复合岩盐层井眼蠕变缩径的数值模拟
膏盐层的钻进措施
盐膏层钻进技术措施（一）在膏盐层井段钻进时，由于膏盐层的塑性流动及易造成卡钻、套管挤毁事故同时由于膏盐污染泥浆体系，造成井壁坍塌，形成不规则井眼，影响固井质量为此在钻进膏盐层前，应做好充分的物资与技术准备，措施如下：1．钻膏盐层时，每钻进0.5米上提2米划眼到底，如划眼无阻卡、无蹩劲显示则可增加钻进井段和划眼行程，但每钻进4—5米至少上提划眼一次，每钻完一单根，方钻杆提出转盘面，然后下放划眼到底；钻进4小时（或更短，短起钻过盐层顶部，全部划眼到底，若无阻卡显示，可适当延长起钻间隔，但坚持钻具在盐层段作业时间不超过12—15小时。
2．钻膏盐层时应调整机械参数，控制机械钻速，每米钻时不低于10分钟。
3．注意钻速的变化，若机械钻速减小，立即上提划眼到底。
4．密切监视各种参数的变化情况，如发现任何异常，立即上提钻具划眼；岩盐层及其上下井段要保持钻具一直处于活动状态，防止钻具静止而卡钻。
6. 发现有任何缩径的井段都要进行短程起钻到复合盐层顶，以验证钻头能否通过。
钻穿盐层和软泥岩层，应短起至套管内，静止一段时间，再通井观察其蠕变情况，检查钻井液性能是否合适。
7. 钻进出现复杂情况不宜接单根，不宜立即停转盘、停泵，应维持转动、循环，待情况好转后，再上提划眼，判断分析复杂情况发生的原因。
8. 尽可能延长开泵时间，接单根时钻具坐于转盘后方可开泵。
9. 应首先确定安全时间，如需进行取芯或下部作业需花较多时间，钻头在盐层以下时间不得超过安全时间采用扩孔器以增大膏盐层井径。
二、复杂情况预防与处理A、防塌措施调整好钻井液性能，钻入易塌层段前，按钻井液设计要求一次性加入防塌剂，含量达到3%左右。
起钻必须连续向井内灌入钻井液。
起钻遇阻，应将钻具下到畅通井段开泵重新循环洗井，避免因抽吸引起井塌。
钻进中发现泵压升高、悬重下降、扭距增加、打倒车严重、钻杆内倒返浆严重现象，应停止钻进或接单根，上提钻具到畅通井段，采用冲、通、划的方法处理。
中东某区块盐岩地层蠕变缩径的力学分析与应用
第 ４期
钻
采
工
艺
・２３ ・
Ｖｏ １ ． ３ ６ Ｎｏ ． ４
ＤＲ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ＆ Ｐ Ｒ Ｏ Ｄ ＵＣ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ ＮＯ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
中 东某 区块 盐岩 地 层 蠕 变缩 径 的 力学 分 析 与应 用
马德新 ， 李嗣贵 ， 李 自立 ， 杨 鸿波 ， 宋林松
持 续很久 。为方便 现场 技 术 人 员快 速 、 及 时 解 决盐
膏 层钻井 作 业 中盐 岩 蠕 变 缩 径 的难 题 ， Ｊ ｏ ｈ ｎ Ｂ ａ ｒ ｋ ｅ ｒ 等 建立 了 适 用 于 美 国墨 西 哥 湾 盐 岩 地 层 蠕 变 与 钻井 液密 度 、 地层 温 度 的数 学解 析方 程 式 。 出于 同
钻采工艺2013年第5期要目忙忙页岩气井工厂开发关键技术王敏生等苏里格气田智能柱塞气举排水采气技术研究杨旭东等dx1井高压高产储层氮气安全钻井技术胥志雄等基于遗传算法优化超低渗透油藏水平井压裂裂缝参数费尔干纳盆地井壁稳定技术研究闫传梁等高武彬等倾斜井筒岩屑运移实验研究评述张好林等纤维加砂压裂技术在新疆油田三区的应用丁士辉等干井筒固井技术及在元坝区块钻井中的应用马庆涛等气体钻井岩屑分离系统设计与计算温杰等忙水平井管柱摩阻扭矩的计算模型范光第等rsbha动态应力有限元分析及优化何保生等
分析 ， 并绘 制 出不 同井 深 条 件 下 的 钻井 液 密 度 图版
石材料 的应 力 、 应 变 随 时 间变 化 的性 质 。事 实 上 所
有 的岩 石在 有载 荷 的情 况 下 都 要 发 生蠕 变 ， 只是 由 于岩石 性质 的不 同 ， 产 生 的蠕 变 大 小 不 同 Ｊ 。复 合 盐膏 层 的 中的盐 膏 岩 、 软泥 岩 等 岩 石对 蠕 变 非 常
层状岩盐蠕变特性及其储库密闭性的研究
河北工业大学硕士学位论文层状岩盐蠕变特性及储库密闭性研究摘要我国岩盐矿床大部分为薄盐层矿床，单层厚度薄，软弱夹层多，内含大量高盐份泥岩夹层，从而加大了我国岩盐矿床地下能源储存库和核废料处置库洞室的建造难度。
不仅要考虑岩盐矿体的渗透性、溶腔的蠕变收敛性、矿柱的稳定性外，还要充分考虑夹层的不均匀性，如夹层及层理的渗透性，夹层和岩盐蠕变的差异性。
本文结合以往层状岩盐研究的成果，根据目前岩盐蠕变特性研究存在的问题，从以下几个方面做了工作。
1、针对以往对含泥岩夹层岩盐的研究都是通过对固定盐样进行试验，对含泥岩夹层岩盐蠕变特性没有一个全面的把握，本人结合以往的试验数据，采用FLAC3D对各种工况进行数值模拟，包括泥岩层数、泥岩倾斜角度的变化等，对含泥岩夹层岩盐蠕变特性做了进一步的探讨。
2、基于以上得出的泥岩夹层对岩盐蠕变特性的影响，研究了在不同泥岩层数、洞室内压及不同的泥岩模量情况下，层状岩盐储库长期变形特性。
其中，泥岩层数和内压变化对洞室变形影响较大，泥岩模量影响较小。
3、通过节理单元的引入，研究泥岩夹层剪切位移的变化规律，进而探讨了层状岩盐储库的密闭性问题。
由于层间位移差存在的范围较小，加上岩盐较强的流变性，本人认为气体渗透通道是封闭的，泥岩夹层不会对储库的密闭性造成严重影响。
关键词：层状岩盐，夹层，蠕变特性，密闭性，数值模拟i层状岩盐蠕变特性及储库密闭性研究i iRESEARCH ON THE CREEP CHARACTERISTICSAND STORAGE CA VERN TIGHTNESSIN BEDDED ROCK SALTABSTRACTMost rock salt deposit are very thin,and the thickness of single-layer is small, have manyweak interlayers and rock salt with salt-mudstone interlayer in china, which increased the difficulty in constructing energy storage and nuclear waste repository in our rock salt deposit underground.Not only the permeability of the rock salt body, the convergence of the cavity and the stability of jambs must be considered,but also the heterogeneity of the interlayers must be full considered, like the permeability of interlayers and layers,the difference of interlayers .In this paper,I combine the results of the study on layered rock salt in the past, base on the existing problems of current rock salt creep characteristics,and work from the following aspects.1.In the past,people study the rock salt with mudstone interlayer through the experiment of rock salt samples, do not have a comprehensive grasp with the creep properties of rock salt with mudstone interlayer.I combine previous datas, and study further on creep properties of rock salt with mudstone