2025年地層破裂壓力試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.地層破裂壓力的本質(zhì)是：A.地層孔隙壓力的最大值B.井內(nèi)流體壓力達(dá)到使地層產(chǎn)生張性破裂的最小壓力C.地層水平地應(yīng)力的平均值D.巖石抗剪切強(qiáng)度的臨界值2.下列因素中，對(duì)地層破裂壓力影響最直接的是：A.地層埋深B.巖石顏色C.水平最小地應(yīng)力D.鉆井液密度3.HubbertWillis破裂壓力模型的核心假設(shè)是：A.地層處于塑性變形狀態(tài)B.水平地應(yīng)力大于垂向地應(yīng)力C.地層破裂由剪切破壞引起D.水平地應(yīng)力相等且忽略巖石抗拉強(qiáng)度4.現(xiàn)場(chǎng)漏失試驗(yàn)（LOT）的主要目的是：A.測(cè)量地層孔隙壓力B.確定地層承壓能力上限C.計(jì)算巖石彈性模量D.評(píng)估井壁穩(wěn)定性5.Eaton破裂壓力模型中，關(guān)鍵參數(shù)“有效應(yīng)力系數(shù)”的取值范圍通常為：A.0~0.5B.0.5~1.0C.1.0~1.5D.1.5~2.06.地層溫度升高時(shí)，破裂壓力通常會(huì)：A.顯著升高B.基本不變C.略有升高D.降低7.微破裂試驗(yàn)（MiniFrac）與常規(guī)漏失試驗(yàn)的主要區(qū)別是：A.試驗(yàn)流體為清水而非鉆井液B.試驗(yàn)排量更?。?lt;1L/s）C.僅適用于淺層地層D.直接測(cè)量地層孔隙壓力8.破裂壓力梯度的常用單位是：A.MPaB.MPa·mC.MPa/mD.kPa9.實(shí)驗(yàn)室測(cè)量巖石抗拉強(qiáng)度的常用方法是：A.單軸壓縮試驗(yàn)B.三軸剪切試驗(yàn)C.巴西劈裂試驗(yàn)D.聲波測(cè)井反演10.異常高壓地層（孔隙壓力梯度>0.018MPa/m）的破裂壓力通常：A.低于正常壓力地層B.與正常壓力地層相同C.高于正常壓力地層D.僅取決于巖石類型二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分。每題至少2個(gè)正確選項(xiàng)，錯(cuò)選、漏選均不得分）1.下列屬于地層破裂壓力主要影響因素的有：A.水平地應(yīng)力大小B.孔隙流體壓力C.巖石抗拉強(qiáng)度D.地層溫度2.目前常用的破裂壓力計(jì)算模型包括：A.HubbertWillis模型B.達(dá)西定律C.MatthewsKelly模型D.Eaton模型3.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施漏失試驗(yàn)時(shí)，關(guān)鍵操作步驟包括：A.替入高密度鉆井液B.關(guān)閉防噴器并逐步升壓C.記錄漏失起始?jí)毫吐┦Я緿.直接測(cè)量地層溫度4.導(dǎo)致地層破裂壓力異常（高于或低于理論值）的可能原因有：A.斷層或天然裂縫發(fā)育B.泥頁(yè)巖吸水膨脹導(dǎo)致地應(yīng)力變化C.高地溫梯度引起巖石力學(xué)性質(zhì)改變D.鉆井液密度過(guò)低5.地層破裂壓力在石油工程中的應(yīng)用包括：A.確定井身結(jié)構(gòu)中的套管下深B.設(shè)計(jì)壓裂施工的最高泵注壓力C.評(píng)估井控作業(yè)中的壓井風(fēng)險(xiǎn)D.計(jì)算地層滲透率三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述地層破裂壓力與漏失壓力的區(qū)別。2.說(shuō)明HubbertWillis破裂壓力模型的基本假設(shè)及其局限性。3.現(xiàn)場(chǎng)如何通過(guò)延伸試驗(yàn)（ExtendedLeakOffTest）獲取更準(zhǔn)確的破裂壓力數(shù)據(jù)？4.分析地層溫度升高對(duì)破裂壓力的影響機(jī)制。5.預(yù)測(cè)異常高壓地層的破裂壓力時(shí)，需特別注意哪些關(guān)鍵參數(shù)的獲取？四、計(jì)算題（共30分）1.（10分）某井在井深3200m處進(jìn)行漏失試驗(yàn)，測(cè)得漏失起始?jí)毫?8MPa，漏失后繼續(xù)升壓至65MPa時(shí)地層產(chǎn)生新裂縫（即破裂壓力）。計(jì)算該地層的破裂壓力梯度（保留4位小數(shù)）。2.