盐膏层钻井液技术课件.ppt

1、盐膏层钻井液技术 目录目录 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、塔西南、山前

2、、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；报废进尺

3、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，探索区块钻井

4、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，可解决软泥岩

5、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

6、存在：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

7、坍塌。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

8、工作者对塔里木复合盐层特性、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

9、这种钻井液体系，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

10、图版绘制。对付塔里木盆地第三系、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

11、勘探开发步伐，为塔里木石油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

12、为以下几个方面：盐膏层岩石理化性能的分析盐膏层岩石理化性能的分析盐膏层蠕变规律的研究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。盐膏层钻井工程技术措施的优化。盐膏层钻井液技术 一、概述一、概述 盐膏层钻井液技术 一、概述一、概述 1.1.盐膏层岩石理化性能的分析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

13、，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、概述一、概述 2.2.盐膏层蠕变规律的研究盐膏层蠕变规律的研究 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

14、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、概述一、概述 3.3.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合理的井身结构的确定和套管的设计 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、套管串组合及其强度。盐膏层钻井液技术 一

15、、概述一、概述 4.4.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。5.5.盐膏层钻井工程技术措施的优化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。盐膏层钻井液技术 一、概述一、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、概述一、概述 塔里木油田吐北2井下第三

16、系盐岩之二 盐膏层钻井液技术 一、概述一、概述 塔里木油田康塔里木油田康2 2井寒武系盐岩被溶解掉的白云岩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、概述一、概述 塔里木油田康塔里木油田康2 2井寒武系盐岩与白云岩混合体井寒武系盐岩与白云岩混合体 盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 物理特性物理特性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

17、强度、弹性模量和波松比有增加的趋势。物理特性物理特性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、理化性能二、理化性能 化学组分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

18、 二、理化性能二、理化性能 化学组分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、各粘土矿物如伊利石、蒙脱石等的相对含量以及非粘土矿物的种类等。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。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分一、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

19、，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。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、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

20、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（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山前构造带等。一般分为：1.石膏、膏泥岩为主的地层，2、含盐膏、泥岩地层，3、“软泥岩”。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、

21、盐、膏、泥复合盐层1 1、石膏、膏泥岩为主的地层、石膏、膏泥岩为主的地层这类地层主要矿物组分是石膏和粘土矿物，而石膏的主要成分是硬石膏，它遇水就会发生化学反应，生成有水石膏（CaSO42HO）。实验表明，硬石膏在非自然压实状态下吸水后，其轴向膨胀量为26%；若将实验室压制的硬石膏岩芯放入饱和盐水或饱和的CaSO4溶液中都可观察到明显的水化分散、解体现象。石油大学曾做过羊塔克地区泥页岩的吸附等温线（见图4.1.2、图4.1.3），从图中可明显看出相对活度超过0.755以后，地层矿物相对吸水量急剧增大，含膏地层尤为明显。图图4.1.2 羊塔克羊塔克1泥页岩吸附等温线泥页岩吸附等温线 图图4.1.3

22、 羊塔克羊塔克2泥页岩吸附等温线泥页岩吸附等温线注：图4.1.1中50465060m，52275229m为膏质泥岩，图4.1.2中5263 m、5268 m为含膏盐岩。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、盐、膏、泥复合盐层1 1、石膏、膏泥岩为主的地层、石膏、膏泥岩为主的地层从实钻情况看，井下钻遇的复杂地层，大多出现在膏泥岩及软泥岩地层中，在这类以石膏为主的地层中并不是单纯的石膏吸水膨胀问题，而是因硬石膏吸水膨胀后地层表现出的一种综合效应。这可从物理化学和力学方面来研究，位于井眼周围损害带的硬石膏吸水膨胀和分散能力比泥岩和盐岩都要强，在与钻井液接触的表面上，硬石膏吸

23、水膨胀和分散。在膏岩、膏泥岩地层，尤其是石膏充填在泥岩、粉砂岩孔洞、裂隙中以及石膏为胶结物的膏质盐层中，将引起缩径或掉块、垮塌等。由于硬石膏吸水是化学反应，这就在限制膏岩的吸水速率和吸水量方面对钻井液化学提出了明确的要求。根据图4.1.2、图4.1.3，羊塔克地区膏泥岩及软泥岩地层钻井液体系中水的活度应小于0.755。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、盐、膏、泥复合盐层1 1、石膏、膏泥岩为主的地层、石膏、膏泥岩为主的地层另一方面，不与钻井液接触的表面（非自由表面），由于很强的毛细管力和裂隙的存在，或在钻井液密度不适应时，井壁发生剪切破坏，井壁周围产生微裂缝，这样

