深层盐膏岩蠕动规律研究

盐层蠕动变形规律的分析是成功地进行盐膏层钻井设计和井下事故预防和治理的关键。用新疆塔里木盆地兰尕等构造的20多块岩心对盐膏层蠕动规律开展单轴、三轴、阶梯蠕变试验和循环卸载、加载蠕变试验等,并对蠕变试验结果进行了分析,提出了模拟蠕变应变从瞬态蠕变到稳态蠕变的方程式,较好地拟合了从瞬态到稳态对时间的不依赖性;得出了蠕变应变率不依赖于应力路径,仅是应力状态的函数,同时还得出了描述变形的本构方程,为分析盐膏层蠕动规律和计算蠕动压力提供了科学依据。     

深层盐膏岩蠕变特性研究及其在钻井中的应用

由于盐膏层易发生蠕变，钻井过程中易发生井眼闭合、卡钻等井下事故和复杂情况。为此，通过盐膏岩蠕变试验研究，分析了深井盐膏层三维蠕变压力，建立了蠕动方程及钻井液密度图谱，结合对盐膏层溶解规律的研究，从力学和化学两方面提出了确定钻井液密度的方法，并优选出了适合塔河油田盐膏层钻井的聚磺硅酸盐欠饱和盐水钻井液体系。研究成果在30多口井盐膏层钻井中得到了成功应用。     

川东深层盐膏岩蠕变特性实验研究

埋藏深度较深的盐膏层受到高温和较大地应力的作用,会表现出塑性特性,在井眼钻开后发生蠕变,引起阻卡、套管变形等问题.掌握盐膏岩的蠕变参数是进行钻井液密度设计和套管选材的基础工作之一.通过对普光气田3 920～3 950 m盐膏岩进行蠕变实验,表明该气田深层盐膏岩蠕变规律符合Heard模式,并得出了Heard模式下的蠕变参数.根据力学模型分析,若在盐膏岩层段采用饱和盐水钻井液体系,保证钻井安全条件下需要较高的钻井液密度.     

基于积分本构方程的盐膏岩蠕变参数反演

正确认识盐膏层蠕变规律是进行盐膏层钻井设计、合理确定起下钻时间及预防井下事故发生的关键。文中以相关系数作为盐膏岩本构模型辨识的准则函数,建立了井下盐膏岩蠕变模型的辨识方法。通过引入积分算子,建立了常见蠕变模型的积分型本构方程,并以此为基础提出了根据井径测量信息反演确定盐膏岩蠕变特性参数的位移反分析法。应用该方法可较好地预测井下盐膏层的蠕变规律,并由此确定井径缩小规律与钻井液密度的关系。在英买力区块的应用结果表明．理论预测结果和实际测试结果吻合较好。为盐膏层钻井工艺设计的合理编制提供了理论依据。     

盐膏层合理钻井液密度的确定

在阐述盐膏层蠕变规律的基础上,对某油田X区块盐膏层蠕变进行分析,利用有限差分模拟计算软件建立计算模型。通过数值模拟计算得出在不同钻井液密度下井眼缩径率随井深的变化规律,并绘制出盐膏层岩段不同缩径率下的钻井液密度图版,从而确定了顺利钻穿该区块盐膏层的合理钻井液密度。     

气体介质条件下盐膏层井段蠕变规律分析

盐膏层是指以盐和石膏为主要成分的地层,在钻井过程中经常遇到这类地层.盐膏层钻开后,其原始地层应力状态被破坏并进行应力二次分布,使得岩体发生蠕变变形,井眼缩径,进而造成卡钻、挤毁套管等钻井事故.从力学角度建立了井筒内为气体介质时的蠕变数学模型,并用计算机模拟分析了相关的蠕变规律.     

相对湿度对盐膏岩蠕变规律影响的机理研究

为了弄清盐膏岩在井下环境下的蠕变规律,对盐膏岩蠕变规律影响机理进行了研究。采用调节盐溶液中含盐量的方法来控制岩样周围环境的相对湿度值,并在相对湿度为35%,65%,95%的条件下,进行围压分别为0,2,5 MPa的三轴短期压缩试验和单轴应力为10 MPa的蠕变试验。相对湿度从35%增加到95%,盐膏岩岩样强度由38.2 MPa降至35.2 MPa;弹性模量和泊松比变化量小。相对湿度为95%时,盐膏岩岩样产生负向的体积应变(膨胀);相对湿度为35%时,盐膏岩岩样产生正向体积应变(收缩)。研究结果表明,盐膏岩的强度对于相对湿度的变化不很敏感;结合Heard模型,利用蠕变激活能可以解释相对湿度对体应变速率的影响;晶体到毛细管空间的水分子相互运移的机械化学机制,可以解释相对湿度对体应变的影响。研究得到盐膏岩井下真实的蠕变规律,为盐膏层安全钻井提供了理论依据。      

