2025年地层破裂压力试题及答案

2025年地层破裂压力试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.地层破裂压力的本质是：A.地层孔隙压力的最大值B.井内流体压力达到使地层产生张性破裂的最小压力C.地层水平地应力的平均值D.岩石抗剪切强度的临界值2.下列因素中，对地层破裂压力影响最直接的是：A.地层埋深B.岩石颜色C.水平最小地应力D.钻井液密度3.HubbertWillis破裂压力模型的核心假设是：A.地层处于塑性变形状态B.水平地应力大于垂向地应力C.地层破裂由剪切破坏引起D.水平地应力相等且忽略岩石抗拉强度4.现场漏失试验（LOT）的主要目的是：A.测量地层孔隙压力B.确定地层承压能力上限C.计算岩石弹性模量D.评估井壁稳定性5.Eaton破裂压力模型中，关键参数“有效应力系数”的取值范围通常为：A.0~0.5B.0.5~1.0C.1.0~1.5D.1.5~2.06.地层温度升高时，破裂压力通常会：A.显著升高B.基本不变C.略有升高D.降低7.微破裂试验（MiniFrac）与常规漏失试验的主要区别是：A.试验流体为清水而非钻井液B.试验排量更小（<1L/s）C.仅适用于浅层地层D.直接测量地层孔隙压力8.破裂压力梯度的常用单位是：A.MPaB.MPa·mC.MPa/mD.kPa9.实验室测量岩石抗拉强度的常用方法是：A.单轴压缩试验B.三轴剪切试验C.巴西劈裂试验D.声波测井反演10.异常高压地层（孔隙压力梯度>0.018MPa/m）的破裂压力通常：A.低于正常压力地层B.与正常压力地层相同C.高于正常压力地层D.仅取决于岩石类型二、多项选择题（每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.下列属于地层破裂压力主要影响因素的有：A.水平地应力大小B.孔隙流体压力C.岩石抗拉强度D.地层温度2.目前常用的破裂压力计算模型包括：A.HubbertWillis模型B.达西定律C.MatthewsKelly模型D.Eaton模型3.现场实施漏失试验时，关键操作步骤包括：A.替入高密度钻井液B.关闭防喷器并逐步升压C.记录漏失起始压力和漏失量D.直接测量地层温度4.导致地层破裂压力异常（高于或低于理论值）的可能原因有：A.断层或天然裂缝发育B.泥页岩吸水膨胀导致地应力变化C.高地温梯度引起岩石力学性质改变D.钻井液密度过低5.地层破裂压力在石油工程中的应用包括：A.确定井身结构中的套管下深B.设计压裂施工的最高泵注压力C.评估井控作业中的压井风险D.计算地层渗透率三、简答题（每题6分，共30分）1.简述地层破裂压力与漏失压力的区别。2.说明HubbertWillis破裂压力模型的基本假设及其局限性。3.现场如何通过延伸试验（ExtendedLeakOffTest）获取更准确的破裂压力数据？4.分析地层温度升高对破裂压力的影响机制。5.预测异常高压地层的破裂压力时，需特别注意哪些关键参数的获取？四、计算题（共30分）1.（10分）某井在井深3200m处进行漏失试验，测得漏失起始压力为58MPa，漏失后继续升压至65MPa时地层产生新裂缝（即破裂压力）。计算该地层的破裂压力梯度（保留4位小数）。2.（10分）某地层垂向地应力梯度为0.022MPa/m，水平最小地应力为垂向地应力的0.8倍，孔隙压力梯度为0.0115MPa/m，岩石抗拉强度为3MPa。采用修正的HubbertWillis模型（考虑岩石抗拉强度）计算该地层的破裂压力（井深3500m）。3.（10分）某井原始破裂压力梯度为0.0185MPa/m（基于常温25℃计算），实际井底温度为105℃（地表温度25℃）。已知温度每升高10℃，岩石热膨胀导致有效应力减小，破裂压力梯度降低约3%。计算温度修正后的破裂压力梯度（保留5位小数）及3000m井深处的破裂压力。五、综合分析题（共25分）1.（12分）某井钻至3800m时发生井漏，漏失试验显示漏失压力为65MPa，但根据测井资料计算的理论破裂压力为72MPa。结合工程实际，分析可能导致“漏失压力低于理论破裂压力”的原因，并提出验证方法。2.（13分）某油田进行压裂施工时，设计破裂压力为75MPa（井深3000m），但实际泵注压力达到82MPa时地层才破裂。从破裂压力影响因素角度，分析可能的工程问题，并提出后续优化措施。答案及解析一、单项选择题1.B解析：地层破裂压力是井内流体压力达到使地层产生张性破裂的最小压力，本质是克服水平地应力与岩石抗拉强度的合力。2.C解析：水平最小地应力是破裂压力的主要控制因素，直接决定了地层抗张破裂的阻力。3.D解析：HubbertWillis模型假设水平地应力相等（σ_h=σ_H），且忽略岩石抗拉强度（T=0），仅考虑地应力与孔隙压力的关系。