盐膏层钻井技术(钻井教材)讲解

概 况（之二）
分类及其特征
第二类型复合盐层：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。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）
1
2
分类及其特征
复合盐层
纯盐层
概 况（之二）
分类及其特征
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（之三）
g / cm
3
g / cm 3
下钻盐层顺 质量优， 钻至 6208 米完钻
轮南 46 井
4.12~5.30 / 46 天
5205—5368
发生井漏。
1、双心钻头钻盐层顺利，电测时卡仪器一次，第 一次下套管井漏，堵漏后重下，最后固井顺利。 1、 双心钻头钻盐层顺利。
优良
哈2井
6.8~8.28 / 82 天
概 况（之二）
分类及其特征
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。
时应研究盐膏层段套管选材、套管串组合及其强度。
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
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，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。
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。
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 盐膏层固井技术 钻井监督工作要点
概 况（之一）
分布情况
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
概 况（之三）
序 号 事故时间 井号 深度，米 1988.04.25 4686.85 1988.04.25 4686.85 1988.08.10 4807.30 1988.10.06 4657.50 1988.11.03 4858.40 1988.04.07 4789.00 1989.05.24 4946.07 类型 事故统计 1 南喀 1 井 盐层缩径卡钻 274.60
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
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。
盐膏层对钻井工程危害
事故原因及处理 损失时间 7″套管未将第三系复合盐层封隔完，造成 1782 小时 30 分 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。
续表 1. 第三系复合盐层钻井事故统计表
9
英 12 井
缩径卡钻
205.10
1459 小时 35 分
钻井液密度低， C1 ˉ含量低，造成膏盐层 缩径卡钻，从 4349 米填井侧钻。 盐溶后井壁垮塌，形成砂桥卡钻，泡解卡剂 解卡。 钻开“软泥岩”后，因井下液柱压力仍不能
盐膏层对钻井工程危害
工程简况
g / cm 1、 饱和盐水钻井液 1.58 为欠饱和。
3
石炭系复合盐层钻井事故统计表
固井质量 钻进阻卡多次改 套管挤坏侧 钻
2、 双心钻头钻后盐岩层闭合快。 1、 牙轮钻头钻井液密度 1.52 利但闭合快、通井阻。 2、 密度加重至 1.61 轮南 45 井 5.1~6.24 / 55 天 5266.6—5404
10
英 901 井
砂桥卡钻
88 小时 10 分
11
东秋 5 井
缩径卡钻
684 小时
平衡其蠕变，起钻倒划眼时卡死，倒扣，套 铣解铣。 钻穿“软泥岩”后，因井下液柱压力仍不能
12
东秋 5 井
缩径卡钻
1104 小时
平衡其蠕变，起钻倒划眼时卡死，倒扣，套 铣解铣。
13
曲5井
缩径卡钻
164.20
1709 小时
5706—6793
2、 堵漏一个月、 通井划眼时 2 次卡钻解卡后又断 钻具 157.42 米于井底。 1、 用双心钻头低含盐适当密度钻井液钻进顺利。 g / cm 3
未固
吉南 1 井
11.21~12.3 / 12 天
5265—5382
2、 密度 1.52
下套遇阻。
优良
3、 井漏情况下固井。 塔河 1 井 12.8~12.13 / 6 天 5169—5366 1、双心钻头用低含盐适当密度钻井液钻井正常通 井也顺利。 1、 牙轮钻头钻盐层顺利。 乡 1 井(侧) 11.22~12.31 / 39 天 5167—5321 2、 通井时卡钻， 第一次解卡， 第二次断钻具卡死， 鱼顶 5148.9m。 优良
表 3、中原油田套损井井深分布统计
井深（米） 套损井数（口） 占统计总井数比例（%） 0——400——800——1200——1600——2000——2400——2800——3200——3600 合计 31 6.2 14 2.8 11 2.2 40 8.2 41 7.9 206 40.1 105 20.8 44 8.5 22 4.4 514
系地层，分属泻湖陆相沉积和滨海相沉积。
概 况（之二）
1
2
分类及其特征
复合盐层 复合盐 层 纯盐层
概 况（之二）
复合盐层是陆相盐湖沉积的产
分类及其特征
物，其岩性成Байду номын сангаас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。
塔里木 油田吐 北2井 下第三 系盐岩
取芯钻进时因盐层缩径卡死，从 4376 米填井侧钻。
3
南喀 1 井
盐层缩径卡钻
237.30
888 小时 59 分
4806~4809 米纯盐层，钻进时停转 盘卡死，从 4570 米填井侧钻。 4650~4657 米 岩 盐在 岩 屑中比例
4
南喀 1 井
盐层缩径卡钻
16 小时 20 分
30~90%，密度低，缩径卡钻。泡 清水 12 方，淡水浆 6 方，解卡。 4853~4875 米岩盐层段井径缩小，
钻遇“软泥岩” ，因钻井液密度低，造成缩 径卡钻从 4023.74 米填井侧钻。 钻遇岩盐层，因钻井液密度低，造成缩径卡 钻，从 5100 米填井侧钻。
14
亚肯 3 井
缩径卡钻
446.33
2093 小时
概 况（之三）
表2
井号 事故时间 / 损失时间 盐岩层段，米 乡1井 1991.3.3~4.30 / 59 天 5165—5331
盐膏层对钻井工程危害
事故原因及处理 损失时间 4668～ 4682 米灰白色膏泥岩，因 775 小时 40 分 钻井液密度低，缩径卡扶正器， 从 4415 米填井侧钻 4708~4778 米连续 70 米纯盐层，
表 1.第三系复合盐层钻井事故统计表
报废进尺，米
2
南喀 1 井
盐层缩径卡钻
357.88
1001 小时 15 分
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2~6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
概 况（之四）
2.盐膏层蠕变规律的研究
盐膏层钻井技术概述
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
概 况（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1700~3600米，套损深度主要集中在2000~2800米，而该井段 主要为盐膏层、断层集中段。
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、
5
南喀 1 井
盐层缩径卡钻
616.70
2120 小时 23 分
起钻倒划眼时卡死，从 4289.50 米 填井侧钻。 夹于岩盐层间的脆性泥岩，垮塌
6
南喀 1 井
井壁掉块卡钻
328 小时 05 分
卡钻，提断扶正器公扣后，磨铣 解除。
7
南喀 1 井
井壁坍塌缩径 卡钻
钻遇浅灰色细砂岩，严重漏失， 696 2542 小时 37 分 钻井液有进无出，井壁坍塌，缩 径卡钻。从 4250 米填井侧钻。
概 况（之三）
序 号 事故时间 井号 深度，米 1992.04.28 5158.38 1993.04.09 4554.10 1993.12.12 2514.85 1993.12.12 2514.85 1994.01.31 2527.47 1993.11.23 4187.93 1993.07.15 5546.33 类型 报废进尺，米 事故统计 8 英8井 压差卡钻 223.86