地层破裂压力的影响因素综述
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；
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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。
地层压力计算的主要影响因素分析
地层压力计算的主要影响因素分析地层压力计算是石油工程中非常重要的一项工作，它直接影响着油井的设计、施工和生产。
地层压力是指地下岩石及矿床内部受到覆压作用而产生的应力状态，它是地质构造和地下水位的结果。
地层压力计算的主要影响因素包括地质构造、地下水位、岩石性质等。
本文将对地层压力计算的主要影响因素进行分析。
一、地质构造地质构造是指地球表面和地下岩石体系的形态、结构和发育规律。
地质构造对地层压力有着直接的影响。
在地层受到外部应力的作用下，地质构造对地层的压力分布起到了调节作用。
常见的地质构造形式有背斜、断裂、褶皱等，这些地质构造形式会对地层压力产生影响。
背斜和断裂部位通常会导致地层的压力变化，褶皱部位地层的产状也会受到地质构造的影响。
在进行地层压力计算时，需要充分考虑地质构造的影响，以便更准确地评估地层压力。
二、地下水位地下水位是指地下水的水位高度。
地下水位的变化会对地层压力产生影响。
当地下水位下降时，地层中的孔隙水会被抽走，地层的有效应力会增大，导致地层压力增加。
而当地下水位上升时，地层中的孔隙水会增加，地层的有效应力会减小，导致地层压力减小。
地下水位的变化会对地层压力产生影响，地下水位的变化是地层压力计算的一个重要影响因素。
三、岩石性质岩石性质是指岩石的物理性质和力学性质。
地层压力的大小与岩石的物理性质和力学性质有着密切的关系。
不同的岩石性质会导致地层压力的不同变化。
岩石的孔隙度和渗透率会对地层压力产生影响，孔隙度和渗透率越大，地层压力越小；如果岩石的孔隙度和渗透率越小，地层压力越大。
岩石的抗压强度、渗透性、蠕变特性等力学性质也会对地层压力产生影响。
在进行地层压力计算时，需要充分考虑岩石的性质，以便更准确地评估地层压力。
四、地质时期地质时期是石油勘探开发中经常遇到的一个概念，不同的地质时期会对地层压力产生影响。
不同地质时期的地质作用形成的地层结构不同，地层的受力状态也会有所不同。
在构造期地层中，地层压力通常较大，而在破裂期和破碎期地层中，地层压力通常较小。
地层压力计算的主要影响因素分析
地层压力计算的主要影响因素分析
地层压力是油气勘探开发的重要参数，其准确的计算对于油气田勘探开发的成功至关重要。
但是，地层压力的计算涉及到多个因素的影响，因此需要进行详细的分析和研究。
下面将对地层压力计算的主要影响因素进行分析。
1. 重力因素
地球重力会对地层压力产生影响。
地球引力会对地层产生压力，其大小跟地球质量、半径直径以及地层厚度有关。
2. 地质构造因素
地层构造是指由地质活动引起的地层形变和构造性质的总和。
地层构造的变化会影响地层的压力。
地球内部的构造因素会影响到地壳、地幔及地核等多个地层的压力变化。
沉积是指某个地区地表上各种物质沉积到地下形成的岩层，沉积压力在地层压力计算中起到了非常重要的作用，其大小受影响的因素比较复杂。
一般来说，沉积压力会随着深度的增大而增大，而厚度越大，沉积压力越大。
4. 岩性因素
岩石的性质也会影响到地层的压力变化。
经过长时间的沉积，岩石的密度和压缩性会逐渐增强，从而导致地层压力的增加。
同时，不同的岩石类型和物质成分也会对地层压力的计算产生影响。
5. 温度因素
地壳内部温度变化对地层压力的计算也有较大的影响。
地球内部的温度随着深度的增大而逐渐升高，这也会导致地层的压力增大。
同时，温度的变化还会对地层的变形和流动等物理特性产生影响。
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 ：
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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
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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
地层压力计算的主要影响因素分析
地层压力计算的主要影响因素分析
地层压力是指岩石在地层中所受到的垂直于地层面的力。
地层压力的准确计算对于地质勘探、油气开发等领域具有重要意义。
