塔里木盆地盐膏层分析和钻井危害解决措施.doc

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1、塔里木盆地盐膏层分析和钻井危害解决措施第一章 绪论第一节 盐膏层成因、分布及特征 中国大陆钻探发现的盐膏层分布范围广泛，塔里木、中原油田、江汉油田、华北油田、吉林油田、辽河油田和胜利油田等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。从目前资料统计来看，盐膏层主要分布在第三系，石炭系和寒武系地层，分属泻湖陆相沉积和滨海相沉积。中原油田东濮凹陷北部的文留、濮城和卫城地区的下第三系沙河街组为泻湖陆相沉积，其整个北部遍及四套复合盐膏层、和，埋深20006000米，层厚度少则10米，多则1000米，累计厚度10001800米，已探明的盐膏层面积达1779。江汉油田潜江凹陷第三系潜江

2、组也属泻湖陆相沉积，盐层分布面积达2000，累计厚度1800米以上，埋深7005040米，地质储量7900多亿吨。华北油田荆丘地区第三系27503000米有大段盐膏层。从盐层分布看，塔里木油田盐膏层的类型最全，有泻湖陆相沉积的第三系盐膏层，也有滨海相沉积的石灰系和寒武系盐膏层，深度不一，从盆地边缘局部地区出露头到深至6000米都有分布。因此，本文以塔里木油田为例，说明盐膏层的成因、分布及特征。一、塔里木盆地第三系复合盐层的成因及特征塔里木盆地第三系是喜山期盆地快速沉降沉积下来的一套地层，分布遍及全盆地，厚度巨大，最厚达11300米(喀什凹陷)，最薄250米(巴楚隆起)。其埋深一般为50300米

3、，局部可达1000一3000米(叶城和田凹陷)，盆地边缘局部地区出露地表。根据沉积特征，塔里木盆地的第三系下部的沉积环境属于河流一盐湖体系的沉积，可大致划分为： 冲积扇，主要发育于库车坳陷北部背斜带及提尔根地区。沉积物主要为砂砾、砂的快速堆积。 湖泊相：可进一步细分为几个亚相。沙泥坪亚相：主要发育于牙哈一东河塘一英买力l号构造带，沉积物以泥质为主，夹少量粉砂、泥质粉砂沉积。盐泥坪亚相：英买7构造带较发育，沉积物以泥质为主，有少量盐、盐泥、膏、膏泥的沉积。盐盘亚相：在羊塔克一英买力一南喀一带发育，主要是盐和石膏沉积交互的韵律层。另外，受喜山造山运动的影响，使盐层段受到强烈的挤压，大小断层多，构造

4、应力大，盐膏层厚薄和倾角多变，形成水平、倾斜及破碎的盐、膏、泥混杂体。 复合盐层是盐湖沉积的产物，基本物质多数是碎屑颗粒、晶块及化学沉淀的晶体。盐岩和石膏通过化学和机械的作用改变碎屑岩或团块的结构并充填在碎屑或团块之中，形成盐膏泥的混合物。 复合盐层段主要分布在塔里木盆地西部和塔北隆起的库车凹陷，分布范围广，埋藏深，其埋藏深度般在24405570米。根据表1.1统计，复合盐层比较集中的地区主要南喀羊塔克一英买力构传带以及山前构造带。从图1.1也可知，其下部的盐岩、膏泥及石膏段地层向西南方向(南喀l井)增厚，向东南方向(英9井)超覆。表1.1 第三系复合盐层井段简表井号牙哈1东秋5南喀1齐满1英

5、901英12玛参1群5英8亚肯3本1顶界m384624403990439039684017204240003605279480底界m45242804940544247034719214841950125574227段长m16061840950102737021061914522942井号DWl玉东201克拉2克拉201克拉203克拉204羊4羊2羊5羊101YM30顶界m257844903090280831148130995095427底界m424545763502370137012224029067段长m16758412792550407394141200未完 对塔里木盆地第三系复合盐层的认