interlayer using FLAC3D numerical simulation on varieties of operating conditions, including layers of mudstone, changes in the angle of mudstone, and so on.2.By the impact of mudstone interlayer on the creep properties of rock salt,study on the long-term deformation characteristics of layered rock salt storage with different mudstone interlayers, internal pressures and mudstone modulus. The mudstone interlayers and internal pressures have a greater impact on the cavern deformation, and mudstone modulus have less effects.3.By introducing interface units, study on the shear displacement between mudstone layers and explore the tightness problem in layered rock salt cavity. As the interface displacement difference exists in a less scope,and rock salt has strong creep properties, I think that the channel of gas permeability is closed, and mudstone interlayer has not a great impact on the storage cavern tightness.KEY WORDS: Bedded Rock Salt, Interlayer, Creep Characteristics, Tightness,Numerical Simulation河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1-1 研究背景和意义目前，西方主要工业发达国家在岩盐矿床中建造的地下储库越来越多，对岩盐溶腔的建造、利用以及岩盐性质的研究也在深入。
盐膏层钻井技术(钻井教材)讲解
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（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）
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
岩石的蠕变
EFG下降，最后e 应变为零。其中EF曲线为瞬时弹性应变 之恢复曲线，
而FG曲线表示应变随时间逐渐恢复为零。 由于卸载后应力立刻消失，而应变却随时间逐渐恢复，所以应力
与应变的恢复不是同步的，即应变总是落后于应力。具有这种特性的 弹性变形称为滞弹性或弹性后效。
5.3 蠕变模型
γ
τ
γ
τ
η η
ηη 1 1
τ τ
b
b
γ
γ
η2η2
cc
γ
ττ
γ
ηη 1 1 η1
η1
γ
ττγΒιβλιοθήκη dde) e)ττ
η2 η2
γ
γ
图5-5 线性粘弹性模型及其蠕变曲线 (a)马科斯威尔模型；(b)伏埃特模型；(c)广义的马科斯威尔模型；
(d)广义的伏埃特模型；(e)鲍格斯模型
5.3 蠕变模型
1(t) A1 exp(ct)
式中，A、C均为实验常数。 第一阶段蠕变应变公式更复杂些也可采用：
1(t) A1 exp(c1t) B1 exp(c2t)
式中，A、B、C1、C2 均为实验常数。
5.2 岩石蠕变经验公式
第二阶段蠕 变经验公式有：
1 ） Nadai (1963) 提出的：
.0 exp( / 0 )
石油工程中的流变现象： 在石油钻井过程中，当钻遇盐膏层时，会发生缩径现象；油田开发过程 中，由于注水，泥页岩部位的套管会受到非均匀外载的作用等都与岩层蠕变 有关。
5.1 蠕变概念和蠕变曲线
蠕变的定义： 岩石在恒定载荷持续作用下，其变形随时间逐渐缓慢 地增长现象称为蠕变(Creep）。 应力松弛的定义： 若控制变形保持不变，应力随时间的延长而逐渐减少 的现象称松驰(Relaxation)或称应力松驰。
岩盐水压致裂溶解的数值模拟
岩盐水压致裂溶解的数值模拟岩盐是一种重要的地质储层，然而其力学性质不稳定，很容易发生压致裂解溶解现象，对储层的稳定性造成影响。
因此，研究岩盐的压致裂解溶解现象对于有效开发地下资源和保障地质环境安全具有重要指导意义。
本文基于数值模拟方法，对岩盐水压致裂溶解现象进行了研究。
首先，针对岩盐的物理性质进行了分析，重点关注了其溶解性质。
然后，建立了岩盐水压致裂溶解的数值模型，并通过计算机模拟进行了分析。
研究表明，岩盐受到水压作用后，会在短时间内出现裂缝，并逐渐扩展。
随着水的渗透，水和盐之间会发生离子交换作用，导致岩盐发生溶解。
在裂缝扩展的过程中，水的渗透速度会影响岩盐的溶解速度和裂缝的扩展速度。
在高渗透速度下，岩盐裂缝扩展并且溶解速率快，会出现明显的岩屑崩落现象；而在低渗透速度下，岩盐裂缝扩展和溶解速率均减缓。
进一步分析发现，岩盐水压致裂溶解现象还会受到地下水化学环境的影响。
在不同的地下水化学环境下，可引起不同的溶解速率和裂缝扩展速度，对地下水环境和地质储层的稳定性造成重要影响。
本研究可为岩盐水力学特性和稳定性研究提供参考。
此外，还可为工程实践提供指导，有助于优化储层开发和环保措施的制定。
盐岩层井眼缩径粘弹性分析
E
η
σ
σ
图 1 麦克斯韦模型 Fig.1 Maxwell model
因为弹簧(H)和粘壶(N)是串联的，所以弹簧的
应力 σ H 与粘壶的应力 σ N 相等，且都等于模型的总
应力σ ；而模型的总应变 ε 为弹簧的应变 ε H 与粘壶
的应变 ε N 之和，即
ε = εH +εN
(1)
对于弹簧 H，有
σ = σ H = EεH
g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3
ur
=
r 4
⎡P
⎢ ⎣
sQ
(2Pm
−σH
−σh )−
图 3 泥浆密度对井眼缩径的影响 Fig.3 Effect of mud density on wellbore shrinkage
第 23 卷 第 14 期
韩建增等. 盐岩层井眼缩径粘弹性分析
1引言
油气钻井工程中，经常遇到厚度从几十米到数 百米不等的盐岩层。在江汉、华北、中原、塔里木 等油田，盐岩层埋深通常在 3 000～5 000 m。这种
处于较高温度和围压环境中的盐岩具有较强的流变 性，井眼钻穿盐岩层后，由于岩石蠕变则会发生井 眼缩径。大量的工程实践表明，盐岩层段钻井工艺 复杂，井下事故频繁[1～3]，如果处理不当，可能导 致埋钻具或大段井眼报废，严重阻碍了对盐岩下面 的储集层的勘探开发。因此，深入研究盐岩层井眼
⎤ ⎥ ⎦
Y
σh
Pm
θ
o
(8)
σH X
P (3KP + 7Q sQ (3KP + Q
) )
(σ
H
−
σ
h
)
cos
复合盐层钻井技术
复合盐层钻井技术复合盐层对钻井工程的危害复合盐层钻井，特别是深井复合盐层钻井，是一个钻井技术难题。
据国内外资料介绍和塔里木复合盐层钻井情况分析，复合盐层层钻井时会产生以下复杂情况：1．深部盐层会呈现塑性流动的性质，盐岩的塑性变形产生井径缩小。
2．“软泥岩”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2.54cm/h。