地层压力的计算受到许多因素的影响，主要包括地质条件、地层厚度、岩石性质、地层深度和孔隙压力等。
下面将对这些因素进行详细分析。
1. 地质条件：地质条件是影响地层压力的主要因素之一。
不同地区的地质结构、构造形态和地层堆积方式都会对地层压力产生不同的影响。
在隆起带和凹陷带，地层压力会呈现出相反的变化趋势。
各个地层之间的连通性也会对地层压力的分布产生影响。
2. 地层厚度：地层厚度是地层压力计算中的一个重要参数。
地层厚度越大，承受的垂直压力就越大。
不同地层的厚度差异也会导致地层压力的变化。
3. 岩石性质：岩石的性质对地层压力有重要影响。
不同类型的岩石具有不同的本构关系，对压力的响应也不同。
岩石的可压缩性、渗透性和孔隙度都会对地层压力的分布产生影响。
5. 孔隙压力：孔隙压力是指在地层中存在的孔隙中的流体的压力。
孔隙压力对地层压力的计算具有重要作用。
不同地层中孔隙压力的变化也会影响地层压力的分布。
地层压力的计算是一个综合考虑多种因素的复杂问题。
只有全面地分析各种因素的影响，才能得到准确的地层压力计算结果，为地质勘探和油气开发提供科学依据。
地层压力计算的主要影响因素分析
地层压力计算的主要影响因素分析地层压力是地球内部岩石受到地壳运动和地球自身重力作用所产生的压力，是石油、天然气等矿产资源勘探和开发中十分重要的参数之一。
正确、准确地计算地层压力对于矿产资源勘探具有重要的指导意义，同时也对油田开发和生产中有着重要的应用价值。
地层压力的计算是一项复杂的工作，受到许多因素的影响。
下面就分析一下地层压力计算的主要影响因素。
一、地层岩石性质岩石的密度和压缩性是决定地层压力的重要因素。
一般来说，岩石的密度越大，地层压力也就越大。
而岩石的压缩性则决定了岩石在受到应力作用下的变形程度，影响了地层压力的传递和分布方式。
二、地面重力地面重力是地层压力的重要来源之一，地球自身的质量对地壳下方岩石产生了大量的压力。
在地层压力计算中，地面重力是一个重要的参考参数，尤其是在近地表地层中，地面重力对地层压力的影响更加显著。
三、地表载荷地表载荷是指地表以上外部应力对地层压力的影响。
例如建筑物、道路、水库等地表工程设施所产生的载荷会影响地下地层的压力分布。
在石油勘探和开发中，地表载荷的变化对地层压力的计算和分析具有一定的影响。
四、沉积作用地层的沉积作用对地层压力的产生有着重要的影响。
当沉积物在地层中积累后，经过长时间的压实和抗褶作用，会形成较高的地层压力。
沉积作用会影响地层的孔隙度和渗透率，从而影响了地层压力的传递和分布。
五、构造活动构造活动是指地壳运动所造成的地层变形和应力作用。
构造活动会使地层发生变形和抬升，影响地层压力的传递和变化。
在构造活动剧烈的地区，地层压力的分布会更加复杂和不均匀，对地层压力的计算和分析提出了更高的要求。
六、温度和流体作用地下地层的温度和流体对地层压力有着重要的影响。
温度的变化会影响地层岩石的物理性质，导致地层压力的变化。
而地下流体的运动也会对地层压力产生一定的影响，特别是在含水层和油气层中，地下流体对地层压力的影响更加显著。
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地层破裂压力的影响因素综述陶永富，乔 梁，张华琴，孙继丰（１．玉门油田分公司勘探开发研究院，甘肃酒泉 ７３５０００；２．玉门油田分公司鸭儿峡采油厂，甘肃玉门 ７３５２００） 摘 要：地层破裂压力是压裂设计所需的基础参数之一，有效降低地层破裂压力对于确保压裂成功具有重要意义。
然而影响破裂压力的因素较多，对压裂施工提出了极大挑战。
本文在国内外研究工作的基础上，总结了各因素对地层破裂压力的具体影响，提供了有效降低地层破裂压力的方法和思路。
关键词：压裂；破裂压力；套管；射孔 中图分类号：ＴＥ２４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１９）０１—００４９—０３ 地层破裂压力定义为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。
如今地层破裂压力预测技术已有多种，特别是破裂压力预测模型，这对预防漏、喷、塌、卡等钻井事故的发生有着重要的意义。
对压裂而言，大多数油气井都是套管射孔完井，对破裂压力的预测除了考虑地应力和岩石力学性质外，还需考虑套管、水泥环和射孔对破裂压力的影响。
１ 套管对破裂压力的影响当套管和地层岩石的弹性模量相同时，可忽略套管的影响。
然而随着套管的弹性模量的增加，裂缝起裂压力增加［１］。
原因在于，随着套管弹性模量的增加，一部分井筒压力不能传播到地层，进而需要更高的井筒压力去压开地层。