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深部盐膏层钻井是钻井工程重大技术难题之一。钻井界经过长期的实践和不断的研究已经形成一套成熟实用的钻盐膏层技术，但是仍然需要进一步发展。文章对盐膏层安全钻井技术的现状进行了阐述，并针对深部盐膏层钻井的技术难题提出了今后应研究和解决的主要技术课题（盐膏层地质力学、随钻扩眼、井漏和压差卡钻、套管挤毁或变形、盐膏层蠕变规律等方面的研究），对深部盐膏岩层的安全钻井具有重要的指导作用。     

盐岩蠕变地层的油水井套管损坏机理

中原油田大部分油水井的套管损坏发生在盐膏层段。在盐膏岩层的蠕动、变形、滑移和流动过程中,对阻碍其运动的套管施加的非对称挤压力和剪切力往往超过套管的强度,这是造成套管损坏的主要原因。通过盐岩的三轴蠕变实验,描述盐岩蠕变的有效粘性系数,给出盐岩蠕变计算中使用的具体理论公式和数值计算方法,采用控制容积方法计算盐岩蠕变的速度、位移及作用在套管上的非均匀外挤力。     

中国攻克盐膏层钻井世界难题

长江大学楼一珊教授介绍，地层深处的盐膏层在高温高压环境下具有极强的蠕变特性。由于它的蠕动变形，常常导致卡钻，无法保证固井质量，还会造成套管的非正常受损。盐膏层钻井卡钻和套管损坏，影响石油钻井。统计显示，在盐膏层地区钻井的事故率高达50％，是常规地层的3～5倍。     

再生加热器不锈钢简体开裂原因分析

介绍了某炼油厂再生加热器奥氏体不锈钢筒体在工艺调节过程中发生开裂并导致泄漏自燃的情况.通过宏观观察、材质分析、金相检验、扫描电镜及能谱、拉伸测试等方法对筒体进行了检测分析.结果表明,筒体的母材中铬、镍含量低于标准,焊材中不合钛元素;其次,加热器筒体的焊缝及母材靠近内表面的区域均出现明显的晶间贫铬;微观断口形貌可观察到韧窝及撕裂岭形貌;金相可观察到晶界空洞.通过分析证实焊缝及母材断裂具有沿晶蠕变断裂特征,加热器筒体的开裂归因于晶间贫铬和蠕变的综合作用,产生蠕变的原因是高温及低应力的长期作用;贫铬的原因主要是焊缝不锈钢缺乏Ti,故容易在晶界析出碳化铬,造成晶间贫铬.母材虽然为含钛不锈钢,但由于铬镍含量低,加之长时间在敏化温度区间内工作,使得不锈钢发生了晶间贫铬现象.晶间贫铬及蠕变造成焊缝及母材的强度降低,导致筒体的断裂失效.     

Rheology of rock salt for salt tectonics modeling

Numerical modeling of salt tectonics is a rapidly evolving field; however, the constitutive equations to model long-term rock salt rheology in nature still remain controversial. Firstly, we built a database about the strain rate versus the differential stress through collecting the data from salt creep experiments at a range of temperatures(20–200 ℃) in laboratories. The aim is to collect data about salt deformation in nature, and the flow properties can be extracted from the data in laboratory experiments.Moreover, as an important preparation for salt tectonics modeling, a numerical model based on creep experiments of rock salt was developed in order to verify the specific model using the Abaqus package. Finally, under the condition of low differential stresses, the deformation mechanism would be extrapolated and discussed according to microstructure research. Since the studies of salt deformation in nature are the reliable extrapolation of laboratory data, we simplified the rock salt rheology to dislocation creep corresponding to power law creep(n = 5) with the appropriate material parameters in the salt tectonic modeling.     

盐层钻井过程中合理钻井液密度及含盐饱和度的确定

盐层钻井是钻井技术中的难题,准确确定钻井液密度及含盐欠饱和度是解决难题的关键。从力学和化学两方面着手,在通过试验确定盐层蠕变本构方程及盐溶解本构方程的基础上,确定出不同工程条件下的钻井液密度及含盐欠饱和度值,研究的方法和结果对盐层钻井技术思路和具体操作都具有指导意义。     

盐岩全过程蠕变试验及模型参数辨识

对国内拟建地下盐穴储库的岩心进行三轴蠕变试验,得到泥质盐岩全过程蠕变试验曲线。基于试验的非线性蠕变特点和损伤力学理论,借助伯格斯模型建立了可以反映盐岩加速蠕变阶段的本构模型,并给出参数辨识方法,同时与试验曲线进行了比较研究。结果表明：较高轴向力下进行分级蠕变试验能够加快第三蠕变阶段（加速蠕变阶段）破坏,轴向力越大,加速蠕变起始应变值及蠕变破坏时应变值越小;增大围压时,加速蠕变起始应变值及蠕变破坏时应变值会变大。该本构方程能够很好地反映盐岩蠕变全过程,表明所建模型的正确性及合理性。     