6、识是从南喀l井开始的。以后又相继在9个构造11口井中钻遇这套盐层。塔里木盆地的第三系复合盐层，在不同构造上具有不同的性质，根据岩性特征可分为四种主类型。 第一种类复合盐层主要分布在英买力构造和买盖提斜坡构造。石膏主要分布在该段的上部及下部，中部主要为膏质泥岩。泥岩层厚一般3.511.5米，石膏层厚一般24米，石膏为灰白色，质较纯，纤维状，具丝绢光泽。膏质泥岩为棕色棕红色，石膏呈斑点、斑块状不均匀分布，裂缝、微缝较发育。石膏在沉积过程中受高温高压的作用，发生脱水反应，井眼钻井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，充填在泥页岩裂中的硬石膏吸水膨胀后，导致井壁

7、剥落、掉块或垮塌，钻遇这类盐层比较典型的井有两口：英买12井和英买901井。 第二种类型复合盐层，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。这类盐层主要分布在英买力构造西部和亚肯断裂带。盐岩存在于该段的上、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。盐岩为白色或灰白色结晶盐，具玻璃光泽，个别染有泥色，含少量石膏和泥质成份，厚度般在14米，最厚可达35米(英买8井)。石膏、膏泥岩、泥膏岩岩性与第类型盐层相同。这种类型的盐层除了具有第种类型盐层的特点外，还具有岩盐层蠕变缩径，盐溶后井壁垮塌等特征，特别是在深井、高温条件下岩盐层的蠕变速率可

8、高到立即闭合卡死钻头的程度(亚肯3井)。钻遇此类型盐层的井有英买8井、亚肯3井、齐满1井、牙哈1井。 第三种类型复合盐层，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。这类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。盐层成厚薄不等层分布于全井段，单层最大厚度70米(南喀1井)。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，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。当泥浆液柱压力不能平衡其蠕变时极易造成缩径卡钻。盐岩、石膏岩和膏泥岩的待征与第一类型、第二类型盐层相同。这类复合盐层还普遍受构造

9、应力不断层的影响，其钻井难度很大。目前钻遇这类盐层的井有南喀1井、东秋5井、羊塔克l井。 第四种类型的复合盐层，以石膏岩、膏泥岩为主，中间夹薄层软泥岩。这类盐层目前仅在群5井的下第三系40004195米钻遇。二、塔里木盆地石炭系盐膏层的成因及特征 塔里木盆地石炭系属于滨海相沉积。早石炭系，海浸开始，因陆源碎屑供给充足，延时甚长，沉积了一套堤坝砂岩(陆地边缘坝相)，即东河砂岩段，尔后，继续浸入，但深度较浅，有的生物生长繁衍，生物碎屑灰岩和白云岩，生物与瓣鳃类、腕足类和藻类为主，在玛参l井取出的岩芯中局部见生物堆积层，保存完好，继后，地壳抬升，海水退出，由于陆源物质供应较少，沉积了下泥岩段下部的棕

10、褐、紫红色泥质粉砂岩和粉砂质泥岩。海退后，台地中的水体交换不畅，局部形成封闭型湖泊，兼之当时气候炎热干旱，沉积了一套灰褐色泥晶灰岩(即标准灰岩段又叫双峰灰岩)。随后，海水退出，沉积了一套氧化环境中的紫红、绿色泥岩、钙质泥岩和粉砂质泥岩即上泥岩段。继后，海水再次侵入，沉积了一套浅海一滨海相的深灰、褐灰色石灰岩与紫红、绿灰色泥岩，即砂泥岩下段。尔后海水退出，沉积了一套海退时期的棕褐、灰黄、灰紫、绿灰色泥岩与灰色、灰白色砂砾岩。继后，海水大范围浸入，石炭纪时期的最大一次海浸，由于陆源碎屑供给量少，水动力能量较弱，沉积了一套灰褐色石灰岩、隧石结核、灰岩夹深灰、绿灰色泥岩，即石炭系灰岩段。石炭系盐膏层主

