复合盐膏层钻井液技术

深井巴东4井盐膏层钻井液技术张秀红　崔　红　赵昌强(中原石油勘探局对外经济贸易总公司) 摘　要　巴东4井位于塔里木盆地西南凹陷玛扎克塔克构造带乌山构造,完钻井深6800 m,钻遇埋藏深、厚度大的寒武系盐膏层,其间夹杂厚度不等且裂缝发育的白云岩、红色泥岩等,易发生井壁坍塌、井漏、缩径和卡钻等钻井复杂情况,钻井液流变性维护难度大。

该文介绍了成功使用欠饱和盐水钻井液及维护其流变性的方法,对盐膏层钻井作业有一定的参考作用。

关键词　巴东4井　深井　盐膏层蠕变　流变性 巴东4井的钻探目的是了解乌山构造的地层岩性特征、圈闭含油气性和油藏类型,设计井深6600m,完钻井深6800m。

套管程序为<762 mm×46163m+<508mm×978.41m+<339.73 mm×2681.71m+<244.48mm×5192.55m+ <117.80mm×(4998.15～6166.72)m+<127 mm×(5982.04～6796.09)m。

Ξ1　钻井液技术难点寒武系盐膏层夹杂厚度不等的白云岩,主要成份是碳酸镁、碳酸钙,其裂缝、溶蚀孔填充物有白云晶体、氯化钠晶体、石英晶体、伊利石等。

填充物含量低,胶结性能差,地层应力大且各向异性,最大地层倾角89°,易发生井壁失稳和井漏等复杂情况,因此要求钻井液具有良好的防塌防漏性能。

巴东4井6433150～6800m为盐膏层段,由于盐膏层埋藏深,上覆压力大,具有塑性蠕变特性,一经钻开就存在应力释放,易发生缩径卡钻事故。

因此要求钻井液采用合理的密度,有效地支撑井壁而不发生漏失,而且具有良好的抗污染能力,溶解部分盐膏层,抵消或减弱其塑性蠕变性,保证井眼畅通。

高密度钻井液流变性能控制问题。

巴东4井钻井液密度高达1190g/cm3,加重剂使用重晶石粉,固相含量在34%以上,具有良好的流变性能是钻井液工作的难点。

复合盐钻井液体系
一、复合盐体系配方及性能统计：
基本配方：
本配方处于试验阶段，材料加量比较保守，试验成功后可根据现场使用情况做出合理调整。

现场应用平均性能统计：
二、现场使用评价：
复合盐钻井液体系在气井水平井施工中取得成功。

该钻井液体系用具有高比重，低粘度，低失水，低固相，良好的泥饼质量，强的抑制性等特性，确保了井下安全，为PDC钻头的成功使用提供保障。

在这2口井实验过程中，斜井段钻进共使用PDC 钻头3只，石千峰，石盒子泥岩井段钻进未出现钻头泥包，基本解决了以往滑动钻进时PDC容易泥包的问题。

特别是靖平33-13井，去年直导眼钻进时石千峰组井下坍塌复杂，今年使用此体系以来井下正常，未出现坍塌，山西组，本溪组长煤层井段未出现垮塌。

斜井段使用的第一支PDC钻头，在相同井段，相同地层，相同钻头型号的情况下，机械钻速达5.13m/h，比去年直导眼钻进时提高了1.16m/h，斜井段完钻电测一次成功，测到井斜68度，井径图规则，平均扩大率9.7%。

综述元坝271井膏盐层安全钻井技术1 盐膏层钻井概况膏盐层钻井是深部地层钻井施工中一大技术难题。

盐膏层会在一定的压力、温度下出现蠕变现象，从而造成卡钻、井眼失稳和固井后挤压损毁套管等事故，如果不采取有针对性的技术措施加以解决，膏盐层钻井施工将会付出高昂成本。

2 盐膏层施工钻井过程中复杂情况2.1 盐膏层普遍存在着塑性蠕动盐膏层一般来说可分为两种：(1)纯盐层。

纯盐层容易出现缩径、盐层溶解而导致井径扩大等施工不利情况。

(2)复合膏盐层。

这种除了出现第一种的不利情况外还容易发生井壁垮塌现象，从而出现卡钻问题。

2.2 利用膏盐层扩孔技术抑制膏盐层的蠕动一般方法是利用盐膏层段的扩孔方法控制膏盐层蠕动速率。

归纳起来，影响扩孔安全及效果的因素主要有：扩孔参数、扩孔的工具和扩孔措施制定等，以上三个方面的问题如果处理不好，就不能较好的控制膏盐层蠕动问题。

2.3 两种蠕变的应对膏盐层存在稳态蠕变和瞬态蠕变，必须采取措施加以应对才能保证安全钻井。

首先，稳态蠕变对安全钻井影响较小，但会对注入水泥和固井套管的顺利下入会造成一定的不利影响，盐膏层瞬态蠕变会对钻井安全产生重要的影响。

因此，了解和掌握盐膏层蠕变特性，发现其蠕变规律对于安全钻进膏盐层意义巨大，必须引起高度重视。

3 膏盐层安全钻井的关键技术措施结合我国境内东西部多个油田的盐膏层长期钻井经验与教训，为了有针对性的减少膏盐层塑性蠕动给钻井施工带来的不利影响，一般来说，膏盐层钻进需采用如下的技术步骤：首先在了解盐膏层类别、上下地层间压力系统的基础上，充分了解和掌握盐膏层蠕变特性，发现其蠕变规律；其次要根据盐膏层的地质特性来预防井漏现象，通常的做法是采取高密度并且欠饱和的非渗透性钻井液来进行扩孔钻进作业。