24、，井壁深处的硬石膏就得以吸水，吸水后其本身孔隙压力增加，强度降低，对周围岩石将产生两方面的影响，一是增加了围岩的孔隙压力，也就是降低了围岩的有效强度；二是将以前硬石膏在复合盐层中承担的应力释放给围岩。这两方面的影响就造成了钻井液的有效液柱压力（径向应力）的降低，从而表现出井径缩小或垮塌的现象，这可以在羊塔克101井的测井曲线中观察到。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、盐、膏、泥复合盐层2 2、含盐膏、泥岩地层、含盐膏、泥岩地层这类地层井壁失稳原因有二，一是以高矿化度（饱和盐水）高密度钻井液钻遇这种地层，由于盐岩在高密度下的低蠕变，加之膏岩、泥岩的吸水膨胀、分散造成

25、缩径或掉块等现象。二是低矿化度的钻井液钻遇这类地层时，盐岩溶解及石膏的吸水膨胀、分散等，使井下发生严重垮塌。如羊塔克101井以81000ppm氯根含量的钻井液钻遇这种含盐泥岩地层（52605262米），井下阻卡严重，且导致一次掉取芯筒外筒事故，而后将钻井液调整成欠饱和盐水钻井液后（氯根含量提至153033ppm，提高切力），井下返出大量砂子，说明井下存在严重的垮塌现象，电测结果表明该处井径由149.2毫米扩至568.9毫米。总之，为了确保这类以盐岩为主的地层井壁稳定性，要求使用高密度饱和盐水钻井液，抑制盐岩溶解，使井壁处于弹/塑性状态，保证钻井液与地层达到力学和化学上的平衡，使井壁达到稳定。盐

26、膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、盐、膏、泥复合盐层3 3、“软泥岩软泥岩”软泥岩以粘土矿物为主，同时含有少量盐（2-10%）和石膏（8-19%）。粘土矿物以伊利石为主，含量大约为26%，其次是伊/蒙混层和绿泥石，不含蒙脱石。通过理化性能实验知，这类粘土矿物的吸水性、膨胀性和分散性相对较弱，那么这类地层表现出的分散性和吸水膨胀，主要是因为其中含的膏、盐所造成的，膏、盐含量愈大，表现出的分散性和吸水膨胀性愈强，在高的地应力下，就表现出塑性流动。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、盐、膏、泥复合盐层3 3、“软泥岩软泥岩”从电测知，这类地层具

27、有高伽玛、声波时差高和低电阻的电性特性，从而可知地层的泥质含量高、孔隙度大，地层水含量大，矿化度高等特点；从返出岩屑分析，岩屑的粘性强，成团块状。当钻遇这类地层时，由于地层孔隙度和所含的膏、盐的吸水，以及钻井液滤液在液柱压力下进入地层孔隙中，使得地层孔隙压力增加，有效钻井液液柱压力减小，地层本身的强度降低，在地应力的作用下，使软泥岩发生塑性流动，钻井液密度越低，软泥岩厚度越大，表现出的流动性愈强。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、盐、膏、泥复合盐层3 3、“软泥岩软泥岩”此外，其相邻的地层，尤其是含膏量大的地层，在吸水后，强度降低，孔隙压力增大，加剧了软泥岩的塑性

28、流动，这可能是软泥岩地层迅速卡住钻具的危险原因之一。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、盐、膏、泥复合盐层3 3、“软泥岩软泥岩”解决这类矛盾，要提高钻井液密度，增加钻井液液柱的有效压力；同时控制钻井液的高温高压失水，改善泥饼质量，阻止钻井液滤液进入更深的地层，解决了这两方面的问题，可以在一定周期后（在地应力释放一定程度后，地层趋于稳定），利用划眼等方法解决井下阻卡等问题，使井眼趋于稳定。如塔里木油田的东秋5井，用密度1.72 g/cm3的钻井液钻至2452.28米遇薄层软泥岩”（2452-2455米）划眼阻卡明显，将密度提至1.82 g/cm3后正常钻进。盐膏层钻

