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1、,盐膏层钻井技术唐 继 平,盐膏层钻井技术,概况,复合盐层钻井技术,纯盐层钻井技术,概况,盐膏层固井技术,钻井监督工作要点,分布情况,概 况（之一）,中国大陆钻探发现的盐膏层分布范围广泛，塔里木、中原、江汉、华北、吉林、辽河和胜利等油田都曾有钻遇盐膏层时发生卡钻、套管挤毁，甚至油井报废的恶性事故报道。 盐膏层主要分布在第三系，石碳系和寒武系地层，分属泻湖陆相沉积和滨海相沉积。,纯盐层,复合盐层,复合盐层,概 况（之二）,分类及其特征,1,2,复合盐层是陆相盐湖沉积的产物，其岩性成分非常复杂，主要是盐、膏、泥岩、砂岩、硬石膏、芒硝、含盐膏软泥岩等。在纵向剖面上大多以薄互层的形式交替出现。,概 况
2、（之二）,分类及其特征,塔里木油田吐北2井下第三系盐岩,根据不同岩性特征，复合盐层可分为三种主要类型（以塔里木为例）： 第一类复合盐层：以石膏、膏泥岩、泥膏岩为主，中间夹泥岩泥质粉砂岩形成不等厚互层，石膏主要在该段的上部及下部，中部主要为膏质泥岩。 石膏在沉积过程中受高温高压的作用，发生脱水反应，井眼钻开前具有硬石膏的性质，井眼钻开后，硬石膏吸水膨胀，导致井眼缩径，夹杂在泥页岩中，充填在泥页岩裂缝中的硬石膏吸水膨胀后，导致井壁剥落、掉块或垮塌。 该类复合盐层主要分布在英买力构造和买盖提斜坡构造，钻遇这类盐层比较典型的井有两口：英买12井和英买901井。,概 况（之二）,分类及其特征,第二类型复
3、合盐层：以盐岩、石膏、膏泥岩、泥膏岩为主，中间夹薄层泥岩、泥质粉砂岩。盐岩在该段的上、中部，石膏、膏泥岩、泥膏岩交互沉积于全井段，在砂泥岩的孔洞、裂隙中充填白色盐和石膏。 这种类型的复合盐层除了具有第一种类型复合盐层的特点，还具有盐岩蠕变缩径，盐溶后井壁垮塌等特征，特别是在深井、高温条件下盐岩层的蠕变速率可高到立即闭合卡死钻头的程度(亚肯3井)。 这类盐层主要分布在英买力构造西部和亚肯断裂带。钻遇此类型盐层的井有英买8、亚肯3、齐满1、牙哈1、迪那22等井。,概 况（之二）,分类及其特征,第三类型复合盐层：以盐岩、含盐膏软泥岩、石膏岩、膏泥岩为主，中间夹薄层泥岩、泥质粉砂岩。盐层成厚薄不等分布
4、于全井段，单层最大厚度70米(南喀1井)。 盐岩、石膏岩和膏泥岩的待征与前两种类型盐层相同。软泥岩存在于盐层、膏层或膏泥岩层中间，厚26米，单层最大厚度为31米，其主成分为褐色泥岩，具有含盐膏、欠压实、含水量大、强度低、可钻性好和易塑性流动等特点，当钻井液液柱压力不能平衡其蠕变时极易造成缩径卡钻。这类复合盐层还普遍受构造应力和断层的影响，其钻井难度很大。,概 况（之二）,分类及其特征,第三类型复合盐层主要分布在羊塔克构造带、南喀拉玉尔滚构造、东秋立塔克构造、克拉苏构造和却勒塔克构造带。目前这种类型的复合盐层已在22口井中钻遇，比较典型的有东秋5井、南喀1井、羊塔克1井、克拉2井、却勒1井，秋参
5、1井。 而群5井的下第三系钻遇的复合盐层以石膏岩、膏泥岩为主，中间夹薄层软泥岩。,概 况（之二）,分类及其特征,纯盐层,复合盐层,纯盐层,概 况（之二）,分类及其特征,1,2,纯盐层有滨海相和内陆相盐湖沉积两种成岩环境，基本物质以氯化钠为主，也含有其他复合盐类，如：氯化钙、氯化钾、芒硝等。其岩性在纵向剖面上盐岩单层厚度大，质较纯，有些与砂岩成韵律层交替出现，有些单层厚度可以达到上千米。,概 况（之二）,分类及其特征,概 况（之三）,盐膏层对钻井工程危害,盐岩的塑性变形产生井径缩小；以泥岩为胎体，在其微观、宏观裂隙中充填了盐膏的含盐膏泥岩，存在于第二类或第三类盐之间，形成良好的圈团，自由水在沉积
6、过程中未完全运移出去，以“软泥”的形式深埋于地层中，蠕变速率极高。以盐为胎体或胶结物的泥页岩、粉砂岩或硬石膏团块，遇矿化度低的水会溶解。盐溶的结果导致泥页岩、粉砂岩、硬石膏团块失去支撑而坍塌。,概 况（之三）,盐膏层对钻井工程危害,夹在岩盐层间的薄层泥页岩、粉砂岩，盐溶后上下失去承托，在机械碰撞作用下掉块、坍塌。 山前构造多次构造运动所形成的构造应力加速复合盐层的蠕变和井壁失稳。 无水石膏等吸水膨胀、垮塌。无水石膏吸水变成二水石膏体积会增大26%左右，其它盐类如芒硝、氯化镁、氯化钙等也具有类似性质。 石膏或含石膏的泥岩在井内泥浆液柱压力不能平衡地层本身的横向应力时，会向井内运移垮塌。,概 况（
