Missan油田盐膏岩地层安全定向钻井研究

盐膏岩在应力作用下易发生蠕变导致井眼缩小甚至闭合,从而引起钻具卡钻事故。在盐膏岩地层定向钻井过程中,井斜角对盐膏岩蠕变速率影响巨大。对某油田盐膏岩地层的蠕变特性进行了分析,建立了蠕变本构方程,根据实际使用泥浆密度及井径资料确定了蠕变参数;通过建立盐膏岩地层地质力学模型,运用拉格朗日元法对盐膏岩地层的蠕变性能进行了数值模拟,对井斜角对安全钻井的影响进行了分析。结果表明,沿着最大水平主应力方向钻井,井眼蠕变速率随着井斜角的增加而增大,安全泥浆密度也逐渐增大,说明盐膏岩地层钻大斜度井定向井的风险较大。

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3920～3950m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。

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 2 0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。

复合钻井条件下粉砂岩与盐膏岩的准确识别

由于复合钻井技术的推广,特别是PDC钻头的应用,给现场地质录井带来了技术挑战,该文针对东濮凹陷油气藏的重要标志层—盐膏岩,在PDC钻头条件下与粉砂岩岩屑不易识别的问题,从PDC钻头的破岩机理、盐膏岩的地质录井特征,以及盐膏岩与粉砂岩的组成成份入手,总结出稀盐酸、稀氢氟酸滴定与烘烤三种不同的粉砂岩与盐膏岩鉴别方法,该方法适用于现场地质录井,为现场地质人员提供了经验。

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0,2,5MPa的三轴短期压缩试验和单轴应力为10MPa的蠕变试验。相对湿度从35%增加到95%,盐膏岩岩样强度由38.2MPa降至35.2MPa;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。

白云岩及盐膏岩层安全钻井技术

阐述塔里木油田所钻巴东四井在钻遇大段白云岩和盐膏岩层的钻井技术难点 ,针对难点采取的钻井技术及具体施工措施 ,从中总结出一套行之有效的白云岩和盐膏岩层的安全钻井技术 。

2005年度国家科技进步奖二等奖——深层盐膏岩蠕变规律及其在石油工程中的应用

深部盐膏层安全钻井是目前石油工程中的世界级重大技术难题之一。解决这一重大技术难题的技术关键是:准确预报盐膏层上覆岩层地应力的大小、盐膏层蠕动变化规律、新的套管设计方法和合理确定钻井液密度等。

巨厚盐膏岩蠕变特性实验研究

为掌握深层盐膏岩地层受到温度和地应力作用时表现出的塑性特性,针对井眼钻开后发生蠕变引起的阻卡、套管变形等问题,运用室内蠕变实验方法,针对西南油田Y井盐膏岩,重点研究了NaCl含量对盐膏岩瞬态蠕变及稳态蠕变速率的影响。结果表明:盐膏岩瞬态蠕变及蠕变速率与NaCl含量呈幂律递增规律,随着NaCl含量增加,瞬态蠕变和稳态蠕变速率均相应增大。因此NaCl含量差异性是影响盐膏岩蠕变特性的关键因素,这为盐膏岩地层钻井的钻井液体系选择及密度确定提供理论依据,对钻井施工具有重要指导价值。

路甬祥院长电贺“深层盐膏岩蠕变规律及其在石油工程中的应用”获2005年度国家科技进步二等奖

路甬祥院长电贺“深层盐膏岩蠕变规律及其在石油工程中的应用”获2005年度国家科技进步二等奖2006年1月9日，全国人大副委员长，中国科学院院长、院党组书记路甬祥院士给武汉岩土所发来贺信，代表院党组并以个人名义祝贺岩土所“深层盐膏岩蠕变规律及其在石油工程中的应用”获2005年度国家科技进步二等奖，同时对有关人员为此付出的辛勤劳动表示衷心感谢。路院长在贺信中勉励岩土所以获奖为新的起点，高举邓小平理论和“三个代表”重要思想的伟大旗帜，全面贯彻落实科学发展观，认真实施国家和我院中长期发展规划纲要确定的各项任务。贯彻落实院党组的部署，继续发扬团结协作、顽强拼搏、奋力攀登、开拓创新的精神。提升自主创新能力，为我国经济建设、国家安全和社会可持续发展不断做出新的基础性、战略性、前瞻性的重大创新贡献。