29、井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分二、盐、膏、泥复合盐层3 3、“软泥岩软泥岩”用密度1.82-2.03g/cm3的钻井液钻至2514-2545米棕褐色“软泥岩”，连续发生2次恶性卡钻事故，第一次卡钻泡解卡剂3次，淡水钻井液1次无效，最后将密度提至1.92 g/cm3，爆炸松扣、套铣倒扣解除，损失了28.5天。第二次卡钻在钻进至2555.8米短起，倒划起至2527.47米蹩泵卡死，卡死后循环不通，分析为“软泥岩”缩径包死钻铤，将钻井液密度提至2.20g/cm3，爆炸松扣套铣倒扣解除，损失46天。该段井眼钻井的关键技术是用足够的液柱压力平衡该段井眼钻井的关键技术是用足够的液柱压

30、力平衡“软泥岩软泥岩”的塑性流动的塑性流动（蠕变）。（蠕变）。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 化学组分化学组分综上所述，以上两类盐膏层的化学组成有很大差异。因此，发生井壁不稳定的原因及应采取的钻井液技术对策也各不相同。对于纯盐膏层，主要是由于盐溶造成中深井段井径扩大，并引起钻井液性能变坏；而深部井段由于盐膏层蠕变而造成缩径，引起起下钻遇阻或卡钻。一般情况下，对于中深井段盐膏层厚度不超过100m的井，可采用适当钻井液密度的欠饱和盐水钻井液，使盐溶解而引起的井径扩大率与因塑性变形而引起的缩径率相接近。盐、膏、泥复合地层除发生盐溶导致的井壁不稳定问题之外，还可能因泥页岩水化和强地应力引起

31、的坍塌。此时，应更加重视对钻井液密度的控制，必要时应使用强抑制性的饱和盐水钻井液。分析方法实验技术 岩石的理化性能试验方法一般按石油天然气行业标准“SY/T 5613-93 泥页岩理化性能试验方法”进行。岩石理化性能主要包括密度、阳离子交换容量（CEC）、膨胀率、分散率及等温吸附特性等参数。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 分析方法实验技术 仪器材料仪器材料 主要是李氏密度瓶。操作步骤 大家可参看书本了解一下，这里不做详细介绍了。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能李氏密度瓶 分析方法实验技术 1.膨胀率法 仪器材料仪器材料1）NP-01型页岩膨胀测试仪，包括主机、记录仪和压力

32、机全套设备，主要部分示意图见图 2.3.2；2）游标卡尺、凡士林、滤纸等。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能1底盖；2滤纸；3样心；4测杆；5试验溶液；6测试杆；7传感器；8转换部件；9数字表；10记录仪NP-01型页岩膨胀测试仪 分析方法实验技术 2阳离子交换容量CEC法 仪器材料仪器材料1）五轴搅拌器（或单轴搅拌器、瓦楞搅拌器均可）；2）25 ml滴定管，3%（质量分数）双氧水，稀硫酸2.5mol/l；3）亚甲基蓝标准溶液。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 分析方法实验技术 3比表面积法比表面积法目前测定粘土和岩石比表面积的方法较多，这里只就其中适合岩石测定的两种方法即亚

33、甲基蓝法和CST法作一介绍。1）亚甲基蓝法测比表面积 2）用CST法测比表面积盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 分析方法实验技术 4 4泥页岩吸附等温线法泥页岩吸附等温线法盐膏层岩石吸附等温线实验用于测定在不同平衡条件下岩石含有的水量（即岩石的不同吸水性），用它可以估计地层的膨胀程度，吸水量越大，水化膨胀的可能性就越大。仪器材料仪器材料扁形称量瓶、普通干燥器及氯化锌、氯化钙、硝酸钙、氯化钠、磷酸二氢钾。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 分析方法实验技术 1 1回收率法回收率法盐膏层岩石分散性一般用回收率来表示，即模拟井下温度和环空速率进行动态实验，测定相同条件下16小时后筛

