第二节地层破裂压力知识分享
地层破裂压力
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。
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。
地层破裂压力试验共37页文档
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
地个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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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。
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。
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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。
1968年Pennebaker 指出上覆压力梯度是不断变化的，并将其与地质年代联系了起来。
他根据声波时差资料建立了一组上覆压力梯度与深度的关系曲线，这是第一次在破裂压力预测技术中引入测井手段。
Pennebaker 将i K 定义为泊松比和时间的函数，并指出i K 随深度和地质年代的变化而变化。
1969年伊顿（Eaton）提出上覆岩层压力梯度不是常数而是深度的函数，可由密度测井曲线求得，并把（4-7）式中的i K值具体化为υ/(1-υ)，υ为地层的泊松比。
提出预测破裂压力模式为：
然而这个μ值并不是真正的岩石泊松比它隐含了众多Eaton未想到的参数1973年Anderson考虑了井壁应力集中的影响引入Biot弹性多孔介质的应力应变关系在均匀水平地应力的假设下提出模型：
式中为Biot系数，Terzadhi根据试验结果提出对多数沉积岩可取α=1上式可简化为：
安德森提出用测井资料确定砂岩泥质含量和孔隙度并找出它们与岩层泊松比的关系后才能确定（4-10）式中的υ值，而对非砂岩地层的破裂压力仍无法预测。
由于导出（4-10）式时没有计入地下构造应力的影响，所以这个预测模式亦不具普遍意义。
1982年斯蒂芬（Stephen）提出了再预测破裂压力的模式中考虑构造应力的问题，但又做了均匀水平构造应力的假设，其预测模式为：
式中：ξ—均匀构造应力系数，可由实测破裂压力推算。
斯蒂芬公式只是伊顿公式的改进，多了一项均匀构造应力系数，但是在水平方向均匀构造应力的假设是不符合全世界多数地区的地应力状况的。
斯蒂芬
主张用在常压下测得的动弹模量推算的泊松比值而没有考虑地下岩层围压的作用以及动弹模量和静弹模量之间的差别所应进行的修正。
1986年黄蓉樽考虑到一般地应力是不均匀的，在三向应力的影响下，考虑井眼周围处于平面应力状态，利用弹性理论中kursh 关于无限平板中的小圆孔周围应力的解，推导出了地层破裂压力公式：
式中：t S —地层抗拉强度；
k =3α-β非均质地质构造应力系数。
由于岩石所处的应力状态对其泊松比有明显的影响应在模拟原地情况的前提下测定岩石的泊松比。
H-F 模型
与H-W 模式不同，Haimson 与Fairhurst 在1967年研究了水力压裂裂缝的起裂与延伸规律，他们认为裂缝的产生是由井壁应力集中所引起，增大井内流体压力会改变井壁应力状态，当应力超过井壁岩石抗张强度时地层便被压裂。
在储层均质、各向同性和弹性变形的假定下，他们考虑了水平主地应力在两个方向上不相等和压裂液向地层内达西渗流的影响，结合Biot 有效应力原理推导破裂压力预测模型为：
υ
υασσ---+-=
1212321t f S P 4-13 是否考虑渗流作用是H-W 模式与H-F 模式最明显的区别。
2000年 李传亮根据多孔介质双重有效应力理论，发展了H-F 模式，计算模型为：
2002年,他又给出了射孔完井条件下的破裂压力,计算模型
:
式中
c
ϕ
定义为触点孔隙度，可由镜下观察确定也可以用实验或试验结果反
求，利用测井资料获得连续的岩石力学参数剖面，再选用适当的模型预测地层破裂压力是目前最常用且较精确的方法。
然而怎样获取连续的触点孔隙度参数剖面还是个尚未解决的问题，它在一定程度上给这类模型的应用带来了不便。
2009年，李培超对李传亮的射孔完井破裂压力模型进行了修正，引入射孔深度参数，最终得到垂直井射孔完井破裂压力计算公式为：
李培超指出射孔井的最低破裂压力不是在井壁处出现，而是在射孔孔眼端部出现，并给出了极半径上破裂压力的估值曲线。
H-W模式和H-F模式是破裂压力预测中应用最广泛的技术。