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．夹在盐岩层间的薄层泥页岩、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．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钻井液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三2、沙三4地层中，1976～1986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，第三系复合盐层造成荆丘地区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，石炭系和寒武系复合盐层给钻井带来了不同程度的危害性。
5.2 复合盐层井井身结构设计5.2.1 确定井身结构准则复合盐层地质条件复杂，纵向和横向分布不均匀，存在不同的地层压力系统，因此根据常规的地层压力和地层破裂压力梯度来考虑的井身结构设计方法是不能满足工程需要的。
复合盐层井身结构设计要同时考虑套管设计，因为有些地层需要下组合套管，其设计准则如下：1．复合盐层以上井身结构按常规设计进行；2．技术套管应尽可能下至复合盐层的顶部，必须封隔盐顶以上的所有低压地层，为安全钻穿膏盐层创造条件；3．采用适当高密度饱和盐水钻井液钻穿膏盐层或钻至可能的漏失层顶部后，下入高强度的套管；4．膏盐层套管设计主要考虑其抗外挤特性，对于蠕动膏盐层段套管的外挤力应按最大上覆岩层压力计算（山前构造带除外）；5．使用双心钻头钻蠕动膏盐层和用水力扩孔器扩孔，可以防卡和保证环空有足够强度的水泥环；6．使用厚壁高强度套管和双层尾管重叠技术，防止膏盐层蠕动挤毁套管。
基于Burgers模型的岩盐蠕变参数试验研究
基于Burgers模型的岩盐蠕变参数试验研究王贺; 曹辉; 秦秀山【期刊名称】《《中国矿业》》【年(卷),期】2019(028)012【总页数】4页(P133-136)【关键词】岩盐; 蠕变试验; 本构模型; 长期强度【作者】王贺; 曹辉; 秦秀山【作者单位】北京矿冶科技集团有限公司北京102628; 金属矿绿色开采国际联合研究中心北京102628【正文语种】中文【中图分类】TU458+.3岩盐作为一种蒸发岩，是由含盐度高的溶液或卤水通过蒸发作用而发生化学沉淀形成的岩石[1]。
鉴于我国钾盐资源禀赋差[2]，国内钾肥企业大规模“走出去”对钾盐资源进行全球化配置，作为重要伴生资源和主要开采赋存围岩的岩盐力学特性日益受到关注[3-5]，由岩盐失稳导致的地质灾害时有发生[6]。
此外，岩盐独特的致密性、再结晶特性及一定的可塑性，被国内外学者认为是核废料处置和石油、天然气储备的理想场所之一，因此，对岩盐的蠕变特性研究广泛开展[7-9]。
本文结合某地下盐矿井工开采需求，在分析岩盐单轴压缩力学特性基础上，对两组不同埋深的岩盐试样开展了蠕变试验研究，给出了基于Burgers模型拟合分析的蠕变参数，探讨蠕变参数的离散性,并进一步验证了该模型对评价试验岩盐蠕变特性的合理性，为地下盐矿采场结构参数的设计提供借鉴。
1 岩盐单轴压缩力学特性试样取自国外某盐矿，采用钻孔取芯后加工为标准样的方式获取，均采自同一钻孔的两个不同埋深(Ⅰ组试样埋深280 m和Ⅱ组试样埋深300 m)的岩盐矿层，考虑到岩盐的潮解对试样物理力学性质的影响，在取样过程中采用油脂润滑降温，采样后蜡封并采用干式机械切削加工至标准试样尺寸(Φ50 mm×100 mm，高径比2∶1圆柱)。
试验设备采用TAW-2000微机控制岩石压力试验系统，该试验系统采用宽调速范围的电液伺服比例阀组和计算机数控全数字式闭环控制，最大轴向试验力2 000 kN，试验力测量分辨率1/200 000，试验力测量误差≤±1%，试验力控制精度≤±0.1%。
盐岩非线性流变性态及地下复杂溶腔r变形数值分析
盐岩非线性流变性态及地下复杂溶腔r变形数值分析王志荣;郭志伟;王泉更;陈玲霞;张利民【摘要】Based on the characteristics of Pingdingshan salt field, an equivalent composite unit mathematical model was built to replace the interbedded salt rock. The triaxial creep simulation curve of the model was con-sistent with experimental result of the interbedded salt rock. Meanwhile,three-dimensional numerical simulation of underground cavern was conducted by ABAQUS and the law of creep zone extension and volume reduction under different pressure was discussed. The results show that:(1)The equivalent composite unit has good nu-merical stability at steady-state creep stage. The mudstone interlayer can effectively limit the visco plastic areas and movement of surrounding rock. (2)The composite unit basically presents as small linear deformation under the confining pressure (8 MPa) . The cavern volume shrinkage rate and creep duration showed the lowest val-ues of 3% and 2. 5 respectively. With the increase of internal pressure(8~12 MPa),the equivalent composite unit began to show nonlinear creep deformation. The the volume shrinkage rate reached to a small value (3. 5%) after a short time (2. 5 a). With the rapid decrease of internal pressure(≤4 MPa),the surrounding rock showed nonlinear large deformation with the duration of steady creep and creep rate were increasing. The creep of surrounding rock will occur in next five years. (3) The viscosity coefficient of the plastic zone in the test area is increasing with time,which shows the deformation trend is more and more stable inthe process of gas storage. Therefore,store pressure should be controlled in an appropriate range(4~12 MPa) when wheel-ing,particularly the duration of small internal pressure should be reduced.%针对平顶山盐田盐岩层数多、单层厚度薄、泥岩夹层多的特点,建立等效复合单元代替互层状盐岩体,利用ABAQUS软件对马庄井田的地下溶腔进行三维数值模拟研究,探讨不同内压下,腔周塑性区围岩的非线性流变性态以及溶腔体积缩减规律.