11、要分布在塔北隆起和塔东北的满加尔凹陷的北部，具有分布范围广，埋藏深的特点，其埋藏深度在5000米以上。各井区盐膏层厚度差别较大，其中以沙10井区最厚，为蒸发台地相沉积中心带，其次是塔河1井区。 塔里木盆地石炭系盐膏层的岩性主要为盐岩、膏岩、泥岩等，从盐膏层特征简表1.2可以看出，各井的纯盐岩段都最厚，其中最厚的塔河1井纯盐段达142米，最薄的YW一1井纯盐段也达25米，其次是泥岩段和膏泥岩段，说明塔里木盆地石炭系盐膏层基本上以纯盐岩为主，夹有不等厚的泥岩及膏岩夹层。如乡1井，其构造位于塔北隆起中部三叠系下奥陶系，由于受海西早期运动影响，该背斜缺志留系、泥盆系。石炭系“东河砂岩”直接不整合于奥陶

12、系之上；而且中上奥陶统也遭不同程度剥蚀。乡1井的主要复杂段集中在石炭系的盐膏层段，井深51515331.38米，其岩性特征为顶部厚层状石膏及中层状泥岩，中下部为厚层、巨厚状盐岩夹薄层泥岩，底部厚层状粉砂质泥岩及泥岩。 石膏：灰白色，质纯，多呈粉状，许纤维状、部分微含泥质呈灰色。盐岩：白色，浅棕红色，少许无色透明，质纯，味咸纯正，玻璃光泽，结晶粒大。晶形完整，局部见泥质条纹镶嵌在晶粒中。 泥岩：灰绿及绿灰色为主，次为棕褐色，性脆，上部含膏质，底部含粉砂质泥岩。 羊屋构造位于塔里木盆地北部凹陷满加尔凹陷北缘，羊屋地层不整合圈闭带内，羊屋1井的复杂层段主要集中在石炭系的盐膏层段，井深50615122

13、.5米，其主要岩性为：顶部为中厚层状棕褐色泥岩、深灰绿色盐质泥岩；中、下部为厚一巨厚状灰白色石膏岩、无色透明盐岩夹薄层深灰、深灰绿色膏盐质泥岩。泥岩：棕褐，局部深灰绿色。含粉砂质、钙质不均，含钙高者可达24，普遍见棕、白色石膏晶体及褐灰盐晶，部分岩心孔洞发育，洞径一般23毫米，最大45毫米，每平方厘米可见孔洞13个，为膏盐晶体溶蚀及脱落所致。偶见宽13毫米未充填之垂直缝。性硬、脆，不水化。可钻性极差，钻时高达200分米。盐质泥岩：深灰绿色，含盐质不均，部分为棕褐色、深灰、浅灰色。岩心似角砾状泥砾堆积，具蜂窝状构造，孔内部分充填棕红、白色石膏晶体或灰褐色岩盐晶体，部分为空洞。孔径般35毫米，最大

14、达3030毫米。性较软，遇水膨胀，尽碎块脱落。盐岩：无色透明，局部含杂质可见灰绿、棕杨色色斑。透明度较差。盐晶多自形，晶体lll厘米，最大555厘米。膏岩：浅灰、灰白色，部分含泥岩，岩心见粗粉粒结晶粒状结构，块状构造，局部具纹层状构造，多数膏岩无晶形，致密块状，岩屑呈豆状、片状。表1.2塔里木盆地石炭系盐膏层岩性描述表井号井段厚度岩 性 描 述塔河151665355189以厚层灰白色盐岩为主夹棕色泥岩，灰色膏泥岩。膏盐岩：石膏为白色粉末状，盐被溶解。泥岩：质较纯，性软一中，局部见少量石膏吉南152585375116.5灰白色膏盐层夹棕红及灰色膏泥岩和泥岩，膏盐层致密性软，易溶，可钻性好，钻时一