深层古老碳酸盐岩-膏盐岩组合油气成藏特征

通过分析塔里木、四川和鄂尔多斯三大海相盆地埃迪卡拉系—奥陶系,并对比参考东西伯利亚、阿曼和澳大利亚Officer三大国外盆地新元古界—寒武系的地层特征,将碳酸盐岩-膏盐岩组合划分成碳酸盐岩类和膏盐岩类互为夹层型、碳酸盐岩类和膏盐岩类互层型以及碳酸盐岩类、膏盐岩类和碎屑岩类共生型3种类型,明确了碳酸盐岩-膏盐岩组合的概念及内涵。结果表明:(1)碳酸盐岩-膏盐岩组合的油气通常来源于泥页岩和泥质碳酸盐岩两类烃源岩,咸化环境膏盐岩可促进烃源岩生烃。(2)主要发育膏云坪型、颗粒滩和微生物丘型两大类白云岩储集层,准同生期或表生期的大气淡水淋滤是储集层规模发育的主要控制因素,后期埋藏溶蚀作用对储集层有调整和改造作用。(3)碳酸盐岩-膏盐岩组合油气成藏模式可划分为盐下成藏模式、盐上成藏模式和盐间成藏模式3大类8小类模式。塔里木盆地塔中隆起北坡、麦盖提斜坡和玛扎塔格前缘隆起带寒武系、四川盆地东部—南部地区寒武系和鄂尔多斯盆地奥陶系盐间马家沟组四段等为未来的有利勘探领域。

膏盐岩-碳酸盐岩共生层系岩石微相及储层特征——以阿布扎比B油田侏罗系Arab组为例

为探究膏盐岩–碳酸盐岩共生层系强非均质性问题,基于岩芯及测井资料,探究阿布扎比B油田Arab组岩石微相类型,分析各类微相的储层特征及优质储层主控因素。Arab组可识别出12种微相类型(MF1~MF12),微相类型及组合指示其为局限–蒸发背景下萨布哈潮坪–潟湖–障壁滩沉积体系。微相类型控制储层品质,其中MF2及MF9~MF12孔喉较粗,连通性好,孔隙度和渗透率较高,是储层发育有利微相类型。MF2和MF10发育白云岩储层,储集空间以晶间孔、残余粒间孔及粒内溶孔为主;MF9,MF11和MF12发育颗粒灰岩储层,储集空间以粒间(溶)孔、铸模孔及粒内溶孔为主。相对海平面的震荡性变化导致各沉积相带在纵向上的有序叠置,不同沉积相带之间或同一沉积相带内微相类型及成岩作用的差异性是Arab组储层强非均质性的根本原因。障壁滩和潮上带是优质储层发育的有利相带,其中障壁滩相优质储层原生粒间孔保持较好,并叠加显著的早期暴露溶蚀,导致次生孔隙的产生和孔隙结构的改善;潮上带优质储层的发育受控于早期白云石化和准同生溶蚀作用,白云石化改善孔隙结构,有利于早期孔隙保存,分散状硬石膏的早期溶蚀产生大量次生孔隙,显著地改善了储层物性。

巨厚膏盐岩形变机制解析及其对油气成藏的影响——以阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系为例

阿姆河右岸侏罗系钦莫利阶发育巨厚膏盐岩,其对油气富集成藏具有重要影响。综合利用钻井岩心测试资料和地震资料,通过剖面地质形态分析与地震分频属性刻画,对阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系与膏岩层相关的典型构造样式进行了识别,并解析了其形变机制,恢复了关键成藏期的古构造,探讨了不同时期构造运动对油气运聚成藏的控制作用。研究结果表明:①阿盖雷地区侏罗系上盐层上部及上覆地层发育滑脱褶皱,下部发育少量大型盐枕构造,中石膏—下盐层—下石膏层整体变形程度较低,下盐层内发育3种形态小型盐枕构造及盐缩颈,盐枕构造间可识别典型礁/丘滩体。②研究区构造挤压应力和重力滑脱作用是形成膏盐岩形变的主要动力,考虑“2期主要构造运动、先存地貌/构造、多层差异化变形塑性地层、纵横向复合叠加变形”4项关键因素建立了多层叠覆型复杂构造变形模式。③采用基于盐层流动增厚量回填的厚度图法恢复了研究区上盐层沉积前、早白垩世末生烃高峰期的古构造,综合生排烃史、构造发育史、气井产量,明确了基于膏盐岩形变恢复的古构造是天然气富集高产的重要因素,具有“天然气持续充注、多期动态成藏”的演化特征,古、今构造继承性发育区为天然气富集的最有利区。