34、余与原岩石质量的比值。回收率越大，岩石分散程度越小，反之亦然。仪器材料仪器材料泥浆五柱滚子炉，泥浆品脱罐（或玻璃瓶），40目标准分样筛等；盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 分析方法实验技术 2 2CSTCST法法也叫毛细管吮吸时间实验方法，它是测定各种试液与岩粉配成的浆液渗过特制滤纸一定距离所需的时间，此值称为CST值。CST越小，岩石分散性越小。仪器材料仪器材料CST仪，即毛细管吮吸时间仪；七速瓦楞混合器及不锈钢杯。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 1圆柱试浆容器；2特制滤纸；3渗滤圆；4控制器；5计时器；6电极 CST试验仪 分析方法实验技术 水溶性盐总量的测定水溶性盐

35、总量的测定仪器和试剂仪器和试剂电热板、水浴锅、干燥器、瓷蒸发皿、12%碳酸钠溶液、15%双氧水等。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 分析方法实验技术 2水溶性盐的组分分析水溶性盐的组分分析1）钙离子的测定2）镁离子的测定3）氯离子的测定4）硫酸根离子的测定5）碳酸根离子的测定6）钾离子的测定7）钠离子的测定 盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 小小 结结盐膏层岩石具有强度低、波松比高、温度对其影响大、温度和应力水平与盐的蠕变特性密切相关，以及不同应力温度条件下的蠕变规律取决于不同的变形机制等物理特性。根据盐层厚度、盐膏层特点及夹层情况，可将盐膏层进一步分为纯盐岩层和盐、膏、泥

36、复合盐层两类。盐膏层岩石化学组分中的粘土矿物以伊利石为主，另含绿泥石及伊蒙间层等。盐膏层岩石的理化性能主要包括密度、阳离子交换容量（CEC）、膨胀率、分散率及等温吸附特性等参数以及可溶性盐的类型（如Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl和SO42等）及含量。理化性能试验一般按石油天然气行业标准“SY/T 5613-93泥页岩理化性能试验方法”进行。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理化性能 思考题思考题1.盐膏层岩石有哪些主要物理特性？2.盐膏层岩石主要由哪些化学组分组成？粘土矿物组成是什么？3.盐膏层岩石的理化性能主要有哪些参数？请简单说说各自的测定方法。盐膏层钻井液技术 二、理化性能二、理

37、化性能盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 欠饱和盐水钻井液简介 欠饱和盐水钻井液，也就是一般盐水钻井液，是指欠饱和盐水钻井液，也就是一般盐水钻井液，是指NaCl含量自含量自1%（重量百分比浓度，（重量百分比浓度，Cl-含量约为含量约为6000mg/l）至饱和（常温下浓度为）至饱和（常温下浓度为315,000mg/l，Cl-含量约为含量约为189,000mg/l）前的钻井液。）前的钻井液。欠饱和盐水钻井液简介 1.矿化度较高，具有较强的抑制性，能有效抑制泥页岩水化，保持井壁稳定；2.有较强的抗盐侵能力，能有效抗钙侵和抗高温；3.滤液性质与地层原生水接近，对油气层损害小；4.钻出的岩屑

38、在水中不易分散，比较容易清除，有利于保持较低的固相含量；5.有效抑制地层造浆，流动性好，性能较稳定，较饱和盐水钻井液易于维护，成本低；6.对钻具和设备的腐蚀性较大，对电测有一定的影响，较淡水钻井液的配制成本高。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 欠饱和盐水钻井液简介 1.受井身结构或套管下入深度的限制，盐膏层和低压漏失层同在一个裸眼，钻井液密度无法提高，欠饱和盐水钻井液可以通过盐的溶解减缓盐层的蠕变，为较低的钻井液密度提供条件；2.配浆水本身含盐量较高；3.钻遇盐水层时，钻井液体系性能不能继续维持；4.钻遇含盐地层或厚度不大的盐岩层，以及为了抑制强水敏性泥页岩地层的水化等。盐膏层钻

39、井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 欠饱和盐水钻井液简介 在选择盐水钻井液时，可能只涉及以上某些因素，但也可能包含所有因素。多数情况下，盐水钻井液只用于某一特定的井段。比如，当预先已知在某一深度有一较薄的盐岩层时，可在进入之前有准备地将盐和处理剂一并加入钻井液，使之转化为盐水体系。当钻过盐层并下入套管后，又可通过稀释与化学处理，逐步恢复至淡水体系。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 欠饱和盐水钻井液简介 盐水钻井液中含盐量的多少一般根据地层情况来确定。含盐越多，钻井液的抑制性越强，对盐岩层的溶解量越小，即越有利于井壁稳定，但护胶的难