15、般5一10分米。和25706578478巨厚层状白色盐岩，其中夹灰色薄层泥岩，盐岩为白色晶体，易溶于水。玛参144954614119大段灰白色膏盐层夹紫红色泥岩及浅灰色膏质泥岩，顶部为两层紫红色泥岩夹一层灰白色石膏，底部为灰白色石膏。轮南4552635388125大段灰白色盐岩、盐膏岩、泥膏岩夹灰、暗棕色泥岩、膏泥色及砂质泥岩轮南4652095350141厚层白色盐岩及石膏夹薄层棕红色含泥膏岩及灰色、浅棕色泥岩，盐岩质较纯，玻璃光泽易溶于水，石膏质较纯、性软，易成粉末状，泥岩含灰质及少量粉砂质，且分布不均，吸水性差，成岩性好。 三、塔里木盆地寒武系盐膏层的成因及特征寒武系盐层在巴楚隆起、英买力

16、地区、塔中地区都有分布，它们都是碳酸盐台地内彼此分割的泻湖相沉积。寒武系盐层在和4井、方1井，康2井钻遇，岩性为灰白色盐岩与棕红色泥岩、褐灰色泥岩、灰白色膏岩不等厚分布，属中寒武系统，复合盐层中石膏的含量丰富。巴楚地区盐膏层含有较多的可溶盐，且可溶盐中以氯化物和硫酸盐为主，即可溶盐主要是石盐和石膏。含石膏多的地层少量的吸水就可导致较严重的膨胀，易造成掉块、膨胀、缩径。另外，石膏和石盐的溶解又可引起井径扩大和井壁坍塌，并影响钻井液性能，因此，对石膏地层钻井液滤失量是至关重要的。表1.3 寒武系盐层井段 井号 巴东4 塔参I 康2 和4 方1顶界，m 6166 6880 5037 5104 383

17、5底界，m 6790 7010 5634 5804 4314段长，m 630 130 597 700 479 第二节 盐膏层对钻井工程的危害性 复合盐层钻井，特别是高构造应力区的复合盐层钻井是一个世界级的钻井技术难题。复合盐层主要由三种不同类型的盐组成。第一类盐，由分选差的角砾状的粉砂岩以及泥岩形成胎体，在其微观和宏观裂隙中充填了盐膏。第二类盐，分选差和角砾状的泥岩、粉砂岩或硬石膏团块是由盐胶结的或以盐为胎体。第三类盐，近于纯盐，含少量杂质。这三种类型的盐交错沉积形成复合盐层。据国内外资料介绍和塔里木盐膏层钻井情况分析，复合盐层钻井时会产生以下复杂情况：1) 盐岩的塑性变形产生井径缩小；2)

18、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。美国安秋子牧场油田曾测得这种“软泥”的初始蠕变速率约2.54厘米/小时。3) 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。4) 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。5) 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。6) 无水石膏等吸水膨胀、垮塌。无水石膏吸水变成二水石膏

19、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。7) 复合盐层段非均匀载荷引起套管挤毁变形。8) 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。以上8个方面的复杂问题构成了复合盐层钻井的困难。在国内，比较典型的复合盐层存在于中原油田的文东地区沙三、沙三地层中，19761986年中共发生复合盐层恶性卡钻事故17口井，其中6口井报废，5口井侧钻，6口井倒扣解除，2口井事故完井。据华北油田1993年的统计，第三系盐膏层造成荆丘地区64%油水井的套管被挤毁，美国的安秋子牧场油田由于复合盐层影响也多次发生卡钻、套管挤毁等复杂问题。塔里木第三系，

20、石炭系和寒武系盐膏层给钻井带来了不同程度的危害性，具体见统计表1.31.4。表1.3 第三系复合盐层钻井事故统计表序号井号事故时间深度，米事故统计事故原因及处理类型报废进尺，米损失时间1南喀1井1988.04.254686.85盐层缩径卡钻274.60775小时40分46684682米灰白色膏泥岩，因泥浆密度低，缩径卡扶正器，从4415米填井侧钻2南喀1井1988.04.254686.85盐层缩径卡钻357.881001小时15分47084778米连续70米纯盐层，取芯钻进时因盐层缩径卡死，从4376米填井侧钻。3南喀1井1988.08.104807.30盐层缩径卡钻237.30888小时59