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系沉积特征与天然气成藏潜力

鄂尔多斯中东部地区奥陶系马家沟组发育巨厚的碳酸盐岩与膏盐岩交互的沉积体系,但对其沉积发育的规律性及其内部天然气成藏聚集的基本地质特征尚未形成明确的认识。通过对奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系形成时的构造与古地理背景、沉积特征、储层发育、烃源供给及圈闭聚集等方面的分析,形成新的观点与地质认识:(1)受盐洼周边古隆起影响,奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩共生体系形成于与外部广海周期性隔绝的局限海蒸发环境,导致其岩性“相控”与“层控”分布特征极为显著;(2)首次提出“非层状沉积分异”的概念,并认为它是控制奥陶系内幕“溶孔型”储层发育的决定性因素;(3)受区域岩性相变及后期构造反转的控制,奥陶系盐下层系具有形成大区域分布的岩性圈闭体系的有利条件;(4)盐下层系虽自身的海相烃源岩生烃潜力有限,但由于燕山期东部构造抬升与西侧上古生界煤系烃源“供烃窗口”及膏盐封盖层区域性连续分布等要素密切配合,仍具有规模供烃、大区带成藏的潜力。

塔里木盆地寒武系盐下白云岩成藏条件分析与勘探部署方向

塔里木盆地寒武系盐下具有优质的生储盖组合,是盆地级重大战略接替领域,但由于埋深大、层系古老,寒武系盐下勘探面临烃源岩、沉积储层与油气保存等基础地质方面诸多认识问题。本文在前人研究基础上,通过野外露头、钻井分析与区域地震大剖面解释,重新认识寒武系盐下烃源岩、沉积储层、盖层与油气保存条件,结合已钻井分析,指出寒武系盐下有利勘探方向,优选有利勘探区带。结果表明:1)下寒武统玉尔吐斯组烃源岩分布受控于前寒武纪裂坳体系,主要分布在北部坳陷及周缘、塔西南地区,总面积约26.8×10^(4) km^(2)。2)寒武系盐下发育肖尔布拉克组内—中缓坡丘滩体、吾松格尔组礁后滩两套储层。肖尔布拉克组内—中缓坡丘滩体沿塔南古陆周缘分布,面积4.5×10^(4) km^(2);吾松格尔组礁后滩发育在轮南—古城台缘带内侧,面积5.3×10^(3) km^(2)。3)中寒武统膏盐岩盖层发育膏盐湖、膏云坪、泥云坪3个相带,由巴楚隆起—阿瓦提凹陷膏盐湖中心向四周呈环带状展布,总面积大约25×10^(4) km^(2)。4)基于已钻井分析,提出近源、规模优质储盖组合与古隆起背景是寒武系盐下勘探突破的方向。优选塔中北斜坡、古城—肖塘南、温宿周缘、轮南地区4个Ⅰ类有利区与麦盖提斜坡1个Ⅱ类有利区,总面积5.4×10^(4) km^(2)。研究成果对于塔里木盆地寒武系盐下勘探部署具有一定的指导意义。

塔里木盆地中寒武统膏盐岩分布及封闭性评价

塔里木盆地中寒武统发育膏盐岩,其分布及封闭性对深层油气勘探具有重要意义。基于录井和测井资料、地震资料、测试资料,分析了塔里木盆地中寒武统膏盐岩分布特征,并根据岩石类型(如盐岩、膏岩、含膏岩)、埋藏深度和构造变形强度,对膏盐岩盖层品质进行评价。研究结果表明:塔里木盆地中寒武统膏盐岩沉积序列由盐岩、膏岩、含膏岩、白云岩、石灰岩和泥岩组成,主要分布在塔里木盆地中部地区,盐岩分布范围小,位于中心部位,膏岩分布范围稍大,含膏岩分布范围最大,具有牛眼式沉积特点;北部坳陷中西部、中央隆起中西部大部分地区、西南坳陷西部北斜坡发育好膏盐岩盖层,中央隆起中部部分地区和西南坳陷东部西北构造带北部发育中等膏盐岩盖层,塔北隆起中部和西南坳陷东部西北构造带南部发育差膏盐岩盖层。

