在以上假设的前提条件下，Eaton得到破裂压力预测模式为：
Pf

1
( z Pp )
Eaton法适用于地层沉积较新，受构造影响小的连续 沉积盆地。而对于地层年代较老，构造运动影响大的区域，
其预测效果欠佳。
2、Stephtn法（1982）
Stephtn法的基本假设和 Eaton法一样，不同的是 Stephon认为地层中存在水平均匀构造应力。其表达式如下：
图9-9 渗透地层的压裂曲线
从这个例子可以看出曲线能够反映裂缝( crack)生长的形 式。如果停泵并关井，压力将逐渐下降，直到接近油藏的孔隙 压力。但是当裂缝闭合时，由于改变了流体的流型使压力下降 速率发生了变化。
第四节
微破裂试验 (mini-frac tests)
微破裂试验是一种注入少量流体的压裂试验。 这类试验的主要的目的是获取地层的破裂压力(fracture pressure )和原地应力状态信息。 试验所用流体的体积取决于被压裂的地层的类型，一般 小于1 m 3 。但是也有用到10 m 3 的情况。典型的流体是2%kcl 水溶液。为了减少流体的渗滤可向其中加些粘胶。压力有压力 传感器在井下测量。
如下四种基本用途。
1、克服近井地带污阻
目前的钻井技术不可避免的造成近井地带的污染，它包括 钻井液的液相污染和固相污染，这些污染常使油气从地层流入 井内的能力大为减弱。 水力压裂(hydraulic fracture )可以改造污染带，提高其 渗透性，建立良好的油流通道。 水力压裂后的油气产量可增加几倍到几十倍。
图9-7 上下层对裂缝的限制
二、压裂过程中的压力变化
为了从压裂过程中获取地层的力学性质和原地应力状 态(in site stress state )等信息，应该正确的观察记录
压裂过程中压力的变化。最好在井下压裂附近测量压力，
这将消除沿程水力压耗的影响。
考 虑 致 密 ， 非 渗 透 性 地 层 ， 水 力 压 裂 (hydraulic fracture )曲线如图9-8所示。在形成裂缝之前产生峰值压力， 称为break—down pressure。裂缝形成后压力将保持恒定或略
开裂压力 漏失 压力
图9-3
漏失试验曲线
如果想从漏失实验中获取更多的地层信息，实验过程应
如下图（图9-4）所示：
压力 Pf Ppro
Pr
Ps O
加压(P) 封井 停泵 P 封井
t（时间）
图9-4 水压破裂时封闭段的压力-时间曲线
（1）破裂压力(fracture pressure ) Pf ，压力最高 点，反映液柱压力克服地层的强度使其破裂，形成裂缝， 泥浆向裂缝( crack)中充填，其后压力下降。 （2）传播压力Ppro，压力趋于稳定，使裂缝向远处延 伸。
在生产过程中，为了扩大油藏与井眼的通道，要主动压裂 地层，这是一项非常有效的增产措施，既水力压裂(hydraulic
fracture )是开发生产过程中的重要增产措施。
在流体压力（fluid pressure ）作用下裂缝( crack)张 开，如果井眼压力减小裂缝会重新闭合、而利用裂缝来增加油
流通道，就应该使裂缝保持张开。通常用泵泵入砂粒或其他支
3、协助二次采油 压裂对于二次采油的油田有两个重要作用：一是在一定压力 下提高注水井的吸水量；二是为生产井提供高流通能力的流通通 道，增大注气或注水效率。
4、排除油田盐水 油井大量产出盐水，严重限制了原油的生产。通过水力压 裂(hydraulic fracture )便可以在任何一个地方打出低压高 注入量得井，供回注盐水使用。 为了实现上述功能，采油中的水力压裂不仅关心形成裂缝 (crack)的初始条件，更关心裂缝的走向和几何形状。
第九章 水力压裂
第一节
一、定义
当井眼压力(borehole pressure)足够高时，井壁
(borehole wall)会劈开一条裂缝(crack)，这一过程称为水 力压裂(hydraulic fracture )。
概
述
二、水力压裂裂缝扩展规律
裂缝(crack)总是沿着最有利的方向扩展(extended )和传 播，一般的情况下裂缝沿垂直于最小主地应力(minor
二、裂缝方位和几何形状
前面讲过裂缝( crack)总是沿垂直于最小主应力方向起裂 并扩展，这一结论无论对任何一种原有地应力条件都是成立的。 井的几何形状会限制裂缝几何形状(fracture geometry )， 如下图所示。 在射孔井中由于重力降低效应，裂缝有向上倾斜的趋势， 如图9-6c所示。
图9-6
裂缝几何形态
图9-7示意了一个砂岩层在上下均有一个页岩盖层。 图9-7c给出了各层地水平地应力大小。砂岩层与液岩层水 平应力差足以阻碍裂缝向页岩层扩展，结果形成椭圆形裂缝。 这种裂缝进一步扩展，由于缝壁受到向外的力会使缝宽变大。 这种约束并不是绝对的，它取决于岩石的强度和应力差的大小。 穿越不同层位的裂缝几何形状(fracture geometry )将更加复 杂。