21、分48064809米纯盐层，钻进时停转盘卡死，从4570米填井侧钻。4南喀1井1988.10.064657.50盐层缩径卡钻16小时20分46504657米岩盐在岩屑中比例3090%，密度低，缩径卡钻。泡清水12方，淡水浆6方，解卡。5南喀1井1988.11.034858.40盐层缩径卡钻616.702120小时23分48534875米岩盐层段井径缩小，起钻倒划眼时卡死，从4289.50米填井侧钻。6南喀1井1988.04.074789.00井壁掉块卡钻328小时05分夹于岩盐层间的脆性泥岩，垮塌卡钻，提断扶正器公扣后，磨铣解除。7南喀1井1989.05.244946.07井壁坍塌缩径卡钻69

22、62542小时37分钻遇浅灰色细砂岩，严重漏失，泥浆有进无出，井壁坍塌，缩径卡钻。从4250米填井侧钻。续表1.3 第三系复合盐层钻井事故统计表序号井号事故时间深度，米事故统计事故原因及处理类型报废进尺，米损失时间8英8井1992.04.285158.38压差卡钻223.861782小时30分7套管未将第三系复合盐层封隔完，造成同一裸眼段上部坍塌压力高，下部孔隙压力低，从4958.52米，填井侧钻。9英12井1993.04.094554.10缩径卡钻205.101459小时35分泥浆密度低，C1含量低，造成膏盐层缩径卡钻，从4349米填井侧钻。10英901井1993.12.122514.85砂

23、桥卡钻88小时10分盐溶后井壁垮塌，形成砂桥卡钻，泡解卡剂解卡。11东秋5井1993.12.122514.85缩径卡钻684小时钻开“软泥岩”后，因井下液柱压力仍不能平衡其蠕变，起钻倒划眼时卡死，倒扣，套铣解铣。12东秋5井1994.01.312527.47缩径卡钻1104小时钻穿“软泥岩”后，因井下液柱压力仍不能平衡其蠕变，起钻倒划眼时卡死，倒扣，套铣解铣。13曲5井1993.11.234187.93缩径卡钻164.201709小时钻遇“软泥岩”，因泥浆密度低，造成缩径卡钻从4023.74米填井侧钻。14亚肯3井1993.07.155546.33缩径卡钻446.332093小时钻遇岩盐层，因

24、泥浆密度低，造成缩径卡钻，从5100米填井侧钻。表1.4塔里木石炭系复合盐层钻井事故统计表井号事故时间 / 损失时间盐岩层段，米工程简况固井质量乡1井1991.3.34.30 / 59天516553311、 饱和盐水泥浆1.58钻进阻卡多次改为欠饱和。2、 双心钻头钻后盐岩层闭合快。套管挤坏侧钻轮南46井4.125.30 / 46天520553681、 牙轮钻头1.52下钻盐层顺利但闭合快、通井阻。2、 加重至1.61发生井漏。质量优，钻至6208米完钻轮南45井5.16.24 / 55天5266.654041、双心钻头盐层顺利电测卡仪器处理中卡一次，第一次下套管井漏，堵漏后重下，最后固井顺利

25、。优良哈2井6.88.28 / 82天570667931、 双心钻头钻盐层顺利。2、 长期堵漏一个月、通井划眼钻2次解卡后又断钻具157.42米于井底。未固吉南1井11.2112.3 / 12天526553821、 用双心钻头低含盐适当比重钻进顺利。2、 比重1.52下套遇阻。3、 井漏情况下固井。优良塔河1井12.812.13 / 6天516953661、双心钻头用低含盐适当比重泥浆钻井正常通井也顺利。优良乡1井(侧)11.2212.31 / 39天516753211、 牙轮钻头钻盐层顺利。2、 二次通井下卡钻第一次解卡，第二次断钻具卡死，鱼顶5148.9m。第三节 盐膏层钻井技术概况及发展