结果表明:(1)等效复合单元在稳态蠕变阶段具有较好的数值稳定性,泥岩能有效地限制黏塑性区范围以及围岩向洞内位移的发展;(2)在围压(8 MPa)作用下,互层状盐岩单元体基本呈现线性小变形特征,溶腔体积收缩率与蠕变持续时间均呈现最低值,分别为3%与2.5 a,随着内压增大(8~12 MPa),互层状盐岩单元体开始呈现非线性蠕变,但经过较短时间后(2.5 a)体积收缩率逐渐稳定至一较小值,约为3.5%,随着内压的迅速减小(≤4 MPa),腔周盐岩逐渐呈现非线性大变形特征,表现为稳态蠕变时间增长,蠕变速率增加,5 a后围岩蠕变仍在稳定增加;(3)塑性区围岩内的黏滞系数随时间普遍加大,体现了互层状盐岩在储气运行过程中越来越稳定的变形趋势,因此,实际运行时储气压力应控制在合理范围(4~12 MPa),尤其要减少在较小内压下的蓄气运行时间.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】7页(P49-55)【关键词】互层状盐岩;盐穴溶腔;复合单元;变形数值分析【作者】王志荣;郭志伟;王泉更;陈玲霞;张利民【作者单位】郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;河南省煤田地质局资源环境调查中心,河南郑州450053【正文语种】中文【中图分类】TE121能源是国民经济的重要命脉，关系到国家的经济增长与社会发展。
米桑油田盐岩层定向钻井的井壁稳定性研究
米桑油田盐岩层定向钻井的井壁稳定性研究吴怡;卢运虎;刘书杰;王名春;洪国滨;吴晓冬【摘要】定向井穿越复合盐膏层,易遭遇溢流、井漏、井塌、阻卡等钻井复杂情况.联系伊拉克米桑油田盐膏层地质实际,在盐岩层定向钻井的井壁稳定性问题研究中引入瞬时弹性分析法和有限元分析法,推导建立了瞬时弹性坍塌压力、破裂压力及控制井眼盐岩蠕变收缩的钻井液密度计算模型.通过对米桑油田X井盐岩岩心进行三轴蠕变实验测试,利用模型计算分析了X井盐岩层的坍塌压力、破裂压力及安全钻井液密度.结果表明,盐膏层水平与垂直方向力学性质差别明显,各向异性突出,弹性模量低,水平方向泊松比高,盐膏层的安全钻井液密度窗口为2.31～2.50 g/cm3.研究成果应用于米桑油田盐岩层钻井方案设计,有效解决了井壁稳定问题.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(021)001【总页数】5页(P63-67)【关键词】盐岩层;定向井;井壁稳定性;钻井液密度;计算模型【作者】吴怡;卢运虎;刘书杰;王名春;洪国滨;吴晓冬【作者单位】中海油研究总院有限责任公司,北京 100028;中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249;中海油研究总院有限责任公司,北京 100028;中海油研究总院有限责任公司,北京 100028;中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249;中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249【正文语种】中文【中图分类】TE283伊拉克米桑油田钻遇地层层系众多，其定向井造斜点都位于复杂盐膏层处，曾有多个定向井段钻遇盐岩、膏岩及泥岩复杂互层。
盐岩层大斜度定向钻井作业难度大，容易遭遇溢流、井漏、井塌、阻卡等钻井复杂情况，导致原井眼报废。
针对米桑油田出现的盐岩蠕变缩径、软泥岩流动、泥页岩及石膏地层坍塌等现象，课题组以米桑油田盐岩层地质资料为基础，运用瞬时弹性分析法和有限元分析法，对盐岩层定向钻井的井壁稳定性问题进行了研究。
大井眼盐膏层的定向施工难点与对策
大井眼盐膏层的定向施工难点与对策本文针对伊拉克哈法亚油田在开发Kirkuk油层时所遇到的工程技术问题，尤其是在对12-1/4″井眼的高压盐膏岩层易发生卡钻等恶性钻井事故的分析后，提出相应的对策，同时结合XX等井的现场施工，着重提出规避工程事故的具体措施，为该区块后续井位的安全开发提供一定的技术指导。
标签：盐膏层井眼清洁轨道优化钻具组合1 哈法亚油田简介哈法亚油田（Halfaya oilfield）是伊拉克南部最大的油田之一，根据伊拉克政府提供的数据，哈法亚油田可采储量约为41亿桶。
该项目是迄今为止中国石油单体作业量最大的海外项目。
去年8月，哈法亚二期年1000万吨产能提前建成投产，油田日产原油提升至20万桶，成为当地石油经济振兴的重要力量。
1.1 地质构造及地层特点哈法亚油田处于伊拉克西南部，是一个NW-SE走向的长轴背斜，背斜两翼产状平缓，是完整的背斜储油构造。
所钻遇地层自上而下分别为，第三系地层和上白垩系，中白垩系，下白垩系。
主要岩性依次为沙泥岩，膏岩盐岩和灰岩白云岩地层。
所钻遇地层中有多套地层见到油气显示。
其中在Kirkuk、Sadi、Mishrif、NahurUmr等层位中均见到良好的油气显示。
但是在开发Kirkuk油层时，目标层埋藏浅，目标层垂深在2100m左右，同时由于地质构造及地层特性，经常需要在Jeribe地层定向钻进，但是该层段泥岩致密，膏岩与盐岩相互交错，地层可钻性极差，钻井事故频发，严重制约着该层位油气层的高效开发。
1.2 施工难点分析（1）泥岩与盐膏盐相互交错，易缩径，蠕变，卡钻事故频发，施工风险高。
如HF007-JK007井钻进至井深1926.87m，在上提划眼准备测斜接立柱时发生卡钻，XX井在三开中完井深2170m，进行短起时发生卡钻，最终都只能采取爆炸松口，侧钻作业。
（2）该井眼为12.25″大井眼，井眼环空大，环空钻井液流速低，井眼清洁困难。
（3）该井段高比重，泥浆密度在2.23～2.35g/cm3，固相含量在40%左右，高粘度，岩屑“垂沉”现象突出，循环压耗高，排量受限。
基于分数阶黏弹性本构方程的井眼蠕变模型
基于分数阶黏弹性本构方程的井眼蠕变模型彭瑀;赵金洲;李勇明【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2017(044)006【摘要】为精确模拟井眼蠕变历程,预测和预防井壁坍塌、套管挤毁和卡钻等工程事故,在前人研究的基础上,将弹簧壶元件引入经典元件模型中,得到了分数阶模型的蠕变柔量,并验证了分数阶模型的拟合效果.研究认为分数阶模型能够实现少参数、高精度的模拟,并且相应参数的物理意义也更加明确.通过黏弹对应性原理,模拟了钻进和压井过程中的井眼蠕变情况,通过调整求导阶数可以使该模型在理想弹性体模型和标准固体模型之间转化,因此,基于标准固体本构方程和理想弹性体本构方程建立的井眼缩径模型仅是该模型的特例.分析模拟结果认为调整分数阶元件的阶数,可以在加快瞬态蠕变的同时降低稳态蠕变的速度,对蠕变曲线进行非对称调整,经典模型则无法通过调整单一参数达到这一目的,分数阶黏弹性本构方程拟合高度非线性实验数据的能力更强.图6参25【总页数】7页(P982-988)【作者】彭瑀;赵金洲;李勇明【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE21【相关文献】1.基于Perzyna黏塑性分数阶导数蠕变模型 [J], 李梦洁2.基于改进分数阶黏滞体的岩石非线性蠕变模型 [J], 王军保;刘新荣;王铁行3.基于分数阶微分流变模型的非晶合金黏弹性行为及流变本构参数研究 [J], 许福;李科锋;邓旭辉;张平;龙志林4.基于分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的含黏滞流体双相VTI介质中波场数值模拟 [J], 刘财;胡宁;郭智奇;罗玉钦5.基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播 [J], 程时俊;毛伟建;欧阳威因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
采用控制容积法数值模拟盐岩蠕变
第23卷 第14期岩石力学与工程学报 23(14)：2377～23802004年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，20042003年12月24日收到初稿，2004年2月11日收到修改稿。
作者 杨凤香 简介：女，32岁，现为中国地质大学(北京)地质专业工程硕士研究生、工程师，主要从事地应力方面的研究工作。