以上两种技术是保证膏盐层安全钻井的基础。

在此基础上，我们一般选用高密度欠饱和非渗透聚璜钻井液扩孔钻进技术来安全的钻穿膏盐层。

3.1 膏盐层钻井液的处理自膏盐层顶板50-60米处开始高密度欠饱和非渗透聚璜钻井液随钻扩孔，这样可在有效抑制其塑性蠕动的状态下保证安全的钻进。

【关键字】现代中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题目：塔河油田盐膏层钻井技术学习中心：镇江学习中心年级专业：石油工程学生姓名：学号：指导教师：职称：导师单位：论文完成时间：2010 年03月24日摘要：盐膏层施工是这两年塔河油田的一个重点和难点，特别是承压堵漏，区块不同，地层承压能力也不同，承压堵漏不能盲目按照一个模式进行，要根据区块不同，地层特点有针对性的制定合理的承压堵漏方案.本文着重介绍了该种井钻头选型、二开裸眼井段防斜、石炭系防井径扩大和盐膏层安全钻井及钻井液技术等几个方面的介绍，并对其进行分析。

关键词：盐下井、盐膏层、承压堵漏、钻头选型、防斜、防井径扩大随着塔河油田开发规模不断的扩大,众多井在钻井过程中不同程度的钻遇高压盐膏层,而对盐层上部地层进行先期承压堵漏,使之承压能力可以满足钻盐膏层使用高密度要求,安全的钻穿盐膏层,保证钻井过程和下套管安全,是这类井的施工关键。

巨厚盐层是油气储层很好的盖层,大量的油气资源可能在盐下,而巨厚盐膏层钻井技术又是当今钻井工程中重大难题之一。

塔里木盆地盐膏层分布较广,第三系盐层主要分布在库车凹陷及塔北隆起西北部埋深一般在3000～5500m 之间, 属盐层、膏岩和“软泥岩”等组成的复合盐岩层,如亚肯3井、库1井等：石炭系盐层主要分布在塔北隆起、塔河两岸和塔东北的满加尔凹陷北部,埋深一般在5200～5500m以下，厚度100～300m，基本以纯盐为主,如沙10 井、乡1 井、沙105井等；而寒武系盐层主要分布在巴楚地区和塔中，埋深在4200～6000m左右，盐层厚度一般为几十米到几百米。

岩性以盐岩、膏岩与泥岩、泥质粉砂岩等呈不等厚互层。

如麦4井、麦6井、和4井、方1井、康2井等。

由于盐膏层的塑性蠕变、非均质性、含盐泥岩的垮塌等地质因素，且上下压力系统的明显不同，钻井施工过程中常常引起卡钻、埋钻、套管挤坏、固井后套管外水泥被挤走等工程事故，施工作业风险极大。

钻遇盐膏层技术措施
1、钻进盐膏层，钻时会加快，CL 一含量上升快转盘扭矩、泵压和返出岩屑变化；发现扭矩增大，应密切注意应立即上提划眼。

2、接单根前划眼一次，方钻杆提出后，停泵通一次井眼，不遇阻卡，方可接单根，否则重新划眼。

3、盐膏层钻进，应保证尽可能大的泥浆排量和较高的返速，有利于清洗井底，冲刷井壁上吸附的厚虚假泥饼。

4、在盐膏层段起下钻，应控制速度，提钻遇卡不能超过10 吨，活动钻具以下放为主，在能下放的前提下，倒划眼提出；下钻遇阻，活动钻具以上提为主，划眼解除。

5、在裸眼段内要连续活动钻具，以上下活动钻具为主，活动距离应大于3 米以上，因设备检查等情况，钻具必须提入套管内。

6、为制止塑性变形造成缩径，可适当提高钻井液密度，用液柱压力抑制缩径，同时注意不要压漏上部地层。

其它原因造成复杂，应考虑转换成与地层相配伍的钻井液体系。

7、缩径井段每次下钻划眼扩大井径，每只钻头增加中途短程起下钻、划眼。

8、钻遇盐膏层，泥浆上要及时加入纯碱和烧碱，做好泥浆防止钙侵污的工作：合理调整泥浆密度，降低泥浆失水，提高泥饼质量，同时加入适量防塌剂和润滑剂，保证井壁稳定，保
持井眼畅梯通。