40、度亦同时增加，配制成本也会相应增加。因此，确定合理的含盐量是十分重要的。尽管饱和盐水钻井液能够很好地解决由于盐溶引起的各种井下复杂情况，能够顺利钻穿复杂的盐膏层，且与油基钻井液相比，配制成本要低一些，但是，饱和盐水钻井液的耗盐量很大，体系性能维护成本高，往往是对厚度大的盐层、深层盐层或复杂盐层不得已而用之。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 欠饱和盐水钻井液简介 因此，对于埋藏深度小、厚度小且不太复杂的盐膏层，而且能够很快钻穿就下技术套管或油层套管封隔的井，从经济观点出发，可选用合理的欠饱和盐水钻井液钻进，采用此钻井液钻盐膏层，均会因盐溶而引起井径扩大或复杂的含盐膏泥岩坍塌。经过科

41、技攻关和现场反复实践，目前已经总结出了一整套欠饱和盐水（低含盐）钻井液钻进深层复杂盐层的钻井工艺技术，使欠饱和盐水钻井液的应用范围从原来的小段浅层盐层扩展到深层的大段复杂盐膏层。不仅大大降低了钻井液的配制成本，同时使得盐水钻井液体系更易于维护，处理剂的作用更易于发挥，从而提高机械钻速，降低钻井总成本。体系设计和主要技术指标 浅井和中深井段的盐层总厚度不超过100m的井，采用欠饱和盐水钻井液，使盐溶解引起的井径扩大率与盐岩因塑性变形引起的缩径率相接近，防止缩径。在深井段，除必须依据井深、井温与盐岩类别来确定钻井液密度以控制盐岩因塑性变形而缩径外，还必须对钻井液体系和配方优化。纯盐层若使用饱和盐水

42、钻井液体系，需较高的钻井液密度，性能维护难，配制成本高。使用满足深层厚盐层钻井的欠饱和盐水钻井液体系更为经济可行。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 体系设计和主要技术指标 室内的岩心浸泡实验表明，加入了3%硅酸钠的浸泡液，使岩心在浸泡24小时后仍能基本保持原状，且能在岩心表面形成一层硬壳。随时间延长，岩心的硬度进一步增加。因此，硅酸盐对盐层具有良好的稳定作用。此外，硅酸钠与7%KCl配合使用时，岩屑回收率高达99.7%，说明对泥页岩具有很好的抑制作用。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 体系设计和主要技术指标 根据现场需要，已优选出高密度欠饱和盐水稀硅酸盐钻井液的配方

43、，并测定了它在深部井段高温高压条件下的流变性，以确定是否能够满足钻井工程的需要。其配方和高温高压流变性的测定结果如表6.2.1和图6.2.1所示。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 现场配方：现场配方：4%4%土浆土浆+0.2%Flowzan+0.2%Flowzan+12%SMP-2+12%SMP-2+7%FT-1+7%FT-1+8%SPC+8%SPC+3%+3%硅酸钾硅酸钾+25%NaCl+25%NaCl+0.1%SP-80+0.1%SP-80+重晶石重晶石盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 稀硅酸盐钻井液高温高压流变性实验结果稀硅酸盐钻井液高温高压流变性实验结果温度

44、压力MPag/cm3AVmPa sPVmPa sYPPa常温常压1.851048123601.5157.58869.5901.5108.59513.51203.57056141503.55636201603.54527181703.538.5299.5AV PV YP 硅酸盐钻井液体系HTHP流变性曲线 020406080100120140160180206090120150160170温度（）AV PV YP 体系设计和主要技术指标 可以看出，从常温60，该钻井液的表观粘度随温度升高而略有上升，从60120表观粘度随温度升高下降幅度较快，而在100170随温度升高而降低幅度较慢。塑性粘度在6

