhurst model, and three representative calculation methods, including Eaton method, Stephen method, and Anderson method. By improving the model and adding parameters, a series of domestic scholars, represented by Huang Rongzun, have established a calculation method suitable for China’s complex areas. A large number of practices and applications have shown that the prediction of formation fracture pressure plays an extremely important role in the evaluation and construction of drilling engineering and gas storage, and is a very important parameter that cannot be ignored.Key Words: Fracture pressure; Pore pressure; Geostress; Gas storage; Drilling engineering地层破裂压力在油田开发过程中应用越来越广泛，该参数在油田上应用较为广泛，多应用于钻井、压裂、试油等工艺技术，以及在地下储气库选址、建设过程中，该参数尤为重要，关系到储气库能否安全平稳运行。

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。

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。

随钻地层压力检测基本概念“正常”的地层流体压力大致等于流体液柱中的静水压力。

地层流体压力有的时候比静水压力高，有的时候比静水压力低。

两种“不正常”的压力条件都能引起钻井事故，而工业生产中最为关心的是特殊高压，有的时候称之为地质压力。

一、基本概念1、静水压力(Hydrostatic Pressure)静水压力是指单位液体重量与静液柱垂直高度的乘积。

与液柱的直径与形状无关。

静水压力的计算公式如下：10dH Ph ⨯=式中P h－静水压力，kg/cm2d－钻井液重量，g/cm3H－垂直深度，m2、帕斯卡定律(Pascal’s Law)帕斯卡定律阐述了静止流体中任何一点上各个方向的静水压力大小相等。

通过流体能够传递任何施加的压力，而不随距离的变化而降低。

根据帕斯卡定律，静水压力在液柱中给定的深度上，作用于任何方向上。

3、静水压力梯度（Hydrostatic Pressure Gradient ）静水压力梯度是指每单位深度上静水压力的变化量。

这个值描述了液体中压力的变化，表示为单位深度上所受到的压力。

其计量单位是kgF/cm 2/m 。

录井人员常用体积密度（g/cm3）来描述静水压力梯度，以便于同钻井液密度相对比。

静水压力梯度的计算公式如下：10V h PG P H P H == 式中 H PG －静水压力梯度，kg/cm 2/mP h －静水压力，kgf/cm 2P v －单位体积质量，g/cm 3H －实际垂直深度，m 。

应用体积密度（g/cm 3）时，静水压力梯度H G 的计算公式如下：V h G P LP H ==10 式中 H G －静水压力梯度，g/cm 34、地层孔隙压力（Pore Pressure ）地层孔隙压力是指作用在岩石孔隙中流体上的压力。

关于现场计算，孔隙压力与流体液柱的密度及垂直深度有关。

关于正常压力系统的地层，给定深度的真实孔隙压力等于液柱压力与流体流淌的压力缺失及温度效应的总与。

破裂压力试验
，是一种用于测试容器或管道是否能够承受一定压力而不发生破裂的试验方法。

这种试验通常用于工业领域，特别是在石油、化工、食品、医药等行业中，用于检测各种容器和管道的耐压性能。

破裂压力试验的原理是将被测试的容器或管道充入一定压力的介质，然后增加压力直至容器或管道发生破裂。

通过记录破裂时的压力数值，可以评估该容器或管道的抗压性能。

破裂压力试验的步骤如下：
1. 准备测试样品：选择要测试的容器或管道，并检查其外观和内部结构，确保没有明显的破损或缺陷。

2. 封闭容器或管道：将容器或管道封闭，确保没有漏气的地方。

3. 充入介质：将介质（通常是气体或液体）充入容器或管道，使其达到一定压力。

4. 增加压力：逐渐增加压力，直至容器或管道发生破裂。

记录下此时的压力数值。

5. 分析结果：根据破裂时的压力数值，评估容器或管道的抗压性能，确定其能否满足设计要求。

破裂压力试验的应用范围很广泛。

在石油行业中，破裂压力试验常用于测试油气管道的耐压性能，以确保管道在高压下不会发生泄漏或破裂。

在化工行业中，破裂压力试验用于测试化学容器的耐压性能，以确保在高温高压下不会发生事故。

在食品和医药行业中，破裂压力试验常用于测试包装容器的耐压性能，以确保食品和药品的安全。

总之，破裂压力试验是一种重要的测试方法，可以帮助工程师和技术人员评估各
种容器和管道的耐压性能，确保其安全可靠运行。

通过对容器或管道进行破裂压力试验，可以及早发现潜在的安全隐患，保障生产过程的安全稳定运行。