２ 水泥环对破裂压力的影响在压裂施工时井底压力逐渐增加，压裂液将在射孔通道某处垂直于最小主应力方向压开一条裂缝。
起裂位置可能发生在水泥环上进而产生微环隙，也有可能发生在地层岩石的某个位置。
一般来说，射孔方案的设计应当满足：避免裂缝在水泥环上起裂和避免产生微环隙。
在射孔孔眼的的第一段（水泥环），压裂液暴露于水泥环上，如果水泥环的抗张强度小于射孔孔道上其它位置的起裂压力，那么裂缝将在水泥环上起裂而产生微环隙［２］。
根据的Ｆａｌｌａｈｚａｄｅｈ等人研究表明在地层温度高于压裂液的条件下，随着泊松比、弹性模量、热线性膨胀系数和孔隙压力的增加，水泥环破裂压力降低［１］。
所以可通过调整这４种参数来适当提升水泥环破裂压力，进而避免产生微环隙效应。
３ 射孔参数对破裂压力的影响不少学者通过有限元方法、真三轴模拟实验、位移不连续方法等对射孔井的破裂压力进行了研究，得出了许多有价值的结论。
３．１ 射孔方位角破裂压力随着射孔方位角的增加而增大［３，４～１１，１２］。
若射孔孔眼方向与最大水平主应力方向一致（即射孔方位角为０°或１８０°），裂缝起裂后一直沿着孔眼方向延伸，形成平整规则的双翼裂缝；若射孔孔眼方向与最大水平主应力不一致，裂缝首先沿着射孔孔眼方向起裂，然后转到最佳裂缝面，裂缝转向距离随着射孔方位角的增大而增大［３］。
图１ 压裂液通过微环隙造缝示意图导致微环隙产生的原因除了水泥环力学性质不合适外，另一个原因就是射孔定向不好［１，２，１３］。
在没９４ ２０１９年第１期 内蒙古石油化工收稿日期：２０１８－１１－１６作者简介：陶永富（１９８９—），男，汉族，四川南充，硕士研究生，助理工程师。
有最优的射孔方位条件下，受微环隙的影响，裂缝起裂将与裸眼完井条件下相同［１４］。
其起裂压力将明显高于裸眼井，但是起裂位置与裸眼井情况相同。
但是支撑剂在通过窄点（如图１）时容易发生桥堵而脱砂，导致施工压力增大，甚至导致压裂施工失败。
为了避免受微环隙的影响，射孔方位角一般控制在１０°以内［１４－１５］。
３．２ 布孔方式布孔方式指射孔孔眼在地层中的排列方式（图２）。
根据有限元数值模拟结果，在同一射孔方位下，线状布孔时破裂压力最大，交错布孔时破裂压力最小［８］。
图２ ３种布孔方式３．３ 射孔密度随着射孔密度的增加，破裂压力降低［１１－１２］。
当射孔密度小于１６个／ｍ时，破裂压力随着射孔密度的增加缓慢降低，此时射孔密度对起裂压力的影响较小；当射孔密度大于１６个／ｍ时，破裂压力随着射孔密度的增加迅速降低，此时射孔密度对起裂压力的影响比较显著。
考虑到射孔的存在必然导致套管强度降低，射孔数目越多套管强度降低越大，因此并不是射孔密度越大就越好。
张广清等［１６］给出１３／ｍ左右为射孔密度最优值。
３．４ 射孔深度破裂压力随射孔深度的增加而减小［８－１１］，特别是对深井而言，造深孔比造大孔径炮眼更受欢迎，更容易穿透应力变化带［１７］。
但是在分别讨论孔眼根部和孔眼尖端的起裂压力时研究结果有所不同。
刘建军等人［１１］数值模拟结果表明，射孔长度对孔眼端部及根部岩石破裂压力的影响规律基本一致。
随着射孔长度的增加破裂压力基本呈线性递减，变化趋势较小，如图３（ａ）所示。
而王素玲等人［１０］数值模拟结果（如图３（ｂ））表明，当考虑在射孔根部起裂时，随着射孔深度的增加起裂压力先减小后增加。
因为当射孔深度较小时，由钻井引起的近井筒地带地应力的变化没有消除，对裂缝起裂起到限制作用，随着射孔深度增大，在射孔眼的尖端不受近井筒地带地应力的影响，且在孔压的作用下产生的应力集中对孔眼根部的应力起到叠加作用，使得孔眼根部的起裂压力降低，当射孔深度超过一定值时，射孔眼尖端与根部的应力区相互影响较小，因此，起裂压力增加。
当在射孔尖端起裂时，随着射孔深度的增加起裂压力降低，与前者结论相同。
图３ 破裂压力与射孔深度的关系３．５ 射孔直径随着孔眼直径增加，破裂压力降低［９－１２］。
适当增加射孔直径既可增大地层的泄油面积，提高油井产量，也可以降低压裂时对地面设备的要求，进而降低压裂成本。
３．６ 应力差当射孔方位为０°时应力差对地层破裂压力没有影响；当射孔方位角较小（０°～４０°）时破裂压力随远场应力差的变化很小；当射孔方位角较大（６０°～９０°）时破裂压力随着压力差的增大而急剧增大［７］。
４ 结束语①当套管的弹性模量较大时，预测地层破裂压力不可忽略套管的影响；②水泥环力学性质和射孔方位角是引起微环隙产生的主要原因，微环隙不利于压裂施工；③射孔井破裂压力随射孔方位角的增加而升高；随射孔密度、射孔深度、射孔直径的增加而减小。
３中布孔方式中，交错布孔方式最佳。
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