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。

新疆探区复合盐层、纯盐层钻井液技术1.1复合盐层单层厚度较大，一般从几米至几十米，总厚度从几十米至1900米，盐间夹层为不易发生坍塌的白云岩、石灰岩及层理裂隙不发育不易坍塌的硬泥页岩等，粘土矿物分为两类，一类以伊利石为主、含少量的绿泥石，另一类以伊利石与伊蒙有序间层为主。

1.2盐、膏、泥复合盐层存在互层多且薄，岩性变化大，并含盐膏软泥盐、碎泥与盐结合物及以盐为胶结物的角砾岩中等，泥页岩层理、裂隙发育，软泥页岩含水高，泥页岩中粘土矿物可分为两类，一类以伊利石为主、并含绿泥石，另一类以伊利石为主、并含伊蒙有序间层、高岭石、绿泥石，含盐量高的泥页岩初始膨胀率高，随着测量过程中泥页岩中盐的溶解，可能出现负的膨胀率，泥页岩大多孔隙压力异常，部分地区的盐、膏、泥页岩处于地应力作用下。

2、钻遇复合盐层时出现复杂情况的原因2.1盐岩的塑性变形盐岩在井下处于应力平衡状态，当钻开盐层时，盐岩受力状态发生变化，当上覆岩层压力指向井内的侧压力大于液柱压力时，盐岩就会发生塑性变形，导致缩径，起下钻遇阻、卡钻等井下复杂情况。

盐岩的塑性变形与井深、钻井液密度、井温、盐岩组分有关。

2.2盐的溶解使用水基钻井液钻进复合盐层时，地层中盐会被钻井液部分溶解。

对于第一类盐层，则造成井径扩大，形成糖葫芦井眼，给钻井、固井、电测工作造成困难。

对于第二类盐层，盐岩与泥岩互层多且薄。

盐溶造成泥岩失去支撑而坍塌，这类盐层的盐还以盐脉、大小不等的结晶块形式出现在泥岩中，或大小不等的盐结晶形式与碎泥结合在一起，或在盐岩中存在许多泥块，盐溶会引起泥岩坍塌。

2.3盐膏层的吸水膨胀盐膏层中往往夹杂着其他盐类,如石膏、芒硝、氯化镁、氯化钙等，它们原始状态都含有结晶水。

在上覆地层压力作用下失去结晶水，成为无水石膏、无水芒硝。

当使用水基钻井液钻开此类地层时，无水石膏就会吸水变为二水石膏，体积增大26%，引起岩石强度下降，易发生坍塌、缩径。

2.4盐的重结晶使用饱和盐水钻井液钻进深部盐层时，盐的溶解度随温度的增加而增加，在地面盐水处于饱和到井底变得不饱和，造成井底盐溶，井径扩大，当返至地面，钻井液温度下降，由饱和变为过饱和，在上部井段或地面重结晶。

塔河油田盐膏层钻井技术分析摘要：塔河油田一般为深井和超深井，盐膏层分布范围广，埋藏深，钻井难度大，特别是深井盐膏层和复合盐层钻井，是一个复杂的钻井技术难题，在钻井过程中钻遇盐膏层，极易发生井下复杂情况，要克服盐上钻进、盐上承压堵漏、盐层钻进、扩孔、聚磺欠饱和盐水钻井液维护、穿盐层后下入复合套管等各项技术难题。

关键词：盐膏层；蠕变；承压堵漏；聚磺欠饱和盐水钻井液；井漏中图分类号：te242 文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）05-（页码）-页数一、塔河地质状况及井身结构1.1 地质特征塔河油田主要位于阿克库勒凸起区块，本区南部寒武-奥陶系烃源岩具有长期生油、多期供油的特点，处于南侧烃源区油区油气向阿克库勒凸起高部位运移的路径上，是油气长期运移聚集的有利地区。

1.2 井身结构针对阿克亚苏区块盐层的结构特点，为了增大完井井眼尺寸，为以后的开采创造有利条件，采用盐下井井身结构。

一开使用660.4mm 钻头钻至井深300.00m，下508mm套管，封固上第三系库车组欠压实、易分散造浆、易水化膨胀、易阻卡地层；二开使用444.5mm钻头钻至3200m，下339.7mm套管，封固上部松软地层；三开使用311.2mm钻头钻穿盐上及盐层，下244.5mm+273.1mm复合尾管；四开使用149.2mm钻头钻达设计目的井深，先期裸眼完井。

二、盐膏层钻井技术措施针对盐膏层易蠕变、易溶解、易垮塌，并易挤毁套管等特点，从而给钻井施工带来了困难，其中有以下几方面技术要点：针对盐膏层蠕动的特点，我们认真调研并按照设计要求，在5000m 井段完成了钻井液转换工作，盐膏层钻穿后，下部井段的施工将是本开次及全井的难点和重点，因为三开井段同时揭开石炭系巴楚组盐膏层、志留系柯坪塔格组、奥陶系桑塔木组，存在多套不同压力系统。

钻进过程中，制定了严格的技术措施：（1）严格按设计下入钻具组合，并尽可能简化钻具组合，严把钻具入井关，二级以下钻杆杜绝入井。