26、方向 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，针对盐膏层易蠕变、易溶解、易垮塌等特点，人们在盐膏层钻井过程中，随着对盐膏层的认识不断提高，钻井新技术新工具不断创新和完善。钻井液技术是盐膏层钻井的关键技术之一，它直接影响钻井作业的成败。我国在江汉、四川、胜利、华北、中原、新疆、塔里木、青海、长庆等油田均钻遇盐膏层。在20世纪70年代末期，曾主要使用欠饱和盐水钻井液钻进盐膏层，结果是经常发生卡钻、井喷、井漏、固井质量差、挤毁套管、测井严重遇阻等复杂情况，导致多次侧钻，甚至井的报废，造成严重的经济损失。80年代初，我国使用油基钻井液钻成第一口试验井华北油田新家4

27、井，之后又相继钻成中原油田文204井等4口深井和新疆油田的库喀1井，并形成了一套完整的盐膏层油基钻井液技术。这些井的成功钻成，证明油基钻井液能够满足盐膏层钻井的需要。由于油基钻井液的高成本和环境污染，使其发展受到了一定限制。80年代中后期，研制成功聚合物饱和盐水钻井液体系，大大提高了中原油田盐膏层钻井的成功率，相继在全国范围内推广，取得了很好的应用效果。90年代，又研究开发了氯化钾聚磺、复合饱和盐聚合醇等饱和盐水钻井液体系，并建立了相应的包括维护技术在内的一系列配套技术，为顺利钻穿复杂盐膏层奠定了技术基础。为了尽可能节约成本和满足盐膏层钻井提出的更苛刻的要求，在塔里木油田巴楚地区应用成功适当溶

28、解盐膏层的欠饱和盐水稀硅酸盐钻井液体系，不仅顺利钻穿了寒武系盐层，而且钻井液性能稳定，起下钻畅通无阻，形成井眼规则，并且节约了钻井液成本，取得了可观的经济效益，也为盐膏层钻井液的发展指明了方向。随着钻井作业深度和难度的增加，会对钻井液技术提出更为严峻的挑战。虽然我国已经形成了全套的盐膏层钻井液技术，但与国外相比，还有一定的差距。特别是深井、超深井、大位移井、水平井及分枝井等特殊井钻井技术的发展，要求盐膏层钻井液不仅具有良好的抗盐、抗钙、抗高温能力，还要求在钻井液性能如流变性、润滑性、携砂能力能力等各个方面有所突破。发展抗盐、抗钙、抗高温等性能好的钻井液处理剂是盐膏层钻井液工艺技术的一个方面。并

29、且应尽可能发挥多种处理剂的协同作用，研制出效果好而成本又合理的钻井液体系。同时，还要发展与钻井液体系相配套的设计、配制、维护和应用技术。在井身结构设计方面，充分考虑了盐膏层蠕变引起的套损问题，如双层套管的使用。对于必封点的选择，在孔隙压力与破裂压力剖面的基础上加入了维持特定盐膏层蠕变速率的安全泥浆柱压力剖面，利用这三个剖面并结合传统的成熟设计技术，形成了新的盐膏层井身结构设计技术。在钻井工艺措施上，除了利用合适的工具（如双心钻头、井下扩眼器等）和合理的钻具结构外，根据以往经验发展了复合盐层钻进技术的总的指导思想，那就是加强责任心，切实从思想上真正重视其复杂性，踏踏实实做好每一步工作；在钻进中一

30、定要耐心的划眼，直至畅通，决不片面追求在复合盐层中的钻进速度，而要把“快”字体现在钻穿复合盐层中的综合时效上。在固井技术上，主要是要解决盐膏层水泥浆顶替效果和水泥浆与地层胶结配伍问题，通过国内外三十多年来的发展，结合油田的实际情况，发展了新型隔离液和高密度欠饱和盐水水泥浆。盐膏层钻井技术需要不断地完善和发展，以满足各油田不同地质环境、盐膏层成分等提出的特殊钻井工程问题。第二章 盐膏层岩石理化性能第一节 盐膏层岩石物理特性 在我国盐膏层分布广，埋藏深，在第三系、石炭系和寒武系地层均有出现，由于沉积环境的不同，产生了富含碳酸盐、硫酸盐的盐岩再加上周期性交互沉积，分选差的砂泥岩，形成形形色色的复合盐