采用控制容积法数值模拟盐岩蠕变杨凤香 宋胜利 吴田忠 李俊海 邹峰梅(中国石油化工股份有限公司中原油田分公司采油工程技术研究院 濮阳 457001)摘要 中原油田盐岩层厚度为50～200 m ，盐岩层在蠕动、变形过程中，对套管产生非均匀外挤力，造成盐岩层套管损坏。
采用控制容积法，通过三维模型模拟实际盐岩地层情况，得出了纵向油藏剖面盐岩层的蠕变速度、位移量、应力场及套管所承受的横向推挤力分布规律。
此项研究成果可用于钻遇盐岩层时的钻井参数调整、套管柱的工程设计、套损井防治。
关键词 石油工程，盐岩，蠕变，控制容积法，数值模拟，套管损坏分类号 TE 21，TD 313+.1 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)14-2377-04SIMULATION ON CREEP OF SALT FORMATIONSBY VOLUME-CONTROL METHODYang Fengxiang ，Song Shengli ，Wu Tianzhong ，Li Junhai ，Zou Fengmei(Petroleum Engineering Institute of Zhongyuan Oilfield Company ，SINOPEC ， Puyang 457001 China )Abstract The depth of salt formations in Zhongyuan Oilfield is 50～200 m. The salt formations will generate a non-uniform external squeeze stress during their creep deformation and the casing pipes may be damaged. V olume-control method is employed in the 3D numerical simulation of actual formation condition. Creep velocity ，displacement and the distribution of horizontal squeeze stress on the casing pipe are obtained. The results are useful for adjustment of drilling parameters ，design of casing string and prevention of casing damage. Key words petroleum engineering ，salt formation ，creep ，volume-control method ，numerical simulation ，casing damage1 前 言在地应力作用下，盐岩层处于重力不稳定状态，上覆岩层和围岩作用在盐岩层上的压力差使盐岩层产生向上的浮力，从而导致盐岩层发生蠕变[1]。
一种控制盐层段井眼闭合率的钻井液密度新公式
一种控制盐层段井眼闭合率的钻井液密度新公式练章华;李留伟;樊朝斌;张文来;郑威;杜志广【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2006(028)003【摘要】针对钻井过程中钻遇的盐层段井眼蠕变缩径问题,利用弹塑性力学理论,蠕变本构方程采用Heard蠕变方程,在平面应变和均匀地应力假设下,推导出控制井眼收缩的钻井液密度新公式,该公式与前人推导的公式不同.通过理论分析,指出产生差异的根本原因在于蠕变应力差(极坐标下表示的径向应力与切向应力之差)公式的推导上,用有限元法计算结果对理论公式进行检验,证明是可行的.对文中的力学模型采用有限元法建模、求解,利用求解结果对各应力差公式进行验证,得出:根据文中公式计算结果与有限元法计算结果完全一致,而据前人公式计算结果偏离有限元计算值较大,从而间接证明了该钻井液密度新公式的推导更严密,更准确.【总页数】5页(P23-27)【作者】练章华;李留伟;樊朝斌;张文来;郑威;杜志广【作者单位】西南石油大学,四川成都,610500;西南石油局重庆钻井公司,重庆,400042;西南石油局重庆钻井公司,重庆,400042;西南石油大学,四川成都,610500;大港油田油藏评价中心,天津,300280;西南石油大学,四川成都,610500;塔里木油田分公司,新疆库尔勒,841000;大港油田油藏评价中心,天津,300280【正文语种】中文【中图分类】TE254【相关文献】1.浅析水平段井眼轨迹在盐层中位置的重要性 [J], 汤福彬2.塔河油田钻井三开井段井眼失稳机理及钻井液控制技术 [J], 王建栋3.深水油气田控制井眼缩径的钻井液密度研究 [J], 闫传梁;邓金根;蔚宝华;刘书杰;谭强;李文良4.盐层段井眼闭合的现场测量与控制 [J], Kim,CM;曾中立5.控制盐层井眼收缩速率的泥浆密度计算方法(UP法) [J], 周祖辉;黄荣樽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
【国家自然科学基金】_缩径_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
科研热词 数值模拟 提升管 催化裂解 低碳烯烃 黏弹性分析 颗粒流动 铜管固定短芯头 钻头优选 钻井液密度 钻井参数 金刚石涂层模具 缩径装置 缩径工艺 缩径 结构 粘性介质 盐膏层 王斜78-1井 流变模式 沟槽铜管 沟槽式微热管 气体钻井 有限元法 旋压缩径 拉拔 技术 外压缩径 四川 变径薄壁零件 变径结构 变径 变形方式 北 元坝地区 井眼
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2011年 科研热词 齿轮参数 钻孔灌注桩 钻孔初始屈服深度 缩径矫圆 统一强度理论 椭圆度 旋压 平面压弯 孔壁稳定性 回弹 内齿轮 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
科研热词 有限元模拟 数值模拟 金刚石涂层 蠕变 薄壁铜管 缺陷 缩径矫圆 终锻 纳米金刚石 管坯 深井 汽车轮毂轴管 正交试验法 有限元 无芯模旋压缩径 旋转模锻 拉拔模具 微小型内沟槽铜管 岩盐层 岩盐 套管 外载 四点弯曲 化学气相沉积 井眼缩径 井径 不锈钢管 jco成形 jcoc新工艺
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 遮拦效应 西原模型 蠕变 缩径旋压 砂岩 波纹管 有限元仿真 工艺参数 圆孔扩张理论 位移贯入法 井壁稳定 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
基于积分本构方程的盐膏岩蠕变参数反演
ｍｍ， 钻 穿该 层 ５ ． ２ ｈ后 测得 的井 径 值 为 ２ ４ ０ ． ７ ９ ｍ ｍ． 该
井 段 处 的钻 井 液 密 度 为 １ ． ２ ０ ｇ ／ ｃ ｍ ，假 设 其 他参 数 与 Ｙ Ｍ２ — ６井 相 同 ，则 由 反 演 法 计 算 得 出 的 井 径 值 为 ２ ３ ４ ． ８ ９ ｍ ｍ， 相对 误差 为 ２ ． ５ ％， 该 误 差能 够 满足 现 场 实
２ ０ ０ ５ ， １ ２ （ ３ ） ： ３ ５ — ３ ７ ．
吕
巨
［ ４ ］ 周杰 ， 严磊 ， 向泽 燕 ， 等． 如 何 消 除 巨厚 盐 岩 对 下 伏 地 层 构 造 解 释 的
影响 ［ Ｊ ］ ． 断块油气 田， ２ ０ １ １ ， １ ８ （ ４ ） ： ４ ５ ７ — ４ ６ ０ ． ［ ５ ］ 王芝银 ， 李 云鹏 ． 岩体流变理 论及其数值模拟 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 科 学 出 版
社。 ２ ０ ０ ８ ： ５ － １ ８ ．
［ ６ ］ 焦春茂 ， 吕爱 钟 ． 黏 弹 性 圆形 巷 道 支 护 结 构 上 的载 荷 及 围岩 应 力 的
解析解 ［ Ｊ ］ ． 岩土力学 ， ２ ０ ０ ４， ２ ５ （ ９ ） ： １ ０ ３ — １ ０ ６ ．