45、090随温度升高而略有上升，90120随温度升高降低较快，超过120后降低速度减缓。动切力在6090随温度升高降低较快，在90以后基本趋于稳定。总的来看，高密度欠饱和盐水稀硅酸钠钻井液在高温高压条件下仍能保持较理想的流动性，并能满足深井钻井的需要。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 体系设计和主要技术指标 除采用上述的钻井液体系外，纯盐层钻井还可以根据其井深、井温、地应力等具体情况，采用其它合理的钻井液体系，如塔里木库车纯盐岩层就采用油包水乳化钻井液，而长庆的纯盐层则采用过饱和盐水钻井液体系。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 体系设计和主要技术指标 欠饱和盐水钻井液的

46、密度与多种因素有关，应根据现场实际情况综合考虑。现场一般根据抑制盐膏层蠕变所需要的密度、漏失压力、盐膏层的段长等，通过调整氯根浓度，可适当降低钻井液密度，使欠饱和盐水钻井液能平衡井眼截面的盐溶率与盐层缩径率，从而达到防止盐岩层卡钻的目的。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 体系设计和主要技术指标 （一）缩径率与钻井液密度的响应关系视盐岩地层地应力为均匀的，假设盐岩地层为各向同性，且为平面应变问题；静水压力不影响盐岩的蠕变；广义蠕变速率与应力偏量具有相同的主方向。根据上述假设可得到蠕变问题的力学基本方程；对于不同层系的盐层，根据不同温度压力条件下的蠕变试验确定蠕变特性参数A、B、Q，

47、则盐岩蠕变产生的缩径率与钻井液密度的响应关系就可确定。表6.2.2 是塔里木油田某井寒武系盐层蠕变特性参数。盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水表表6.2.2塔里木油田某井寒武系盐层塔里木油田某井寒武系盐层蠕变蠕变特特 性性 参参 数数盐岩ABQ寒武系 3.4310.439807 体系设计和主要技术指标 （二）盐岩溶解速率的测定取过100目的盐粉10克，用压力机在8MPa下稳定10分钟，制得盐岩心；用蒸馏水配制Cl-分别为50,000mg/l、100,000mg/l、125,000mg/l、150,000mg/l的盐溶液；在压好盐岩心的压

48、模中加入15克盐溶液，30分钟后测压模中盐溶液的Cl-，用上式计算盐岩心在不同浓度的盐溶液中的溶解速率：见上式tSVCl648.1100015-盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水表表6.2.3 盐岩心溶解速率测定结果盐岩心溶解速率测定结果实验温度，初始Cl-，104mg/lCl-，%盐岩心溶解速率，kg/(m2 min)室温01.201.9650.761.23100.360.5912.50.220.36150.100.166002.794.5451.762.86100.981.5912.50.520.85150.380.629003.095.0251.993.24101.272.0

49、712.50.851.38150.631.020123456051012.515初始Cl-，104mg/l盐岩心溶解速率，kg/(m2 min)室温6090盐岩心溶解速率图 盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水 体系设计和主要技术指标 （二）盐岩溶解速率的测定可以看出，浸泡液中氯离子浓度越大，盐岩溶解速率越低；但是，随氯离子浓度增加，盐岩溶解速率降低的幅度减小；随温度升高，盐岩溶解速率增加。因此，在盐膏层钻井过程中，若使用淡水钻井液，会引起盐岩层过度溶解，从而使井眼扩大，导致扩径和井壁坍塌等复杂情况；而使用适当氯离子浓度的欠饱和盐水钻井液，既可以部分溶解盐层蠕变缩径的井壁，又因为盐岩

50、钻屑和井壁的溶解使环空中的氯离子达到饱和，从而减轻钻井液对上部盐岩层井壁的冲蚀，避免复杂情况的发生。并且，适当浓度的盐溶液可以有效抑制泥页岩的膨胀和水化，保证了泥页岩层段井壁的稳定。体系设计和主要技术指标 （三）欠饱和盐水钻井液合理氯离子浓度的确定欠饱和盐水钻井液合理Cl-的确定，既要考虑盐岩钻屑和蠕变井壁的溶解，又要兼顾泥岩、灰岩井壁的稳定。1.对于理想纯盐层对于理想纯盐层，可以得到以下近似关系式 钻屑量蠕变量=Cl-排量时间 式中 钻屑量=盐层厚度井眼面积 蠕变量=蠕变速度盐层厚度时间 时间=盐层厚度/机械钻速 盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水三、欠饱和盐水盐膏层钻井液技术 三、欠饱和盐水