31、岩。复合盐岩中有盐、石膏、泥岩等，彼此组成的比例不同，构成的盐膏岩其性质干差万别，体现在岩石物理上，如强度、弹性，蠕变特征等差异也很大、但对于盐岩，其力学性质有着以下大致相同的基本规律： 应力历史对岩盐的力学性质的影响表现为弹性迟滞现象和弹性后效现象。随温度的升高，盐的屈服应力、强度、弹性模量均降低；而随围压的增加盐岩的强度、弹性模量和波松比均增加。盐岩的强度较低，在相同条件下只有大理岩的四分之一、石英岩的十七分之一。盐岩是常见的工程对象，不同的地质历史时期以及不同的沉积环境都会给盐岩的力学性质带来一定的差异，但大致规律基本相同，可归纳如下：1） 盐岩的强度很低，一般只在516MPa；2） 盐

32、岩的波松比较高，少数甚至接近于0.5；3） 温度对岩盐的强度、弹性模量有明显的影响，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） 围压的升高使得岩盐的强度、弹性模量和波松比有增加的趋势。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岩盐的蠕变速率增加。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、温度条件下的岩盐的蠕变规律取决于不同的变形机制。 岩盐蠕变本构关系式中的激活能与温度有关。变形机制的不同会导致随温度增加激活能连续或非连续增加，盐岩中的杂质成分对激活能的影响十分复杂第二节 盐膏层岩石

33、的化学组分所谓盐膏层，顾名思义，是指主要由岩盐（NaCl）和石膏（CaSO4 或CaSO42H2O）组成的地层。但实际上，在盐膏层中，岩盐和石膏的含量不等，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。由于钻进盐膏层很容易发生缩径、阻卡与卡钻、固井质量差及易挤毁套管等复杂情况，钻井作业的设计与施工及钻井液配套技术是保证顺利钻井的关键，因此，对盐膏层岩石进行矿物组分分析显得尤为重要。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、各粘土矿物如伊利石、蒙脱石等的相对含量以及非粘土矿物的种类等。

34、我国所钻遇的盐膏层由于沉积环境及所受构造运动不同，形成的盐膏层有所不同，根据纯盐层厚度、盐膏层特点及夹层情况，可将盐膏层再进一步分为纯盐岩层和盐、膏、泥复合盐层两类。相应地，这两类盐膏层的岩石矿物组分也不尽相同。一、纯盐膏层这类地层为大段结晶状无机盐（大部分为氯化钠和硫酸钙，也可含其它复合盐类，如氯化钾、氯化钙和芒硝等），其单层厚度较大，一般从几米至几十米，总厚度从几十米至上千米，最厚可达两千米以上。总的来看，这类地层岩性比较稳定，盐层夹层常为不易坍塌的白云岩、石灰岩及层理裂隙不发育不易坍塌的硬泥岩等。粘土矿物可分为两类，一类以伊利石为主（93%99%），另含少量绿泥石（1%7%），有时伊利石

35、含量甚至可达100%；另一类以伊利石（42%59%）与伊蒙有序间层（21%47%）为主。我国比较典型的纯盐膏层区块是江汉油田的潭口地区及四川川中地区等，表2.2.1和表2.2.2分别是江汉油田潭口地区潭26、潭49井的岩石矿物组分分析结果。由矿物组分分析结果可以看出，地层的潜江组粘土矿物中伊利石的相对含量高达94%99%，不含或极少含伊蒙有序间层，没有高岭石，含岩盐，粘土矿物总含量为55%70%，应属第一类纯盐岩层。潭42井的潜二段含盐，伊蒙间层为有序间层，其它层段为伊蒙无序间层，粘土矿物含量在45%左右，伊利石的相对含量也在70%以上。表2.2.1 潭26井地层岩石矿物组分分析结果地层井深m