时 间， ｈ
［ ７ ］ 陈 子 萌． 围 岩力 学 分 析 中 的解 析 方 法 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 煤 炭 工 业 出版 社 ，
［ １ ４］窦 益 华 ， 樊正祥 ， 郑跃辉 ， 等． 用 遗 传 积 分 法 计 算 蠕 变 地 层 中套 管 的
围压［ Ｊ ］ ． 石油 钻 采 工 艺 ， １ ９ ９ ６ ， １ ８ （ ４ ） ： ５ — ７ ．
泥页岩三轴蠕变实验及结果应用
泥页岩三轴蠕变实验及结果应用李荣;孟英峰;罗勇;韩林【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2007(029)003【摘要】钻井工程中的井壁稳定问题大多发生在泥页岩井段.根据实验得出的岩石力学参数可以较好的进行井壁稳定及相关问题的力学性质分析.详细介绍了采用三轴岩石力学实验机进行的泥页岩三轴蠕变实验的原理,并根据实验结果按照非线性回归的方法得出了描述变形的本构方程及其蠕变系数,结合该泥页岩的粘土含量,为分析该泥页岩的蠕变规律和计算蠕变压力提供了科学依据.同时,根据不同缩径率所需安全钻井液密度下限的计算公式,得出了相应的钻井液密度下限.【总页数】3页(P57-59)【作者】李荣;孟英峰;罗勇;韩林【作者单位】"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·西南石油大学,四川,成都,610500;"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·西南石油大学,四川,成都,610500;四川石油管理局钻采工艺技术研究院灭火欠平衡公司,四川,广汉,618300;"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·西南石油大学,四川,成都,610500【正文语种】中文【中图分类】TE26【相关文献】1.泥页岩测试专用三轴岩心夹持器的研制与应用 [J], 余维初;徐四龙;孙继光;张颖2.股骨颈松质骨三方向压缩应力松弛蠕变实验 [J], 刘庆利;权铁刚;于涛;马洪顺3.高温高压岩石三轴蠕变实验系统(固体传压介质) [J], 王子潮;王威4.湖相泥页岩细粒沉积组构成因及油气地质意义——以济阳坳陷沙四上—沙三下亚段泥页岩为例 [J], 王勇;熊伟;郝雪峰;朱德顺;张顺5.泥页岩三轴试验及其井壁稳定性研究 [J], 李荣;韩林;孟英峰;刘玖沸;何世明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
深井蠕变地层钻井液密度优化技术
深井蠕变地层钻井液密度优化技术
赵金洲
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2007(28)5
【摘要】深部地层盐岩钻井是钻井工程中的重大技术难题之一。
由于盐岩性能的
特殊性,当钻开井眼后盐岩蠕变,常造成井眼失稳、卡钻、固井后挤毁套管等事故,给钻井带来重大经济损失。
结合山东胜科1井钻井工程,对深部地层盐岩及软泥岩等
岩层的蠕变速率进行测试,采用三维数值模拟方法获得了盐岩及软泥岩的蠕变参数。
并通过所获得的蠕变参数,对胜利油田东营区块盐岩及软泥岩井眼不同深度、不同
钻井液密度下地层的蠕变速率进行了分析,获得了盐岩及软泥岩井眼许可钻井液密度。
研究成果可以为钻井工程钻井液密度选用提供指导意义。
【总页数】6页(P915-920)
【关键词】盐岩;软泥岩;蠕变;钻井液密度
【作者】赵金洲
【作者单位】中国石油大学(北京)
【正文语种】中文
【中图分类】TU451
【相关文献】
1.超深井蠕变地层套管强度及其影响因素研究 [J], 廖结安;王旭峰
2.营13断块易喷易涌地层钻井液密度优化控制技术 [J], 祁亚男;朴文博
3.基于扩容准则确定蠕变性硬石膏岩地层钻井液安全密度 [J], 王兴华;丁文龙;尹帅
4.高密度油基钻井液敏感地层变密度控压钻井技术 [J], 王华平;王富渝;罗良仪;张春林
5.利用钻井液密度与氯根浓度关系来克服盐岩层蠕变的方法 [J], 油专
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
复合岩盐层井眼蠕变缩径的数值模拟曾德智;林元华;卢亚锋;朱达江;李留伟【摘要】盐岩在深部高温高压环境下具有很强的蠕变特性,在岩盐层钻井经常出现井眼缩径、卡钻等复杂事故.目前关于岩盐层井段安全钻进泥浆密度的计算方法主要适用于均匀地应力的情况,难以在非均匀地应力条件下应用.为此研究建立了三向地应力作用下盐岩和砂泥岩相互交错的复合岩盐层井眼蠕变缩径的三维有限元模型,并以塔里木油田羊塔克地区深井为例,研究了非均匀地应力条件下,复合岩盐层井眼随时间变化的蠕变缩径规律,得出了一定泥浆密度下岩盐层井眼在不同时刻的井径值.计算结果表明,安全泥浆密度有限元模拟值与羊塔克地区岩盐层井段实际采用的安全泥浆密度非常接近,验证了所建数值模型的合理性和计算结果的可靠性,研究成果为岩盐层井段的安全钻进提供了技术支撑.%Salt rocks have very strong creep behaviors in HTHP environment in deep formations> complex accidents such as hole shrinkage, drill pipe sticking, etc, occurring frequently. Current methods to calculate the safe drilling mud density are mainly used in circumstances of homogeneous earth stress. The 3-D finite element analysis (FEA) model of borehole creep shrinkage concerning salt rock and sand shale was established in this paper under triaxial earth stress. On the basis ofrndeep wells of Yangtake in Tarim, laws of borehole creep shrinkage vs time were studied under the condition of heterogeneous earth stress, and values of borehole diameter in different times are obtained when the mud density is specified. Results calculated are very close to the safety drilling mud density field used in rock salt layers, thus verifying the reasonableness and reliability of the model established in thepaper. Research results can provide technical support for safe drilling in rock salt layers.【期刊名称】《地质力学学报》【年(卷),期】2012(018)002【总页数】7页(P158-164)【关键词】深井;岩盐层;蠕变;井径;有限元模拟【作者】曾德智;林元华;卢亚锋;朱达江;李留伟【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;中国石油西南油气田公司采气工程研究院,四川广汉618300;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;北京温菲尔德石油技术开发有限公司,北京100083【正文语种】中文【中图分类】P554随着世界油气资源的不断开采，浅层油气资源已接近枯竭，为了满足社会发展的需求，深部地层及复杂地层已成为目前寻找油气资源的主战场。
