对四川三迭系盐岩层套管挤毁问题的研究

四川地区三迭系盐岩层分布广泛，盐岩层蠕变挤毁套管的客观条件是存在的。围绕异常压力这一主要矛盾，首先确定非均布载荷下套管强度的变化规律，得到套管强度的计算方法；其次描述盐岩层的蠕变规律，给出蠕变外挤载荷数值；按照非均布载荷下套管实际强度大于盐岩层蠕变外挤载荷的原则，确保井内套管安全。应用实例表明上述技术思路是可行的。     

东濮凹陷盐岩沉积模式研究

描述了东濮凹陷的含盐层序特征，利用同位素、微量元素分析了成盐物质的来源．认为该凹陷成盐物质以陆源为主．局部受海侵物源的影响；阐述了成盐期古气候和吉地理特征．并总结了盐岩的沉积模式，认为该凹陷盐岩的沉积模式为振荡式深盆浅水成盐模式；阐述了东濮凹陷盐岩的平面展布特征。     

中东某区块盐岩地层蠕变缩径的力学分析与应用

在统计中东某区块钻井过程中主要事故和复杂情况的基础上,发现盐岩蠕变、软泥岩流动的控制是解决复合盐膏层钻井技术难题的关键.文章应用Norton蠕变模型,建立了盐岩地层井眼半径随上覆岩层压力、钻井液密度、地层温度、裸露时间变化的解析解,并由此导出了一定蠕变速率下钻井液密度的确定方法.最后结合中东某区块的实钻资料绘制出了推荐现场使用的盐岩地层钻井液密度图版,为该地区能有效抑制因盐岩蠕变发生缩径卡钻等复杂事故提供了理论依据,对该地区井深2 950 m左右的钻井液密度的确定提出了具体方案,对现场有一定的指导意义.     

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.     

陕甘宁盆地南部三迭系延长组地层裂缝评价

本文旨在利用地层倾角测井资料，建立起陕甘宁盆地南部地区三迭系延长组地层裂缝的测井解释模型，同时对裂缝的发育方向、裂缝的类型、裂缝的密度等裂缝参数进行全面、有效的分析，进而从纵横向上揭示出裂缝的展布规律，并对地应力及裂缝展布的关系及裂缝的成因进行分析，以期为盆地南部进一步深层次的开发奠定坚实的基础。     

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。      

金坛盐穴储气库定向井提高盐岩利用率研究与应用

为解决盐穴储气库区块内布井困难、建井数量少、库容量和工作气量达不到区块建库需求等问题,通过定向井井眼轨道设计、套管下入等问题分析,提出适用于金坛盐矿区地质条件的盐穴储气库丛式定向注采井的设计方案,区块布井数量由前期可研方案的12口井,调整至20口井。定向井布井方式较常规直井布井方式井数增加60%以上,经济效益和社会效益明显。实践表明,定向钻井适合于金坛区块情况,可明显增加区块库容量,最大限度合理利用盐矿资源。金坛地区现场实施定向井18井次,井筒质量等各项参数符合建库需求,未来可扩大至其他盐穴储气库区块,对加快国内盐穴储气库建库效率具有重要意义。     

深部倾斜盐岩地层套管应力及变形研究

针对川东北盐岩地层套管挤毁变形问题,建立了深部倾斜盐岩地层-水泥环-套管组合体三维有限差分模型,研究了非均匀地应力作用下地层倾角、井斜角、盐岩地层厚度及盐岩力学参数对套管等效应力和变形量的影响。研究结果表明:蠕变1 a时,套管内壁最大等效应力和套管内径最大变形量随着地层倾角和井斜角的增大而同时增大,且地层倾角的影响程度明显大于井斜角,随着盐岩地层岩石力学性质的增强而同时降低,即层间岩石力学性质差异越小,套管安全系数越高;当地层倾角和井斜角较大时,套管的最大变形量随着盐岩地层厚度的增大呈线性增加;利用建立的三维数值模型可以对一定地质条件下的深部倾斜盐岩地层套管的变形趋势进行重现和预测。研究结果对于预防和解决川东北油气田盐岩地层套管损坏问题、优化盐岩地层钻井设计及套管强度设计具有较高的理论参考价值。     