层状盐岩蠕变变形差异性及附加应力

基于伯格斯（M-K）蠕变模型,根据三维压缩蠕变实验条件,建立了层状盐岩轴向蠕变本构方程;推导出各单层岩性蠕变参数与整个层状盐岩样的蠕变参数关系表达式;同时,在建立层状盐岩径向蠕变本构方程的基础上,推导出层状盐岩各岩层由于蠕变变形差异产生的附加力求解公式;依据淮安库区某层状盐岩蠕变实验数据对所得到的结果进行了部分验证。研究表明,层状盐岩的蠕变破坏是岩层由于蠕变变形差异产生附加力与其作用方向上应力共同作用的结果,只有当其合应力超过夹层抗拉强度时,才会使盐岩夹层发生张拉破坏。研究结果为层状盐岩体中地下盐穴储气库的长期稳定性评价提供了理论分析基础。     

塔里木盆地A区深部盐层蠕变特性试验研究

钻井过程中钻遇盐层时,由于盐层本身所具有的蠕变特性,经常给井下施工带来极大的干扰和破坏,不同地区不同埋深的盐层具有不同的蠕变特性。正确地认识盐层的蠕变特性,找出其变化的规律,无疑对该地层的施工具有很好的指导意义。     

An Experimental Study on Creep Characteristics of Salt Rock and Gypsum-salt Rock in Puguang Gas Field

Abstract

Through the determination of mineralogical compositions of the salt rock and gypsum-salt rock in Puguang gas field and the creep experiments on these rocks, the authors analyze the impacts of mineralogical compositions, deviatoric stress, temperature, and confining pressure on creep behavior and proposes the constitutive equation of steady-state creep rate by combining with the creep curve and rock parameters obtained by the experiments. The experiment results indicate that the main mineralogical compositions of the salt rock and gypsum-salt rock in Puguang gas field are sodium chloride and calcium sulfate, where the content of sodium chloride can be up to more than 93%; the inherent mineralogical compositions are the internal factors that impact the creep characteristics of rock, along with the content of sodium chloride increasing, the rates of transient creep and steady-state creep increase accordingly; and as the deviatoric stress and temperature increase, the steady-state creep rate increases too. However, the impact of confining pressure is very small. The authors obtain the parameters of Heard's creep constitutive equation by fitting test data, working out the steady-state creep rates of salt rock and gypsum-salt rock under different deviatoric stresses and temperatures, which provides the theoretical basis of the calculation of safe mud density window and the analysis of abnormal casing deformation for the formations of salt rock and gypsum-salt rock in Puguang gas field.     

井下管柱状态检测系统的研制

在高压分层挤注过程中，井下管柱由于承受巨大的轴向力而产生轴向蠕动，容易引起封隔器的解封或破坏，导致注水失败。目前，对井下管柱受力和伸缩蠕动的研究主要集中在理论分析上，而对其实际工作状态的检测研究还不够深入。因此，设计了一种测试井下温度、压力、管柱所承受轴向力及其伸缩蠕动等状态参数的井下管柱状态检测系统。论述了该系统的整体构成和基本工作原理，提出了一种新的位移测量方法；基于试验数据，对该系统的测试精度进行了分析，并针对存在的问题提出了改进方案。     

岩盐层蠕变规律的反演方法研究

在岩盐层钻井过程中,井眼易发生蠕变缩径从而引起卡钻;固井后,又易发生套管挤毁等事故。为此预测岩盐层的蠕变规律尤为重要。研究了井下岩盐本构关系的辨识方法,建立了岩盐本构模型辨识的目标函数,并提出了以井径测量信息为基础反演确定岩盐层蠕变特性参数的位移反分析法。利用该方法较好地预测了井下岩盐的蠕变规律,并由此可确定井径缩小规律和钻井液的密度。在江汉油田的应用结果表明,理论预测结果和实际结果能较好地吻合。     

塔北隆起盐下油气藏井眼缩径研究

采用Heard非线性蠕变模型作为深井段盐岩蠕变本构方程,并建立含盐膏岩夹层的有限元模型,得到了塔里木羊塔克区块巨厚盐膏层变形及井眼缩径规律.研究表明,由于上覆岩层应力的作用,羊塔克隆起构造盐岩层翘曲段逐渐趋于平缓;在同一盐膏层井段不同井深处井眼蠕变缩径的程度明显不同,顶部和底部盐膏层井眼缩径速率最快,缩径量较大.据此,现场钻井工程师在进行盐膏层井段钻进的时候要特别注意打开盐膏层和钻出盐膏层井段时的钻井液密度控制,优选钻井方案,防止盐岩层井段发生卡钻等井下事故.