1、 Eaton法（1969）
Eaton法在美国海湾地区应用比较广泛。该方法的前提条件是： （1） 岩层处于均匀水平地应力状态(horizontal in site
stress state )； （2）地下岩体充满节理、层理和微裂隙； （3）钻井液在压力作用下沿裂隙侵入，张开裂缝( crack)只 需克服垂直裂缝面的地应力。
h
。此时随着停泵时间的延长，泥浆
向裂缝两壁渗滤，液压下降。由于地应力的作用，裂缝将闭合。
（4）裂缝重张压力Pr，瞬时停泵后启动注入泵，从而使闭 合的裂缝重新张开。由于张开闭合裂缝(crack)所需的压力Pr与 破裂压力(fracture pressure ) Pf相比不需要克服岩石抗拉强 度(tensile strength ) ，因此可以近似认为破裂层抗拉强度 等于这两个压力的差。即：
裂缝闭和压力(crack closure pressure)是最重要的测量 参数。对于低渗透性低层可用ISIP值代替裂缝闭合压力，但是 准确的ISIP值也不宜确定，应通过多次重复试验搞准此值。 对于渗透性地层最好的办法是做一系列的泵入/倒流试验。 在泵入/倒流试验(pump-in/flow-back test )中，先以压裂时 的流速泵入一定量的流体，然后停泵让流体以一恒定速率倒流， 直到测出闭合点为止。如果倒流速率在一合理的范围内，那么 压力时间曲线上的反弯点即为闭合压力点，如下图所示。
一、 漏失试验(leak-off test )
在钻井过程中最容易出现破裂的层位是套管鞋附近。因此漏失 试验(leak-off test )是在下套管固井后，钻十几米后做，以确定 地层的最小破裂压力梯度(minor break-down pressure gradient )。 漏失试验(leak-off test )过程：关井，用水泥车通过钻杆泵 入泥浆，记录压力和时间或泵入量。当压力偏离直线时，停泵。 典型的漏失实验曲线如下图(图9－3)所示。
2、压开深远裂缝，提高井的产能 利用深穿透裂缝(crack)可以从一般油层中采出更多的石油， 使油井的控制面积增大。对于渗透性极低、能慢慢渗油的地层提 供大的泄油面积，从而最大限度油井的控制面积增大。使原来被 认为无开采价值的地区，现在也能进行有经济意义的开采。 同时，深穿透裂缝能够恢复并延长油井寿命。
t Pf Pr
当 地 层 存 在 大 量 微 裂 隙 时 ， 地 层 破 裂 压 力 (fracture pressure )并不比传播压力有明显升高。
二、地层破裂压力预测
通过漏失试验(leak-off test )只能确定套管鞋下某一段地层的 最小破裂压力值。但对整个井身剖面来说，并不总是遵循井深从上到
三、水力压裂(hydraulic fracture )的作用
1、钻井(drilling)过程中的水力压裂 在钻井过程中，意想不到的水力压裂会导致井漏(lost
circulation )，这是一个经常出现又很难对付的问题。严重
时会造成井眼失控而发生井下井喷(blowout )。
2、开发(oil production )过程中的水力压裂
3、黄荣樽法（1984） 在上世纪80年代，石油大学黄荣樽教授提出了新的预测地 层破裂压力(fracture pressure )的方法，其基本假设如下： （1）地层处于非均匀构造应力的作用之下； （2）井眼附近存在应力效应； （3）井壁破裂的原因是井壁应力超过岩层抗拉强度。
在上述假设条件下，考虑井眼的应力集中(borehole stress concentration )，得出直井的破裂压力(fracture pressure ) 表达式：
Pf 3 h H aPp t
其中：
H 1 w1 ( v aPp ) aPp
h 1 w2 ( v aPp ) aPp
式中，w1 、w2 分别为
H 方向和 h 方向的构造应力关系数。
撑剂使裂缝张开，形成高渗透性的油流通道，如图9-2所示。
图9-2
被支撑的裂缝
3、利用水力压裂进行地应力现场测量 分析水力压裂(hydraulic fracture )过程可获得许多地 层的力学信息，尤其是地应力(in site stresses )的大小与 方向。
第二节 钻井过程中的地层破裂压力
principal stress )的方向扩展。由于最小主地应力一般都是
水平方向，因此裂缝一般是垂直缝，对于直井，裂缝如下图所 示。
图9-1 直井水力压裂垂直裂缝
井眼中，水力压裂(hydraulic fracture )会在垂直于最小 地应力(minor in site stress )的方向产生两个对称的裂缝翼。 如果两个水平地应力(horizontal in site stress )相等，裂 缝( crack)方向就很难确定。