【摘 要】在石油鉆井中，有時(shí)可能會(huì)碰到鹽膏層。鉆鹽膏層的施工難度大，遇到的問題復(fù)雜。本文就對(duì)鹽膏層的流動(dòng)性和蠕動(dòng)性作了分析，并對(duì)現(xiàn)有的應(yīng)對(duì)鹽膏層的鉆井技術(shù)措施作了歸納，并對(duì)其研究發(fā)展方向作了概述。

【關(guān)鍵詞】流動(dòng)性；蠕動(dòng)性；鹽膏層

中圖分類號(hào):TQ163 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-8283(2009)01-0092-02

在鉆井技術(shù)中，研究巖石塑性本構(gòu)關(guān)系模型一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。目前，通過深入詳細(xì)的研究，已經(jīng)形成了理想塑性模型、硬化模型和軟化模型等各種不同理論。通常，我們?cè)阢@井時(shí)都需要考慮巖石的蠕動(dòng)性，尤其是鹽巖，其具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，高溫使得其流動(dòng)性更加明顯。在地下井眼鉆成之后，原地應(yīng)力場(chǎng)的平衡遭到破壞，次生應(yīng)力場(chǎng)的作用使得鹽巖材料向著井眼方向流動(dòng)，直到出現(xiàn)新的平衡狀態(tài)，這種沿徑向的流動(dòng)使井眼直徑減小，造成縮徑，往往造成卡鉆、卡套管和擠毀套管等復(fù)雜事故，同時(shí)，鹽巖易溶于水，對(duì)于大段鹽巖來說，鹽的溶解則導(dǎo)致井壁坍塌(較大塊的砂、泥巖等脫離井壁)，從而加大卡鉆的可能性甚至使井眼報(bào)廢。針對(duì)上述原因，學(xué)者提出了以下防止鹽巖卡鉆措施:采用飽和鹽水鉆井液，阻止鹽巖溶解，加大鉆井液密度，減緩鹽巖向井眼方向的流動(dòng)，防止縮徑。

1 鹽膏層鉆井技術(shù)應(yīng)對(duì)巖石蠕動(dòng)性和流動(dòng)性措施

(1)提高鉆井液的密度來抑制鹽層的蠕變

由于鹽層易產(chǎn)生蠕動(dòng)，鉆進(jìn)時(shí)易卡鉆、固井后易將套管擠扁損壞。因此鉆進(jìn)時(shí)，鉆井液密度要按鹽巖層蠕變曲線確定，一般井越深、溫度越高，鹽巖層越厚，鉆井液密度越大。為防止套管損壞，要提高抗擠力。采用合適的鉆井液密度平衡地層壓力，防止鹽膏巖層和泥巖的塑性蠕變，這仍然是目前乃至今后基本的技術(shù)。

(2)使用欠飽和鹽水鉆井液體系

采用欠飽和鹽水鉆井液體系，控制CI.含量，并維持鉆井液的含鹽飽和特性。使用欠飽和鹽水鉆井液在鉆開鹽層后，可使鹽巖發(fā)生部分溶解，從而有效地防止鹽膏層塑性蠕變、縮徑引起卡鉆。過去鉆鹽膏層時(shí)曾使用過過飽和鹽水鉆井液，防止井徑擴(kuò)大，提高注水泥的質(zhì)量。這樣的體系不僅鉆井液性能維護(hù)困難，而且鹽膏層不溶解，容易縮徑卡鉆。而采用欠飽和鹽水鉆井液，允許鹽層適當(dāng)溶解，從而補(bǔ)償縮徑，減少了反復(fù)卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中已廣泛應(yīng)用。

(3)控制鉆速

控制一定的機(jī)械鉆速、加強(qiáng)劃眼，加強(qiáng)短起下鉆措施、鉆柱不帶穩(wěn)定器、不用Poc鉆頭、只使用牙輪鉆頭這些措施的功效較低，并仍然存在風(fēng)險(xiǎn)。比如在某些蠕變作用很強(qiáng)的軟泥巖、巖鹽或鹽膏層鉆井時(shí)，發(fā)生瞬變縮徑，導(dǎo)致扭卡或鉆頭不能上提等井下復(fù)雜事故。