东濮凹陷北部古近系与盐岩有关的油气藏类型

东濮凹陷是渤海湾地区一个典型的盐湖盆地,其古近系的两个沉积旋回沉积了两套盐岩。其中沙河街组第三段(Es₃)的盐岩又可细分为第四亚段(Es₃⁴)、第三亚段(Es₃³)、第二亚段(Es₃²),主要分布在北部中央隆起带附近。盐岩层由于极为致密,其阻隔作用使其下部地层的地温、地层压力均较高,有利于下伏生油岩中的有机质向油气的转化。盐岩又是良好的盖层,且在高温、高压下呈塑性状态。由于盐岩的遮挡和变形,形成多种与盐岩有关的油气藏,即盐岩上部堑式背斜油气藏、盐岩侧向封堵油气藏、盐下背斜油气藏和岩性油气藏。由于Es₃段盐岩的沉积中心的不断转移使得Es₃⁴,Es₃³,Es₃²的盐层之下都有盐岩相变的砂岩而成为较佳的储盖组合,从而造成中央隆起带盐下油气异常富集。同时,虽然沙河街组一段(Es₁)的盐岩较薄,但其分布范围大,对其下部沙河街组二段(Es₂)的油气富集起到了非常关键的作用。经分析,本区下一步的勘探目标为文留东部Es₃⁴盐下深层地垒带、文东Es₃²盐间文93扇体、东部前梨园洼陷及西部海通集洼陷。     

盐岩蠕变三维数值模拟计算方法及应用

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。中原油田盐岩层厚度为50~200m。统计结果表明,文13东块套损发生在盐岩层的井占油田套损井总数的37%。为从根本上解决盐岩层中套管损坏问题,必须对盐岩层的蠕变速度、位移量等进行定量研究。通过盐岩的三轴蠕变试验,建立了盐岩变形的本构关系,给出了在盐岩蠕变计算中所使用的具体的理论公式、数值计算方法。采用控制容积法,通过模拟实际地层情况,得出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。文13东油藏计算结果表明,作用在套管柱上的横向推挤压力随着盐膏层蠕变速度的增加而增加,尤其表现在盐岩层边界部位,这些部位是剪切应力的集中区,是套管柱极易发生错断的部位。此项研究成果可用于钻遇盐岩层时调整钻井参数、套管柱的工程设计、套损井防治等多项油田开发工程中。     

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。     

含薄夹层盐岩地层套管等效应力分析

采用FLAC3D三维有限差分软件,建立了套管-水泥环-层状地层三维有限差分模型,分别研究了泥岩夹层弹性参数、厚度对含薄夹层盐岩地层界面处以及层内套管等效应力的影响。夹层厚度对上下岩层中的套管等效应力都有影响,泥岩和盐岩力学特性上的不匹配导致二者界面附近套管受力不均衡;夹层较厚时,套管等效应力相对较小;与泥岩相比,盐岩中套管等效应力较大,套管更容易发生屈服;夹层弹性参数不同时,夹层弹性模量越低,界面处以及夹层层内套管等效应力越大。该研究为含薄夹层盐岩地层套管设计和井筒安全性评价提供了理论依据。     

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.     

四川地区膏盐层对套管的影响分析

四川地区膏盐层广泛分布，膏盐层蠕变挤毁套管的客观条件是存在的。但是实钻资料表明，四川地区膏盐层套管挤毁现象需要满足一定条件才会发生。根据实钻资料和盐岩蠕变实验数据，利用相关分析方法，就四川地区膏盐层对套管的影响问题进行研究，指出大厚度、高纯度盐岩和非均布地应力以及不当的工程措施是蠕变挤毁套管的基本条件。分析结果为解决套管挤毁问题提供了良好的基础。     