36、粘土矿物相对含量，%非粘土矿物组分及含量，%系组段I/SR=0IKC间层 比 S%石英钾长石钠长石方解石白云岩类菱铁矿石膏方沸石合计RNg6045431877042311148E2q761991224762345780991142510217428269911935221739958973306561175797759412015122352431 表2.2.2 潭42井地层岩石矿物组分分析结果地层井深m粘土矿物相对含量，%非粘土矿物组分及含量，%系组段I/SR=0I/SR1IKC间层比 S%石英钾长石钠长石方解石白云岩类黄铁矿石膏硬石膏方沸石合计NNg30079106577212317447

37、3506321610662812734140025674442141101221404508286488252292405005822119812922924455070177671302212248续表2.2.2 潭42井地层岩石矿物组分分析结果EE2qE2q17001667107402113113140E2q275017736425191212634380011854259142015141850603235951221227145900986553915213140950108644611142153146E2q31000405154492026121222471100296245491

38、3110152142E2q41115020657866171251433449E2q40120030633446191279111243E2q40下12501083344518159911448E2q4314001474574414191411444E2q43下1450879584014361214242二、盐、膏、泥复合盐层 这类地层盐、膏、泥相间，互层多且薄，岩性变化大，并含盐膏软泥岩、碎泥与盐结合物及以盐为胶结物的角砾岩等，往往由深层盐岩、盐膏、石膏、芒硝、泥岩、含膏泥岩、灰质泥岩、泥页岩等多种岩性组成。其岩性复杂多变，泥岩层理发育，软泥岩含水量高。粘土矿物也可分为两类，一类以伊利石为主

39、（75%90%），另含绿泥石（10%25%），另一类以伊利石为主（43%100%），并含伊蒙有序间层、高岭石、绿泥石等。我国所钻遇的盐膏层中大多数为这类复合盐层，真正的厚纯盐层相对较少。典型的复合盐层区块有中原油田文东地区和塔里木油田羊塔克地区等。首先以中原油田文东地区为例，其中的沙三2和沙三4是两套极为复杂的复合盐膏层，断层特别发育，埋深26005000m的两套盐膏层下面为高压油气层，压力系数变化较大，岩性极为复杂。80年代以前因采用欠饱和盐水钻井液钻进，致使大部分井因卡钻、井喷、井漏等恶性事故而报废，其地层岩石矿物组分见表2.2.3所示。由表可以看出，沙三2盐膏层中粘土矿物以伊利石为主，含

40、量为50%左右，此外还含有伊蒙有序间层、绿泥石、高岭石等。沙三4盐膏层的泥岩粘土矿物的伊利石含量达100%。再以塔里木油田羊塔克地区为例，下第三系（49005300m）主要由盐膏层组成，其矿物组分分析见表2.2.4。表2.2.3 中原油田文东地区盐膏层岩石矿物组分分析结果（ES32和ES34）井号井深 m层位地层粘土矿物相对含量，%I/S(R1)IKC间层比S%文2042924ES321954101720文2042986ES32265181520文2043040ES321853101920文2043092ES3221641520文2043136ES3218631920文2043616ES341

41、86112920文2043662ES34176391120文2043708ES341561121220文2043908ES34100文2043916ES34100文2043930ES34100文2043970ES34100文2044010ES34100文2044062ES34100文2044126ES34100文2044172ES34100井号井深m粘土矿物，%非粘土矿物，%晶态粘土矿物非晶态粘土矿物石英方解石白云石长石方沸石硬石膏总量I/SR=0I/SR1IKC间层比S%总量YTK246504.27.81.374.137017.51.8725174.78.655.3YTK247009.2515.63.137.9670361.6525.416.54.74.651.2YTK247504.328.031.44.2570181.5235189.12.68.973.6YTK248001.918.22.88.150312.0738228