7、之三）,盐膏层对钻井工程危害,盐膏层段非均匀载荷引起套管挤毁变形。盐膏层在构造应力、上覆岩石压力、温度、倾角、厚度等因素作用下，会发生溶解、蠕变、滑移或塑性流动，对套管产生相当大的外挤载荷，致使套管挤扁、弯曲、变形甚至错断。 盐膏层造成套损的主要典型是中原油田，中原油田一般井深在17003600米，套损深度主要集中在20002800米，而该井段主要为盐膏层、断层集中段。,概 况（之三）,盐膏层对钻井工程危害,概 况（之三）,盐膏层对钻井工程危害,概 况（之三）,盐膏层对钻井工程危害,概 况（之四）,盐膏层钻井技术概述,盐膏层钻井技术主要涉及钻井液技术、井身结构设计、钻井工艺措施与固井技术等方面
8、，其中，合适的钻井液密度和钻井液体系是核心，井身结构是基础，综合的钻井技术是关键。具体可以归纳为以下几个方面：1 、盐膏层岩石理化性能的分析通过相应的分析方法和相关的实验技术来测定、分析盐膏层岩石物理特性与化学组成，钻井实践表明，对盐膏层岩石的理化性能测定，有助于分析井下复杂情况的原因及对策，特别对于适应于地层的钻井液优化设计非常重要，对顺利钻穿复杂盐膏层起着至关重要的作用，同时也有利于钻井液技术的科学化标准化管理。,概 况（之四）,盐膏层钻井技术概述,2.盐膏层蠕变规律的研究目前国内外，主要利用能进行温度控制、围压控制、轴压控制、孔隙压力控制和变形控制的三轴岩石试验装置，对试样进行各种温度条
9、件下的三轴压缩蠕变实验研究，得到不同温度和压力水平下的岩石蠕变试验曲线，分析盐膏岩随时间变形的规律，获得盐膏岩的受力变形的本构关系，结合现场实际情况，确定维持盐膏岩地层适当缩径率的钻井液密度，选择合适的井身结构，设计适合盐膏岩地层的套管，优选钻井液体系。,概 况（之四）,盐膏层钻井技术概述,3. 盐膏层合理井身结构的确定和套管设计盐膏层地质条件复杂，横向、纵向分布不均匀，岩性复杂，存在不同的压力系统，因此需要合理的井身结构避免盐膏层上部或下部地层可能产生的复杂情况。蠕变状态下的盐膏层将地层上覆载荷及构造应力作用到套管上，导致套管变形和损坏，因此在套管设计时应研究盐膏层段套管选材、套管串组合及其
10、强度。,概 况（之四）,盐膏层钻井技术概述,4.盐膏层钻井液的密度确定及其体系设计根据盐膏层的蠕变特点和岩石理化性能，确定适合于钻盐膏层的钻井液密度和性能，能大大减少钻井过程中的复杂情况，并有一套与钻井液体系相配套的设计、配制、维护和应用技术。5.盐膏层钻井工程技术措施的优化确定合理的井身结构和合适的钻井液体系、性能后，针对盐膏层特点，通过对已往盐膏层钻井的总结，优化钻井工程技术措施，才能保证盐膏层安全钻进。,盐膏层钻井技术,概况,复合盐层钻井技术,纯盐层钻井技术,盐膏层固井技术,钻井监督工作要点,复合盐层钻井技术,复合盐层钻井技术（之一）,井眼失稳原因及特征,复合盐层井壁失稳的主要原因，是钻
11、井液滤液矿化度低和密度低，钻井液与地层之间既没有达到化学平衡又没有达到力学平衡。,一、井壁失稳形式及典型事例,含盐泥岩、粉砂岩、微裂缝发育的泥页岩的缩径,垮塌、掉块,岩盐的塑性流动,1,2,3,井眼失稳原因及特征,深层盐岩会产生塑性流动，从而使井眼缩径，甚至挤毁套管，这已为国内外大量钻井实践证实。盐岩的塑性流动主要受上覆岩层压力、构造应力和井温的影响。,一、井壁失稳形式及典型事例,1、盐岩的塑性流动,井眼失稳原因及特征,亚肯3井卡钻事故就是典型的盐层塑性流动卡钻。该井地处山前构造，非连续沉积，欠压实的高、低压层无规律，加之复合盐层的蠕变特点，很难确定钻井液密度。,一、井壁失稳形式及典型事例,盐