评价盖层有效性的岩石力学实验研究

通过三轴压缩实验模拟地层埋藏过程中盖层韧脆性转变,通过三轴卸载实验模拟地层抬升过程中泥岩破裂过程。通过70个样品的三轴压缩测试实验,拟合出硬石膏、泥岩和泥灰岩3种岩性盖层由脆性向韧性转变的临界围压分别为68.5,81.35和92.35 MPa,折合埋深分别为4029,4782和5429 m。通过对泥岩盖层的卸压实验拟合出盖层的破裂围压与主压应力的数学回归方程：y=2.9296 x+134.28(R2=0.83)。该研究结果除了进一步证实泥岩在一定埋深下仍具有良好的塑性和封闭性能以外,还提供了研究盖层韧脆性转化和抬升过程中破裂边界的定量评价参数,为定量研究盖层有效性提供了基础。     

储层损害的岩石力学——化学耦合作用研究进展

以往研究储层的应力敏感性损害多是从纯力学角度出发，针对油气藏和工程作业的实际情况，提出重视力学-化学耦合作用对储层渗透率的影响。总结了压溶作用机理，明确了压溶作用最终导致裂缝闭合、岩石渗透率下降并具有不可逆性。压溶作用机理的基本模式为水薄膜模式、岛状沟道构造模式、格莱茨模式。压溶作用的主要影响因素包括温度、压力、矿物溶解性、流体化学性质、流体饱和度。水化学作用对恒定围压下裂缝渗透率变化起着主导作用，必须重视水化学效应对力学效应的影响。在钻井完井过程中应尽量保持压差恒定，防止应力敏感损害储层，并尽量避免滤液侵入油气层，特别是在高温高压环境下压溶作用导致渗透率下降的幅度更大。力学-化学耦合作用还弱化岩石结构面的连接，扩大裂缝宽度，使岩体强度急剧下降，导致发生诱发性井漏。研究岩石力学-水化学耦合作用对于保护储层、优化裂缝性油气藏具有重要的现实意义。     

三肇凹陷扶杨油层岩石力学参数特征

应用三维加压岩心实验室测方法和长源距声波测井资料解释方法研究了三肇地区扶杨油层动、静态岩石力学参数特征,建立了动、静态力学参数之间的相关关系,油田应用的主要是静态力学参数,但静态参数的测定费用较大,因此,在长源距声源测井资料解释处理获得动态参数以及后,运用所建立的岩石动、静态力学参数关系式,就求得三肇凹陷的岩石静态力学参数,介绍了三肇凹陷扶杨油层岩石力学参数在油田应力场模拟和水力压裂方面的应用。     

川西须家河深层岩石力学性质及可钻性研究

川西须家河深层岩性致密,石英含量高,研磨性强,硬度高,可钻性差,钻井机械钻速普遍很低,严重制约了川西地区深层油气勘探开发事业的发展。文章通过大量的室内试验研究,获得了岩石抗压强度、研磨性、硬度等岩石力学性质和可钻性参数,并通过对岩石的可钻性级值与测井资料之间的相关性分析,拟合出适用于这一层位的PDC钻头可钻性分析预测函数。并通过对岩石力学性质剖面曲线的分析研究,总结出了川西须家河深部地层对PDC钻头工作性能的几点要求,为深入开展PDC钻头个性化设计提供了重要的理论依据和指导思想。     

渤南洼陷低孔隙度低渗透率地层岩石力学参数测井计算方法

针对胜利油田渤南洼陷低孔隙度低渗透率地层开展了岩石强度测井评价方法研究.以岩石物理学、岩石力学为理论基础,在实验室同步测试岩石强度及声波时差、密度等测井参数.经数理统计分析后建立力学参数计算模型,并将其应用到地层坍塌压力、破裂压力等井壁稳定性评价参数的计算中.与实际钻井工程资料对比表明,所构建的岩石力学参数计算模型对研究工区地层具有较好的适应性,能够给工程设计提供可靠的依据,对提高井身质量、有效保护油气层、降低钻探成本有着重要意义.