【7A文】盐膏层钻井液技术

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1、盐膏层钻井液技术,盐膏层钻井液技术 目录,概述 盐膏层岩石理化性能 欠饱和盐水钻井液 饱和盐水钻井液 油基钻井液 抗盐抗钙钻井液材料 盐膏层钻井监督工作要点,盐膏层钻井液技术 一、概述,我国陆上石油钻井工业发展几十年来，钻遇了世界上各类可能遇到的盐膏层，经历了可能发生的各种类型的复杂情况，从中积累了丰富的盐膏层钻井经验。其中，最有代表性的是塔里木油田：从86年起，塔里木石油探区共钻探井342口，钻遇盐岩层井数50口，占总数的14.6%，分别为：钻遇第三系盐岩层井36口，占10.5%；钻遇石炭系盐岩层井9口，占2.6%；钻遇寒武系盐岩层井5口，占1.5%。塔里木盆地复合盐层分布广，遍布塔北、塔西

2、南、山前、沙漠腹地等的大部分地区。主要由盐岩、盐膏岩、膏泥岩和软泥岩组成。大量存在于第三系、石炭系、寒武系地层，厚度在几米、几十米、几百米，到1800米不等，埋藏位置在240055706500米之间（塔参-1,井达6800米）。在钻井过程中，复合盐层中的石膏、膏泥岩吸水膨胀，盐岩蠕变，软泥岩塑性流动，地层应力变化等，容易引起扩径、缩径、卡钻、掉块、坍塌、套管下不下去、套管受挤变形损坏等复杂情况和事故，造成钻井周期延误、井眼报废的严重后果，带来巨大的经济损失。据不完全统计，10多年来，因此，有9口井21次发生卡钻事故，6口井13次侧钻，1口井2次套铣，损失时间近1000天；埋钻具1546.28米

3、；报废进尺4865米，报废井1口。 93年以前，由于认识不足，技术手段不够，设备条件跟不上去，在库车山前构造钻遇一批含有盐膏层的井，虽然也组织力量进行了攻关，如在库喀-1井、东秋-4井使用了油包水钻井液，但费用高，污,盐膏层钻井液技术 一、概述,染环境；在塔里木石油勘探开发指挥部成立后所钻的南喀-1井、乡-1井和西北地质局所钻的沙-10井，使用了饱和盐水和欠饱和盐水钻井液，但几乎都没有成功，大多提前完钻或井眼报废。 至95年，认识有了一定的提高，技术手段相对丰富，设备条件较好，又在山前构造带上钻东秋-5井、亚肯-3井。钻井液技术工作者对盐膏层展开了攻关研究：取样分析盐膏层地层粘土矿物组分，探索

4、区块钻井液密度规律，绘制钻井液密度图版，分析地层应力，改进饱和盐水钻井液技术。东秋-5井采用过饱和盐水钻井液，遭遇“软泥岩”层段，钻井施工非常困难，卡钻套铣2次。在此井，钻井液技术工作者首次提出了“软泥岩”概念，对“软泥岩”电性特征、矿物组分、,盐膏层钻井液技术 一、概述,成因、蠕变规律进行了深入细致的研究，找出其本质特征（高含泥质、高含水、高矿化度及较大孔隙度），以及“软”、“粘”的特性。对付高陡地区的软泥岩钻井液密度，应考虑有效上覆岩层压力、构造应力、软泥岩厚度的影响。可认为，平衡软泥岩蠕变的钻井液液柱压力应大于或等于最大水平地应力，同时使用膜渗透、毛管阻力、强封堵机理的钻井液，可解决软泥

5、岩的蠕变问题，为后来钻井液技术创新打下了基础。亚肯-3井侧钻2次。虽然这样，这两口井都钻穿了盐膏层，完成了钻探任务。在英买力地区部署了一批探井，复合盐层主要岩性为砂泥岩和盐膏岩。在组织攻关的基础上，钻穿了复合盐层，完成了钻探任务。根据乡-1井的经验，在科研攻关的基,盐膏层钻井液技术 一、概述,础上，使用欠饱和盐水钻井液，完成了塔河一线所钻8口石炭系深层复合盐层井的钻探任务，并使原来钻穿同一地区盐层需20-30天左右，降低到7-8天或2-5天，大幅度降低了钻井成本。 这一时期，在钻遇复合盐层的施工中，虽然仍有一些井因盐层而发生卡钻事故，但最终都能够钻穿复合盐层，完成钻探任务。而钻井液技术上，则存

