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。

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。

四川盆地寒武系碳酸盐岩-膏盐岩共生体系沉积模式及储层分布

四川盆地寒武系碳酸盐岩—膏盐岩共生体系包括龙王庙组、高台组和洗象池组,其中龙王庙组已在川中地区发现安岳气田,但后两者目前仍未获得重大突破。为此,综合应用各类地质、测井和地震资料,分析了该盆地寒武系碳酸盐岩—膏盐岩共生体系的构造—沉积背景,研究了层序地层格架、沉积相和膏盐岩的分布特征,建立了沉积相地质模式,并预测了有利储层的分布规律。研究结果表明:1古构造沉积格局呈东南倾大斜坡背景之上叠加"两隆夹一凹"特征,地层充填具有西薄东厚的"底超顶削"结构;2地层层序自下而上发育3个总体向上变浅的三级层序旋回,膏盐岩主要位于三级层序高位域,聚集于万州—宜宾凹陷;3沉积相地质模式自下而上包括三大沉积结构层,即蒸发—碳酸盐岩缓坡、蒸发混积局限台地和蒸发局限台地,沉积环境演化由开放—长期闭塞和蒸发盐化—开放,颗粒滩分布由大面积"双滩"演变为零星滩和带状滩,蒸发潟湖和蒸发潮坪规模总体缩小;4储层分布复杂,主要受古构造沉积格局、颗粒滩和不同级次层序暴露面控制,古隆起之上及其周缘、台内坡折带和台缘带附近是有利储层的发育部位。

四川盆地雷口坡组膏盐岩成因及膏盐盆迁移演化与构造意义

通过详细的岩石学特征分析,结合区域分布,研究了四川盆地中三叠统雷口坡组的膏盐岩成因,进而讨论了其反映的膏盐盆迁移和演化及构造指示意义。雷口坡组总体存在两种岩性组合和分布特征的膏盐岩,一类出现于雷一段—雷三段下亚段沉积时,表现为纹层状膏盐岩夹块状膏盐岩,厚度较小,横向分布稳定,属于泻湖成因;另一类出现在雷三段中亚段—雷四段中亚段沉积时,以块状硬石膏岩和石盐岩为主,厚度差异巨大,横向变化较快,并且膏盐岩沉积中心出现向西、向北迁移的趋势,与早期的膏盐岩形成了鲜明对比,属于膏盐盆成因。由此反映出构造信息,四川盆地中三叠世雷口坡期的构造应力场总体处于由张应力向挤压应力转换,其中,雷一段—雷三段下亚段沉积时盆地总体处于构造平静期,为张应力向挤压应力转换的过渡期;相比而言,雷三段中亚段—雷四段中亚段沉积时为构造活跃期,盆内北西—南东向和北东—南西向应力挤压趋于活跃,新的沉降中心形成,强烈的蒸发作用使得膏盐岩在凹地快速沉积,并随挤压的阶段性活跃,发育向北、向西迁移趋势的雷三段中亚段、雷三上亚段、雷四段下—中亚段沉积期三期膏盐盆,川西凹陷的形成与演化从雷三段中亚段沉积期已经开始发育,并在雷四段下—中亚段沉积期已具雏形。这些认识为四川盆地雷口坡组膏盐岩成因研究提供了新基础参考信息。

膏盐环境对碳酸盐岩层系成烃、成储和成藏的影响

碳酸盐岩油气勘探实践证明,膏盐岩对油气的形成和成藏有重要影响。以实验为主要技术手段分别探讨了膏盐环境对碳酸盐岩层系成烃、成储和成藏的影响。成烃方面,蒸发潮坪和潟湖是烃源岩形成与保存的有利沉积环境,膏盐岩—干酪根组合的生烃潜力模拟实验证实,膏盐岩对烃源岩生烃有明显促进作用。成储方面,与膏盐岩共生的白云岩是主要储层,表生期大气淡水溶蚀是蒸发潮坪白云岩储层形成的主要控制因素,埋藏溶蚀作用可以有效改善白云岩储层质量。成藏方面,随埋深增大,膏盐岩由脆性转变为塑性,封闭性加强,有利于深部油气保存。构造变形物理模拟实验揭示挤压构造背景下,盐上和盐下地层发生不协调褶皱变形,深层发育隐伏有效圈闭,可以形成规模油气聚集。