岩盐层是油气成藏的很好盖层，其下蕴含着大量的油气资源，美国墨西哥湾，前苏联班长达勒威油田，土库曼斯坦阿姆河地区，中国塔里木、江汉、中原、四川等地区均已发现了这类盐下油气资源［1～3］。
但是，盐膏岩在地层高温高压的环境下具有很强的流变特性，当钻开井眼后，如果泥浆性能选择不当，在很短时间内便可引起井眼缩径、卡钻、井壁坍塌等井下事故［4～8］。
对于纯岩盐层可采用适当欠饱和盐水钻井液，复合岩盐层段应更加注意对钻井液密度的控制，如果不能及时调整复合岩盐层井段的泥浆密度，会出现一系列井下事故［9～11］。
目前，关于岩盐层井段泥浆密度计算的方法主要有两种:一是根据岩盐层反演理论取得相关力学参数，采用粘弹性力学模型建立相关泥浆密度公式计算，该方法的难点是必须获得不同时刻的井径曲线进行反演分析［12］;二是通过岩石力学试验取得相关力学参数，采用理论公式获得岩盐层井眼在安全蠕动速率下的泥浆密度，该方法按上覆岩层压力计算，只适用于均匀水平地应力地层［11，13］，难以在非均匀地应力条件下应用。
为此，本文建立了模拟复合岩盐层井眼蠕变缩径的有限元模型，以岩石力学试验数据为基础，采用有限元方法进行数值模拟，得出不同泥浆密度下岩盐层井径随时间变化的蠕变曲线，获得塔里木盆地羊塔克区块控制岩盐层井眼缩径的泥浆密度。
盐岩蠕变是指岩石材料的应力、应变随时间变化的性质。
所有的岩石在受到载荷作用下都会发生变形，普通岩石变形很小，基本可以忽略;但泥岩、盐膏岩等软岩却非常敏感。
盐岩蠕变主要经历瞬态蠕变(AB段)、稳态蠕变(BC段)和加速蠕变(CD 段)3个阶段(见图1)。
对钻井工程而言，岩盐层被钻开后，将发生瞬态蠕变和稳态蠕变。
盐岩的蠕变是其固有特性，与温度、应力场有关。
对某特定工区而言，地层温度、垂直地应力和水平地应力都是固有特性，在钻井过程中只能通过提高泥浆密度改善盐岩所处的应力状态，控制其蠕变速度，进而避免由于蠕变缩径导致的卡钻。
然而泥浆密度过大又易导致压差卡钻，在深井中尤其如此。
减缓岩盐层蠕变缩径还可采用欠饱和盐水泥浆，溶蚀盐岩，但此法对复合岩盐层并不适用，因为欠饱和盐水泥浆易导致复合管岩盐层井壁坍塌。
因此，合理确定钻井泥浆密度是确保复合岩盐管层安全钻进的关键问题。
从塔里木油田羊塔克地区岩盐层井段井径测井数据可知，井眼呈椭圆形，这反映出岩盐层井段地应力是非均匀的。
非均匀地应力作用下盐岩蠕变井眼缩径和套管载荷理论计算方法还不太完善，目前主要依赖于数值模拟计算［14］，且以往建立的二维平面模型不能反应砂岩—盐岩—砂岩复合岩盐层的蠕变特性及井眼缩径规律。
盐岩蠕变具有很强的非线性特征，本文采用ADINA有限元力学分析软件对其进行数值模拟，同时利用FORTRAN语言对ADINA进行了二次开发，将Heard蠕变本构方程引入，建立了复合岩盐层井眼缩径分析的三维有限元模型。
与二维平面模型不同，本模型考虑了上下砂岩层对岩盐层的限制，如图2所示。
笔者建立了多个尺寸模型，并对几何模型的大小及其网格划分进行了优化，最终选择模型长度48 m，高度48 m。
盐岩层厚度以羊塔克地区地质资料为准，为2.9 m。
考虑盐岩蠕变非线性较强，在进行网格划分时采用8结点6面体单元，如图3所示。
对岩盐层可取热弹性蠕变材料，根据羊塔克地区的岩心试验数据，其蠕变特性可采用Heard蠕变模式近似拟合。
Heard模型的本构关系如下［11］:式中:——稳态蠕变速率，1/h;E——盐岩的激能，cal/mol;R——摩尔气体常数，1.987 cal/mol·K;σ——差应力，MPa;T——热力学温度，K;A，B——流变常数。
对YT502/E盐岩岩心进行力学实验，确定出盐岩的弹性模量为4920 MPa，泊松比为0.45，对蠕变实验数据利用式(1)进行回归，确定出该盐岩蠕变参数，如表1所示。
砂泥岩的弹性模量为11549 MPa，泊松比为0.27;通过测试或解释复合盐层上、下砂泥岩地层的地应力，可反演出复合盐层的地应力状态，如表2所示;根据羊塔克地区的地温梯度，岩盐层温度为363 K。
为研究钻井液密度对井眼蠕变缩径的影响，为钻井施工提供泥浆密度设计参数，分别取泥浆密度为1.7 g/cm3、1.9 g/cm3、2.1 g/cm3，2.3 g/cm3，钻头尺寸分别取8⅟2″、9⅟2″，对井深5250 m处复合岩盐层的蠕变进行了数值模拟计算。
当钻井液密度为2.1 g/cm3时，8⅟2″钻头井眼钻开24 h后，井眼缩径变形情况如图4所示。
由图可知，在岩盐层的上部和下部由于受到砂泥岩的位移约束，因而缩径较小，盐层中部缩径最大。
记X方向为椭圆短轴方向，Y方向为椭圆长轴方向。
选取盐层中部井壁节点为考察对象，可得出不同泥浆密度下X方向和Y方向上井径随时间蠕变的曲线(见图5—图8)。
从图5—图8缩径曲线可见，随着泥浆密度的增大，井眼缩径程度减小，且当泥浆密度为2.3 g/cm3时，基本可以抑制岩盐层井眼的缩径，但是仍然存在由于盐岩初始蠕变导致的瞬态缩径。
这与钻遇岩盐层的现场施工情况是吻合的，为避免井壁初始蠕变导致的卡钻，通常采用的办法是反复划眼或采用随钻扩眼工具［11，15］。
通过对比图5—图8的缩径曲线可知，随着时间的推移，井眼缩径趋于稳定，且泥浆密度越大，趋于稳定所需的时间越短。
显然，增加泥浆密度，可有效地减少井眼缩径量，顺利安全下入套管。
羊塔克区块是塔里木盆地第一个盐下整装凝析油气藏，盐下蕴藏大量的油气资源。
YTK X井是该区块的一口评价井，该井在4800～5200 m之间第三系层位钻遇大段复合岩盐层，地层温度约100℃，根据本文的模拟结果，钻井液密度应取2.3 g/cm3以上。
该井岩盐层井段实际采用的泥浆密度为2.33 g/cm3，钻井过程未发生卡钻事故，较好地控制了盐岩的蠕变缩径，保证了套管顺利下入。
采用非线性有限元软件，建立了模拟复合岩盐层井眼蠕变缩径的三维有限元力学模型。
计算了在非均匀地应力作用下控制井眼缩径的最佳泥浆密度，计算结果与岩盐层井段实际采用的泥浆密度非常接近。
该研究成果已经在塔里木油田羊塔克区块得到验证和应用，确保了羊塔克区块岩盐层钻井安全，提高了钻井时效。
Key words:deep well;rock salt layer;creep;hole shrinkage;finite element simulation【相关文献】［1］Holt C A，Johnson J B.A method for drilling moving salt formations-drilling and under reaming at the same time［R］.SPE 13488，1996.［2］Willson S M，Fossum A F，Fredrich J T.Assessment of salt loading on well casings ［R］.SPE 81820，2003:13～21［3］刘绘新，张鹏，盖峰.四川地区盐岩蠕变规律研究［J］.岩石力学与工程学报，2002，21(9):1290～1294.LIU Hui-xin，ZHANG Peng，GAI Feng.Study on creep rule of salt rock in Sichuan region［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21(9):1290～1294.［4］何开平，张良万，张正禄，等.盐膏层蠕变粘弹性流体模型及有限元分析［J］.石油学报，2002，23(3):102～106.HE Kai-ping，ZHANG Liang-wan，ZHANG Zheng-lu，et al.Viscous and elastic flow module for gypseous salt creep and finite element analyses［J］.Acta Petrolei Sinica，2002，23(3):102～106.［5］曾义金，杨春和，陈锋，等.深井石油套管盐膏岩层蠕变挤压应力计算研究［J］.