（10分）某地層垂向地應(yīng)力梯度為0.022MPa/m，水平最小地應(yīng)力為垂向地應(yīng)力的0.8倍，孔隙壓力梯度為0.0115MPa/m，巖石抗拉強(qiáng)度為3MPa。采用修正的HubbertWillis模型（考慮巖石抗拉強(qiáng)度）計(jì)算該地層的破裂壓力（井深3500m）。3.（10分）某井原始破裂壓力梯度為0.0185MPa/m（基于常溫25℃計(jì)算），實(shí)際井底溫度為105℃（地表溫度25℃）。已知溫度每升高10℃，巖石熱膨脹導(dǎo)致有效應(yīng)力減小，破裂壓力梯度降低約3%。計(jì)算溫度修正后的破裂壓力梯度（保留5位小數(shù)）及3000m井深處的破裂壓力。五、綜合分析題（共25分）1.（12分）某井鉆至3800m時(shí)發(fā)生井漏，漏失試驗(yàn)顯示漏失壓力為65MPa，但根據(jù)測(cè)井資料計(jì)算的理論破裂壓力為72MPa。結(jié)合工程實(shí)際，分析可能導(dǎo)致“漏失壓力低于理論破裂壓力”的原因，并提出驗(yàn)證方法。2.（13分）某油田進(jìn)行壓裂施工時(shí)，設(shè)計(jì)破裂壓力為75MPa（井深3000m），但實(shí)際泵注壓力達(dá)到82MPa時(shí)地層才破裂。從破裂壓力影響因素角度，分析可能的工程問(wèn)題，并提出后續(xù)優(yōu)化措施。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.B解析：地層破裂壓力是井內(nèi)流體壓力達(dá)到使地層產(chǎn)生張性破裂的最小壓力，本質(zhì)是克服水平地應(yīng)力與巖石抗拉強(qiáng)度的合力。2.C解析：水平最小地應(yīng)力是破裂壓力的主要控制因素，直接決定了地層抗張破裂的阻力。3.D解析：HubbertWillis模型假設(shè)水平地應(yīng)力相等（σ_h=σ_H），且忽略巖石抗拉強(qiáng)度（T=0），僅考慮地應(yīng)力與孔隙壓力的關(guān)系。4.B解析：漏失試驗(yàn)通過(guò)逐步升壓至地層開(kāi)始漏失，確定地層能承受的最大壓力（即承壓能力上限）。5.B解析：有效應(yīng)力系數(shù)（α）反映孔隙壓力對(duì)有效應(yīng)力的影響，通常取值0.5~1.0（泥頁(yè)巖接近1，致密砂巖接近0.5）。6.D解析：溫度升高會(huì)引起巖石熱膨脹，降低有效應(yīng)力（σ'=σασ_p），從而降低破裂壓力。7.B解析：微破裂試驗(yàn)采用極小排量（通常<1L/s），通過(guò)壓力時(shí)間曲線分析地層破裂和閉合特征，精度高于常規(guī)漏失試驗(yàn)。8.C解析：破裂壓力梯度為單位井深的破裂壓力（MPa/m），反映地層承壓能力隨深度的變化。9.C解析：巴西劈裂試驗(yàn)通過(guò)對(duì)圓盤(pán)狀巖樣施加徑向壓力，間接測(cè)量巖石抗拉強(qiáng)度（T=2P/(πdL)）。10.C解析：異常高壓地層孔隙壓力高，有效應(yīng)力降低，但水平地應(yīng)力通常也更高（因欠壓實(shí)），綜合作用下破裂壓力常高于正常壓力地層。二、多項(xiàng)選擇題1.ABCD解析：破裂壓力受地應(yīng)力（σ_h）、孔隙壓力（p_p）、巖石強(qiáng)度（T）、溫度（影響σ_h和T）共同影響。2.ACD解析：MatthewsKelly、Eaton、HubbertWillis是常用模型；達(dá)西定律用于滲流計(jì)算，與破裂壓力無(wú)關(guān)。3.BC解析：漏失試驗(yàn)需關(guān)閉防噴器逐步升壓，記錄漏失起始?jí)毫吐┦Я?；替入鉆井液為前期準(zhǔn)備，溫度測(cè)量非關(guān)鍵步驟。4.ABC解析：斷層/裂縫發(fā)育會(huì)降低破裂壓力（漏失早），泥頁(yè)巖吸水膨脹可能增大σ_h（提高破裂壓力），高地溫降低破裂壓力；鉆井液密度過(guò)低與破裂壓力異常無(wú)直接因果。5.ABC解析：破裂壓力用于確定套管下深（避免壓漏地層）、壓裂泵壓上限、井控壓井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；滲透率需通過(guò)試井或測(cè)井計(jì)算。三、簡(jiǎn)答題1.區(qū)別：破裂壓力（FracturePressure）：井內(nèi)流體壓力達(dá)到使地層產(chǎn)生新張性裂縫的最小壓力（需克服σ_h和T）。