4.B解析：漏失试验通过逐步升压至地层开始漏失，确定地层能承受的最大压力（即承压能力上限）。5.B解析：有效应力系数（α）反映孔隙压力对有效应力的影响，通常取值0.5~1.0（泥页岩接近1，致密砂岩接近0.5）。6.D解析：温度升高会引起岩石热膨胀，降低有效应力（σ'=σασ_p），从而降低破裂压力。7.B解析：微破裂试验采用极小排量（通常<1L/s），通过压力时间曲线分析地层破裂和闭合特征，精度高于常规漏失试验。8.C解析：破裂压力梯度为单位井深的破裂压力（MPa/m），反映地层承压能力随深度的变化。9.C解析：巴西劈裂试验通过对圆盘状岩样施加径向压力，间接测量岩石抗拉强度（T=2P/(πdL)）。10.C解析：异常高压地层孔隙压力高，有效应力降低，但水平地应力通常也更高（因欠压实），综合作用下破裂压力常高于正常压力地层。二、多项选择题1.ABCD解析：破裂压力受地应力（σ_h）、孔隙压力（p_p）、岩石强度（T）、温度（影响σ_h和T）共同影响。2.ACD解析：MatthewsKelly、Eaton、HubbertWillis是常用模型；达西定律用于渗流计算，与破裂压力无关。3.BC解析：漏失试验需关闭防喷器逐步升压，记录漏失起始压力和漏失量；替入钻井液为前期准备，温度测量非关键步骤。4.ABC解析：断层/裂缝发育会降低破裂压力（漏失早），泥页岩吸水膨胀可能增大σ_h（提高破裂压力），高地温降低破裂压力；钻井液密度过低与破裂压力异常无直接因果。5.ABC解析：破裂压力用于确定套管下深（避免压漏地层）、压裂泵压上限、井控压井风险评估；渗透率需通过试井或测井计算。三、简答题1.区别：破裂压力（FracturePressure）：井内流体压力达到使地层产生新张性裂缝的最小压力（需克服σ_h和T）。漏失压力（LeakOffPressure）：流体通过现有天然裂缝或高渗透层开始漏失的压力（可能低于破裂压力）。关键差异：破裂压力对应新裂缝产生，漏失压力可能对应现有通道的开启。2.假设与局限性：假设：地层处于弹性状态；水平地应力相等（σ_h=σ_H）；忽略岩石抗拉强度（T=0）；孔隙压力均匀分布。局限性：未考虑岩石抗拉强度（实际T=1~10MPa）；真实地应力常非均匀（σ_h≠σ_H）；未考虑塑性变形或天然裂缝影响。3.延伸试验方法：在漏失试验基础上，继续以小排量泵入流体，使裂缝延伸并闭合；通过压力时间曲线识别裂缝延伸压力（P_ext）和闭合压力（P_closing）；破裂压力取P_ext，闭合压力反映σ_h，可更准确反演地应力场，修正破裂压力计算。4.温度影响机制：热膨胀效应：温度升高→岩石体积膨胀→约束条件下产生热应力→有效水平地应力σ_h'=σ_hαΔT·E/(1ν)（降低）；岩石弱化：高温可能降低岩石抗拉强度（T）；综合结果：σ_h'和T降低→破裂压力（P_f=σ_h'+p_pT）降低。5.异常高压地层注意事项：准确获取孔隙压力（需结合Dc指数、声波测井校正，避免欠压实误判）；考虑地应力各向异性（异常高压层常伴随σ_h非均匀分布）；测量岩石力学参数（T、E、ν）时需模拟地层温度压力条件；验证天然裂缝发育程度（通过成像测井或FMI资料）。四、计算题1.解：破裂压力梯度（G_f）=破裂压力（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：温度升高ΔT=10525=80℃，每10℃降低3%，总降低幅度=80/10×3%=24%修正后梯度G_f'=G_f×(124%)=0.0185×0.76=0.01406MPa/m3000m井深破裂压力P_f=0.01406×3000=42.18MPa答案：修正后梯度0.01406MPa/m，3000m处破裂压力42.18MPa五、综合分析题1.原因分析：天然裂缝或断层发育：地层存在未识别的天然裂缝，流体沿裂缝漏失（漏失压力低于新裂缝产生的破裂压力）；岩石抗拉强度测试误差：实验室岩心可能受取心扰动，实际地层T低于测试值（导致理论P_f偏高）；地应力计算偏差：测井反演σ_h时未考虑泥页岩吸水膨胀（实际σ_h低于计算值）；漏失试验操作问题：升压速率过快，未达到真正的破裂压力即发生漏失。验证方法：重复漏失试验（降低升压速率），观察是否出现“压力突降”（新裂缝产生特征）；实施微破裂试验（MiniFrac），通过压力降落曲线分析裂缝闭合压力（反映σ_h）；结合成像测井（FMI）识别天然裂缝发育程度；取心进行高温高压岩石力学试验（模拟地层条件）。2.工程问题分析：地应力计算偏低：测井反演σ_h时未考虑构造应力（实际σ_h高于设计值）；岩石抗拉强度高估：实验室测试T=5MPa，但实际地层因胶结良好T=7MPa（需