岩石力学与工程学报，2002，21(4):595～598.ZENG Yi-jin，YANG Chun-he，CHEN Feng，etal.Numerical analysis of creep pressing stress of casing in deep salt rock stratum［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21(4):595～598.［6］高德利，郑传奎，覃成锦.蠕变地层中含缺陷套管外挤压力分布的数值模拟［J］.中国石油大学学报，2007，31(1):56～61.GAO De-li，ZHENG Chuan-kui，TAN Cheng-jin.Numerical simulation of external pressure distribution of casing string with wear in creep formation ［J］.Journal of University of Petroleum，China，2007，31(1):56～61.［7］杨恒林，陈勉，金衍，等.蠕变地层套管等效破坏载荷分析［J］.中国石油大学学报，2006，30(4):94～96.YANG Heng-lin，CHEN Mian，JIN Yan，et al.Analysis of casing equivalent collapse resistance in creep formations［J］.Journal of University of Petroleum，China，2006，30(4):94～96.［8］林元华，曾德智，施太和，等.软岩层引起的套管外载计算方法研究［J］.岩石力学与工程学报，2007，26 (3):538～543.LIN Yuan-hua，ZENG De-zhi，SHI Tai-he，et al.Study on computation method for casing load induced by soft rocks［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26(3):538～543.［9］金衍，陈勉.盐岩地层井眼缩径控制技术新方法研究［J］.岩石力学与工程学报，2000，19(增刊):1111～1114.JIN Yan，CHEN Mian.A new approach for controlling tight hole insalt formation［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2000，19(Supp.):1111～1114.［10］郑力会，陈勉，张民立，等.稳定盐膏层井眼的不饱和有机盐水钻井液新技术［J］.岩土力学，2005，26(11): 1829～1833.ZHENG Li-hui，CHEN Mian，ZHANG Min-li，et al.A new technology for controlling hole-stability in salt/gypsum stratum by unsaturated organic-salt liquor drilling fluid［J］.Rock and Soil Mechanics，2005，26(11):1829～1833.［11］唐继平，王书琪，陈勉.盐膏层钻井理论与实践［M］.北京:石油工业出版社，2004:29～46.TANG Ji-ping，WANG Shu-qi，CHEN Mian.Practice and theory of drilling in salt rocks ［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，2004:29～46.［12］林元华，曾德智，施太和，等.盐岩层蠕变规律的反演方法研究［J］.石油学报，2005，26(5):111～114.LIN Yuan-hua，ZENG De-zhi，SHI Tai-he，et al.Inversion algorithm for creep laws of salt rocks［J］.Acta Petrolei Sinica，2005，26(5):111～114.［13］杨春和，曾义军，吴文，等.深层盐岩本构关系及其在石油钻井工程中的应用研究［J］.岩石力学与工程学报，2003，22(10):1678～1682.YANG Chun-he，ZENG Yi-jun，WU Wen，et al.Constitutive relationship of deep salt rock and its application to petroleum drilling engineering［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(10):1678～1682.［14］楼一珊，李忠慧，张春阳，等.油气井眼井斜角、方位角对盐岩蠕变的影响［J］.岩石力学与工程学报，2008，27(增2):3570～3574.LOU Yi-shan，LI Zhong-hui，ZHANG Chun-yang，et al.Influence on inclination angle and azimuth angle of borehole on creep of salt rock ［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27(S2):3570～3574. ［15］吴应凯，石晓兵，陈平，等.深部盐膏层安全钻井技术的现状及发展方向研究［J］.天然气工业，2004，24 (2):67～69.WU Ying-kai，SHI Xiao-bing，CHEN Ping，et al.Status quo and development of safety drilling techniques for deep evaporate beds［J］.Nature Gas Industry，2004，24(2):67～69.Abstract:Salt rocks have very strong creep behaviors in HTHP environment in deep formations，complex accidents such as hole shrinkage，drill pipe sticking，etc.occurring frequently.Current methods to calculate the safe drilling mud density are mainly used in circumstances of homogeneous earth stress.The 3-D finite element analysis(FEA)model of borehole creep shrinkage concerning salt rock and sand shale was established in this paper under triaxial earth stress.On the basis of deep wells of Yangtake in Tarim，laws ofborehole creep shrinkage vs time were studied under the condition of heterogeneous earth stress，and values of borehole diameter in different times are obtained when the mud density is specified.Results calculated are very close to the safety drilling mud density field used in rock salt layers，thus verifying the reasonableness and reliability of the model established in the paper.Research results can provide technical support for safe drilling in rock salt layers.。