地震正演模拟技术在膏盐岩识别中的应用

膏盐岩层是一种良好的油气盖层,可作为探寻油气的一种先行有利条件,识别膏盐岩层对油气勘探具有积极的指导意义。目前地震波在膏盐岩层传播规律与波场特征有待进一步研究,尤其复杂构造膏盐岩对下伏地层的地震成像影响一直是勘探领域关注的热点问题之一。地震正演模拟可为揭示地震波在膏盐岩层传播规律、描述波场特征提供重要支撑。首先模拟研究了水平薄沉积膏盐岩层同地震子波分辨率问题,其次针对强变形的膏盐岩构造,设计了“眼球状”盐丘模型和复杂膏盐岩入侵白云岩的逆冲推覆地质模型,对地震地质模型进行了地震正演模拟和数据叠加、成像处理。结果表明:受限于地震子波频带,薄膏盐层厚达二分之一波长方可完全分辨;通过波动方程差分求解对复杂含膏盐地质体进行实际地震模拟,可动态显示地震波场向下延拓的细节特征;膏盐岩层引起的多次波、散射波及导波等干扰降低了下伏层反射波信噪比和连续性;利用覆盖次数较高观测系统可增强有效反射信号能量,识别一定厚度地下薄膏盐岩层;高速膏盐岩对下伏地层能量具有屏蔽作用,且使下伏地层产生明显“上拉”假象,模拟应用进一步深化了对含膏盐岩层地震波场的特征认识。

盐膏岩DRA-Kaiser地应力测试方法初探

目前的地应力测量方法均不适合盐膏岩地应力测量,而现场需要盐膏层的地应力数据进行钻井设计,保证盐膏层钻井安全。为了解决该难题,首次采用DRA-Kaiser效应法测量盐膏岩地应力。结果表明,用DRA-Kaiser法相结合的方法,可以测量盐膏岩的地应力并提高试验结果的可靠性;当应力–应变差曲线上有拐点,且应力–声发射强度曲线上有明显增大的点,这时对应的轴压即为岩石所受的应力,避免了先前只用Kaiser效应法进行试验时出现多个Kaiser点的问题。

地震响应在玉东地区膏盐岩底部卡层中的应用

塔里木盆地玉东地区膏盐岩底部卡层难度较大,近年来卡层事故频发,严重制约该区域勘探开发进度,盐底卡层系列技术亟待完善。通过分析该区域的钻井、录井和测井等资料,将盐底划分为常规模式与非常规模式,其区别在于非常规模式盐底多发育一套10~30 m厚的膏盐岩。结合地震资料分析和正演模拟结果,确定了盐底模式与地震响应特征的关系,并通过提取均方根振幅属性刻画出不同盐底模式的分布范围。研究表明:常规模式盐底呈较强-强振幅特征,主要分布在玉东地区东部,非常规模式盐底呈弱振幅特征,分布在玉东地区西部;地震弱振幅响应平面图可预判盐底模式,完善盐底卡层技术,方便钻井现场应用。该项成果已在21口井中得到了应用,盐底模式均预判准确,钻井现场盐底卡层准确率100%,可进一步推广应用。

东濮凹陷下第三系沙三段盐岩和膏盐岩的成因

在东濮凹陷下第三系沙三段发育暗色泥岩与盐岩和膏盐岩的频繁互层沉积,暗色泥岩为深水成因。根椐盐岩和膏盐岩的沉积序列特点、与盐岩和膏盐岩互层的泥岩和砂岩的沉积特点,沙三段沉积期的古气候和古环境特点,认为盐岩和膏盐岩是浅水蒸发成因的。深水相泥岩与浅水成因的盐岩或膏盐岩频繁互层,说明沙三段沉积时期,湖平面变化频繁。也正是由于湖平面变化频繁,在沉积中心的周围主要物源方向上形成一系列低水位期的砂体。这些低水位期砂体是形成岩性油气藏的主要储层。

中国南方膏盐岩分布特征

全球膏盐岩盖层虽然所占比例较小,但封盖了大多数已发现油气储量,并且是许多大型、特大型油气田的主要盖层,对油气聚集与保存具有重要意义。中-下三叠统膏盐岩盖层与四川盆地天然气分布的密切关系也表明,膏盐岩分布特征研究是认识、评价中国南方天然气保存条件不可忽视的重要因素之一。膏盐岩主要形成于盆地发展演化的中、后期。在中国南方,膏盐岩盖层主要发育于中-下寒武统、石炭系、中-下三叠统及白垩系—古近系,但分布不均,其封盖作用的重要性差异很大。受沉积、构造环境及后期破坏作用的影响,中-下寒武统膏盐岩主要分布在四川盆地东、南部及黔西北地区;石炭系膏盐岩盖层主要分布在湘中区;白垩系—古近系膏盐岩盖层主要发育于江汉盆地。中-下三叠统膏盐岩厚度最大、分布最广,对区内天然气的封盖作用最为重要,对四川盆地、黔北区、楚雄盆地及中、下扬子部分地区的天然气都起到重要的封盖作用。