12、岩的塑性流动的典型事例：,（1）、52705679米为吉迪克复合盐层段，含膏泥岩32层108米，“软泥岩”2层5米，盐层20层52米，石膏4层6米。在4582米做地破试验，获地层当量钻井液密度为2.39 g/cm3。,井眼失稳原因及特征,（2）、钻至5297米遇膏质泥岩，将钻井液由盐水聚磺体系（1.45 g/cm3、Cl-17.2万）转换为饱和盐水聚磺体系（1.60 g/cm3、Cl-17.2万） ，以后钻进中逐渐提高密度。（3）、密度提至1.86 g/cm3，钻至5538.73米盐岩层中，扭矩突增，停转盘打倒车，上提遇卡，活动多次上提223 吨，解卡。 （4）、继续钻至5546.33米，钻时
13、减少，由70分/米降至50.5分/米，停转盘上提即卡，多次活动上提至240吨拉断钻具，落鱼长41.10米。分析原因为盐层缩径卡钻。经过一次公锥打捞和三次套铣作业，均未见效，被迫侧钻。损失时间78天。,一、井壁失稳形式及典型事例,井眼失稳原因及特征,复合盐层段的垮塌、掉块有两个方面的原因： 1、盐岩溶失后，由盐岩胶结的粉砂岩、泥岩、硬石膏团块散落，夹在盐岩层中的薄层粉砂岩，泥膏岩上下失去承托后垮塌，裂缝、微裂缝张开后失稳。 2、断层、构造运动影响，围岩裂缝、微裂缝发育，围岩坍塌压力高，钻遇有裂缝，特别是竖直张性裂缝或大角度斜交缝，若液柱压力过低或过高，均会产生剪切错位，围岩岩体相对滑移到一定程度
14、，就垮塌或掉块。,一、井壁失稳形式及典型事例,2、垮塌、掉块,井眼失稳原因及特征,南喀1井7次恶性卡钻事故均与这种原因有关。在南喀1井的下第三系下部有一套盐层夹膏泥岩层段，厚度950余米（深度为39904940米），施工中发生了7次复合盐层恶性卡钻事故，填井侧钻5次，报废进尺2182米。 复杂情况、卡钻事故主要发生在泥岩夹粉砂岩、薄层盐岩、石膏以及它们的中间岩性、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和星状斑点或团块状石膏、石膏充填的泥岩和粉砂岩，还有盐质泥岩。它们大多呈薄层交互，裂缝或微裂缝发育，裂缝中有膏盐充填。,一、井壁失稳形式及典型事例,垮塌、掉块的典型事例：,井眼失稳原因及特征,取出的岩芯可直观地见
15、到裂缝和石膏泥质团块：,一、井壁失稳形式及典型事例,井眼失稳原因及特征,含盐泥岩在矿化度低的钻井液浸泡下和高温高压条件下，吸水膨胀，吸水后使靠近井壁的岩石变软，渗透性较好的粉砂岩和微裂缝发育的泥页岩，形成厚泥饼，特别是使用高密度钻井液，固相含量高，钻井液粘切高，更易形成厚泥饼和“假泥饼”，造成井径缩小。对南喀1井阻卡点统计分类发现，阻卡点60%以上发生在泥岩和砂质泥岩处，20%发生在泥质粉砂、粉砂岩处。羊塔克1井钻井液密度提至2.36g/cm3，亚肯3井钻井液密度提至2.32 g/cm3，仍不能消除起下钻的严重阻卡，其原因就在于此。,一、井壁失稳形式及典型事例,3、含盐泥岩、粉砂岩、微裂缝发育
16、的泥页岩的缩径及典型事例,井眼失稳原因及特征,以泥岩为胎体，在裂隙中充填盐、膏的“软泥岩”蠕变速率很高，是井下阻卡的严重井段。羊塔克1井在2.3g/cm3高钻井液密度下， 215.9毫米井眼经17小时就缩至170毫米，蠕变速率达2.70mm/h；在羊塔克101井5182米处，钻井液密度2.33g/cm3，215.9毫米井径18小时缩至139.7毫米，蠕变速率高达4.23mm/h。,一、井壁失稳形式及典型事例,复合盐层钻井技术（之一）,井眼失稳原因及特征,二、复合盐层的实钻特征,石膏、膏泥岩的实钻特征 盐岩层的实钻特征 软泥岩的实钻特征,井眼失稳原因及特征,（1）、膏泥岩钻时与邻层泥岩钻时基本相同，纯石膏钻时略低于邻层膏泥岩、泥岩钻时。 （2）、用非抗盐抗钙聚合物钻井液钻遇石膏岩、膏泥岩、钻井液粘度、切力将大幅度上升。 （3）、钻井液液柱压力不能平衡地层坍塌压力（普遍情况密度低于1.60g/cm3时）钻井液中抗盐抗钙处理剂加量不足时，井下垮塌、掉块、起下钻阻卡严重，接单根困难。 （4）、新眼井段起下钻挂卡较老井眼严重，经过多次起下后，井下阻卡明显好转。 （5）、钻遇膏泥岩转盘扭矩略有上升，并伴随有蹩跳钻现象。,