漏失壓力（LeakOffPressure）：流體通過(guò)現(xiàn)有天然裂縫或高滲透層開(kāi)始漏失的壓力（可能低于破裂壓力）。關(guān)鍵差異：破裂壓力對(duì)應(yīng)新裂縫產(chǎn)生，漏失壓力可能對(duì)應(yīng)現(xiàn)有通道的開(kāi)啟。2.假設(shè)與局限性：假設(shè)：地層處于彈性狀態(tài)；水平地應(yīng)力相等（σ_h=σ_H）；忽略巖石抗拉強(qiáng)度（T=0）；孔隙壓力均勻分布。局限性：未考慮巖石抗拉強(qiáng)度（實(shí)際T=1~10MPa）；真實(shí)地應(yīng)力常非均勻（σ_h≠σ_H）；未考慮塑性變形或天然裂縫影響。3.延伸試驗(yàn)方法：在漏失試驗(yàn)基礎(chǔ)上，繼續(xù)以小排量泵入流體，使裂縫延伸并閉合；通過(guò)壓力時(shí)間曲線識(shí)別裂縫延伸壓力（P_ext）和閉合壓力（P_closing）；破裂壓力取P_ext，閉合壓力反映σ_h，可更準(zhǔn)確反演地應(yīng)力場(chǎng)，修正破裂壓力計(jì)算。4.溫度影響機(jī)制：熱膨脹效應(yīng)：溫度升高→巖石體積膨脹→約束條件下產(chǎn)生熱應(yīng)力→有效水平地應(yīng)力σ_h'=σ_hαΔT·E/(1ν)（降低）；巖石弱化：高溫可能降低巖石抗拉強(qiáng)度（T）；綜合結(jié)果：σ_h'和T降低→破裂壓力（P_f=σ_h'+p_pT）降低。5.異常高壓地層注意事項(xiàng)：準(zhǔn)確獲取孔隙壓力（需結(jié)合Dc指數(shù)、聲波測(cè)井校正，避免欠壓實(shí)誤判）；考慮地應(yīng)力各向異性（異常高壓層常伴隨σ_h非均勻分布）；測(cè)量巖石力學(xué)參數(shù)（T、E、ν）時(shí)需模擬地層溫度壓力條件；驗(yàn)證天然裂縫發(fā)育程度（通過(guò)成像測(cè)井或FMI資料）。四、計(jì)算題1.解：破裂壓力梯度（G_f）=破裂壓力（P_f）/井深（H）已知H=3200m，P_f=65MPaG_f=65/3200=0.0203125≈0.0203MPa/m答案：0.0203MPa/m2.解：修正HubbertWillis模型：P_f=σ_h+p_pT其中：σ_h=0.8×σ_v=0.8×0.022×3500=61.6MPap_p=0.0115×3500=40.25MPaT=3MPaP_f=61.6+40.253=98.85MPa答案：98.85MPa3.解：溫度升高ΔT=10525=80℃，每10℃降低3%，總降低幅度=80/10×3%=24%修正后梯度G_f'=G_f×(124%)=0.0185×0.76=0.01406MPa/m3000m井深破裂壓力P_f=0.01406×3000=42.18MPa答案：修正后梯度0.01406MPa/m，3000m處破裂壓力42.18MPa五、綜合分析題1.原因分析：天然裂縫或斷層發(fā)育：地層存在未識(shí)別的天然裂縫，流體沿裂縫漏失（漏失壓力低于新裂縫產(chǎn)生的破裂壓力）；巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)試誤差：實(shí)驗(yàn)室?guī)r心可能受取心擾動(dòng)，實(shí)際地層T低于測(cè)試值（導(dǎo)致理論P(yáng)_f偏高）；地應(yīng)力計(jì)算偏差：測(cè)井反演σ_h時(shí)未考慮泥頁(yè)巖吸水膨脹（實(shí)際σ_h低于計(jì)算值）；漏失試驗(yàn)操作問(wèn)題：升壓速率過(guò)快，未達(dá)到真正的破裂壓力即發(fā)生漏失。驗(yàn)證方法：重復(fù)漏失試驗(yàn)（降低升壓速率），觀察是否出現(xiàn)“壓力突降”（新裂縫產(chǎn)生特征）；實(shí)施微破裂試驗(yàn)（MiniFrac），通過(guò)壓力降落曲線分析裂縫閉合壓力（反映σ_h）；結(jié)合成像測(cè)井（FMI）識(shí)別天然裂縫發(fā)育程度；取心進(jìn)行高溫高壓巖石力學(xué)試驗(yàn)（模擬地層條件）。2.工程問(wèn)題分析：地應(yīng)力計(jì)算偏低：測(cè)井反演σ_h時(shí)未考慮構(gòu)造應(yīng)力（實(shí)際σ_h高于設(shè)計(jì)值）；巖石抗拉強(qiáng)度高估：實(shí)驗(yàn)室測(cè)試T=5MPa，但實(shí)際地層因膠結(jié)良好T=7MPa（需