6、在：粘切高、泥饼厚、流动性差、高密度钻井液容易受污染，需采取放掉钻井液的办法维护，维护工作量大，成本高等问题。 到97年，在沙漠腹地方-1井、和-4井钻遇寒武系复合盐层，主要岩性为灰岩、盐膏岩。由于石膏溶解等对钻井液污染严重，利用以,盐膏层钻井液技术 一、概述,前成功的方法对付此套盐层非常困难。为了对付新出现的寒武系复合盐层问题，又一次组织了科研攻关，在提高了对寒武系复合盐层认识的基础上，提出了稀硅酸盐欠饱和盐水钻井液体系。寒武系有较高的岩石骨架地层，控制适当的氯根含量，满足井眼截面的盐溶解速率稍大于盐层的井眼截面蠕变速率，用硅酸盐抑制泥浆中Ca2+的浓度增强井壁稳定性，防止地层岩石骨架坍塌。

7、使对付复合盐层钻井液技术，更符合实际需要。并把取得的成果，及时用于后来的康-2井和巴东-4井。使这两口井顺利钻完了5560米和6500米深的盐膏层，大大节约了成本。方-1井钻盐膏层段钻井液总成本2655170元，每米钻井液成本5586.85元。而康-2井钻盐膏层段钻井液总成本,盐膏层钻井液技术 一、概述,1208373.28元，每米钻井液成本2587.5元，成本降低了一半以上。 至2000年，塔里木复合盐层从第三系、石炭系、寒武系2400-5570-6500米（塔参-1井达6800米）的区间内全部出现，分布在塔北、塔西南、山前、沙漠腹地等大部分地区的不同特点也全部显露出来，钻井液技术工作者对塔

8、里木复合盐层特性、规律的认识，在对比、总结中也达到了全面成熟阶段，理论上的分析研究更加深入。在山前克拉2气田储量的探明过程中，刻苦攻关，大胆创新，在分析清这一区块盐层粘土矿物组分、蠕变规律、地层应力变化的基础上，在钻井液技术方面创造性地提出了化学封堵、物理封堵相结合平衡地层压力的理论，以及半透膜、毛管阻力理论。创新出硅酸盐聚合,盐膏层钻井液技术 一、概述,醇氯化钾饱和盐水高密度（密度高达2.30克/厘米3）仿油基钻井液体系，顺利快速钻完了克拉-203、克拉-204井近300米盐膏层和400米的多套高压气层（比同一地区相邻其它井提前50-100天完钻）。从井径电测的曲线来看，利用这种钻井液体系，

9、在盐层所处井段，没有出现缩径、井径扩大现象，保持了井壁稳定，同时也解决了多套压力系统处于同一裸眼段所带来的难题。这种钻井液体系的特点是：粘切低、流动性好、API和高温高压失水很低、泥饼薄、造壁和润滑性好、井壁稳定、性能稳定、易维护，不需要采取大量排放钻井液的办法来维护性能，大大降低了成本。 10多年来，塔里木探区钻井液技术工作者通过连续不断攻关，大胆,盐膏层钻井液技术 一、概述,探索研究，反复实验总结，勇敢开拓创新，在吸取国内外大量经验教训的基础上，完成了塔里木深井超深井复合盐层：地层粘土矿物组分分析研究。蠕变规律和地应力变化研究。多区块盐膏层钻井液密度规律研究和钻井液密度图版绘制。对付塔里木

10、盆地第三系、石炭系、寒武系复合盐层具有优良性能的钻井液体系研究（包括饱和盐水氯化钾钻井液体系，稀硅酸盐欠饱和盐水钻井液体系，硅酸盐聚合醇氯化钾饱和盐水高密度仿油基钻井液体系）四项技术。对塔里木深井超深井复合盐层理性规律认识完整清楚，使塔里木盆地深井超深井复合盐层钻井液技术完整配套，并把研究成果在整个探区推广应用。至目前，有30多口井顺利钻过盐膏层，钻达,盐膏层钻井液技术 一、概述,目的层，大大减少了复杂情况的出现，缩短了钻井周期，节约了钻井成本3838.09万元，发现了多个高储量油气藏，全面地完成了钻探任务。加快了塔里木油田钻井速度，大幅度提高了钻井效益，加快了塔里木勘探开发步伐，为塔里木石油

11、事业做出了突出的贡献，也为丰富、提高我国盐膏层钻井液理论技术做出了贡献。 几十年来，我国钻井、泥浆工作人员研究了盐膏层井眼变形机理、盐膏层岩石理化性能，确定了盐膏层钻井安全泥浆密度的方法，研制和改进了一批抗盐、抗钙钻井液材料，开发了欠饱和盐水、饱和盐水、油基钻井液等泥浆体系和固井水泥浆体系，形成了对付盐膏层的泥浆、钻井工艺与工具、井身结构和固井等多套相关技术，比,盐膏层钻井液技术 一、概述,较好地防止和解决了盐膏层钻井难题，已经达到了国际先进水平。 对于盐膏层钻井，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。 盐膏层钻井的主要技术可以归纳为以下几个方面： 盐膏层岩

12、石理化性能的分析 盐膏层蠕变规律的研究 盐膏层钻井合理的井身结构的确定和套管的设计 盐膏层钻井液密度的确定和钻井液体系的设计 盐膏层钻井工程技术措施的优化。,盐膏层钻井液技术 一、概述,盐膏层钻井液技术 一、概述,1.盐膏层岩石理化性能的分析 盐膏层岩石理化性能指的是岩石物理特性与化学组成，可通过相应的分析方法和相关的实验技术来测定。钻井实践表明，对盐膏层岩石的理化性能进行测定，有助于分析井下复杂情况的原因及对策，特别对于适应于该类地层的钻井液优化设计非常重要，往往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。,盐膏层钻井液技术 一、概述,2.盐膏层蠕变规

13、律的研究 由于盐膏层蠕变变形导致卡钻和套管损坏等工程问题频繁出现，使得钻井成本大幅升高，因此研究不同载荷水平和温度条件下的变形与稳定问题具有重要现实意义。目前国内外，主要利用能进行温度控制、围压控制、轴压控制、孔隙压力控和变形控制的三轴岩石试验装置，对试样进行了各种温度条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。,盐膏层钻井液技术 一、概述,3.盐膏层钻井合理的井身结构的确定和套管的设

14、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、套管串组合及其强度。,盐膏层钻井液技术 一、概述,4.盐膏层钻井液密度的确定和钻井液体系的设计 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

15、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。,盐膏层钻井液技术 一、概述,塔里木油田吐北2井下第三系盐岩之一,盐膏层钻井液技术 一、概述,塔里木油田吐北2井下第三系盐岩之二,盐膏层钻井液技术 一、概述,塔里木油田康2井寒武系盐岩被溶解掉的白云岩,注：骨架为灰岩，裂缝、孔洞中充满盐垢及盐的团块，充填的盐已被溶解,盐膏层钻井液技术 一、概述,塔里木油田康2井寒武系盐岩与白云岩混合体,盐膏层钻井液技术 二、理化性能,物理特性 1.盐岩的强度很低，一般只在5-16MPa； 2.盐岩的波松比较高，少数甚至接近于0.5； 3.温度对盐岩的强度、弹性模量有明显的影

16、响，温度升高，强度和弹性模量有减小的趋势，波松比随温度增高而增大； 4.围压的升高使得盐岩的强度、弹性模量和波松比有增加的趋势。,物理特性 5.温度、应力水平与盐的蠕变特性密切相关。温度升高和应力水平的增高都使得盐岩的蠕变速率增加。 6.在给定的温度和围压条件下，岩石蠕变各阶段的特征和转化条件与应力水平密切相关。 7.不同应力、温度条件下的盐岩的蠕变规律取决于不同的变形机制。,盐膏层钻井液技术 二、理化性能,化学组分 所谓盐膏层，顾名思义，是指主要由盐岩（NaCl）和石膏（CaSO4 或CaSO42H2O）组成的地层。 但实际上，盐岩和石膏的含量不等，而且还含有大量的其它矿物。 除常见的石英（SiO2）、长石、碳酸盐岩等矿物外，还常会有各种不同的粘土矿物。,盐膏层钻井液技术 二、理化性能,化学组分 岩石矿物组分分析，主要通过X射线衍射，对地层矿物的种类、组成进行定量定性分析，如粘土矿物总含量、各粘土矿物如