(4) 采用非API標(biāo)準(zhǔn)的特厚壁套管

鹽巖在比較高的溫度和壓力下具有塑性流動(dòng)的特性，因此在鹽巖發(fā)生塑性流動(dòng)的井段，環(huán)空水泥充滿程度差或未固井，鹽流向無水泥空間運(yùn)動(dòng)，即發(fā)生單向流動(dòng)，尤其當(dāng)鹽膏層的厚度不規(guī)則而且具有較大的傾角時(shí)，危險(xiǎn)性更大，會(huì)使套管彎曲，產(chǎn)生橫向推力和軸向的拉伸載荷，這時(shí)套管的橫向外載不僅是非均勻的，而且又是非對(duì)稱的。套管承受這種嚴(yán)重的非均勻和非對(duì)稱載荷作用，很容易發(fā)生損壞。套管擠毀或變形可能是下面三種結(jié)果:

①技術(shù)套管擠毀，井眼報(bào)廢;

②技術(shù)套管變形，被迫使用較小尺寸的鉆頭，不能滿足鉆探的目的;

③油層套管擠毀，卡油管，造成修井或井報(bào)廢。

不管是屬于哪種類型的井，絕大多數(shù)擠毀或變形都發(fā)生在注水泥井段。采用非API標(biāo)準(zhǔn)的特厚壁套管是防止鹽膏層擠毀套管的有效措施之一。

2 鹽膏層蠕變規(guī)律的研究方法

巖石力學(xué)領(lǐng)域中，人們對(duì)天然鹽巖的蠕變性質(zhì)較其他巖石作了較早和更加詳細(xì)的研究。與其他材料一樣，應(yīng)力對(duì)巖鹽的力學(xué)性質(zhì)的影響也表現(xiàn)為彈性遲滯現(xiàn)象和彈性后效現(xiàn)象。鹽巖是常見的工程對(duì)象，其規(guī)律與其它巖層也有相同處，如圍壓的升高使得巖鹽的強(qiáng)度、彈性模量和波松比有增加的趨勢(shì);溫度、應(yīng)力水平與鹽的蠕變特性密切相關(guān);溫度升高和應(yīng)力水平的增高都使得巖鹽的蠕變速率增加;在給定的溫度和圍壓條件下，巖石蠕變各階段的特征和轉(zhuǎn)化條件與應(yīng)力水平密切相關(guān);不同應(yīng)力、溫度條件下的巖鹽的蠕變規(guī)律取決于不同的變形機(jī)制;巖鹽蠕變本構(gòu)關(guān)系式中的激活能與溫度有關(guān)。變形機(jī)制的不同導(dǎo)致隨溫度增加激活能連續(xù)或非連續(xù)增加，鹽巖中的雜質(zhì)成分對(duì)激活能的影響十分復(fù)雜國(guó)內(nèi)外對(duì)鹽層蠕變都進(jìn)行了大量的研究，有的具有理論和學(xué)術(shù)意義，但具有實(shí)用性的研究成果較少。尤其是對(duì)深部高溫高壓鹽膏層的蠕變規(guī)律研究甚少。

3 深部鹽膏層安全鉆井技術(shù)的發(fā)展方向

(l)應(yīng)用基礎(chǔ)研究

鹽膏層地質(zhì)力學(xué)的研究是促進(jìn)該技術(shù)進(jìn)步的重要環(huán)節(jié)。深部鹽膏層蠕變行為的現(xiàn)場(chǎng)試方法及巖土力學(xué)反演，將為鹽層蠕變速率預(yù)測(cè)、安全鉆井時(shí)間、套管設(shè)計(jì)等提供科學(xué)依據(jù)。

(2)隨鉆擴(kuò)眼防止縮徑阻卡及鉆后擴(kuò)眼提高注水泥質(zhì)量

隨鉆擴(kuò)眼鉆出的井眼比鉆頭直徑大5～8mm，實(shí)現(xiàn)不短起鉆，不倒劃眼，降低鉆井風(fēng)提高機(jī)械鉆速。固井質(zhì)量差的關(guān)鍵問題是水泥環(huán)太薄，間隙太小，不能外套套管扶正器至使套管不居中，難免會(huì)有注水泥竄槽。調(diào)整水泥漿性能和改善固井工藝來滿足固井質(zhì)的余地很小，只有依靠擴(kuò)眼增大水泥環(huán)厚度。為了保證固井質(zhì)量，只能從環(huán)空間隙做工即采用擴(kuò)眼作業(yè)。傳統(tǒng)擴(kuò)眼作業(yè)是先鉆出井眼，然后利用擴(kuò)眼器擴(kuò)眼。有很大的缺陷，鉆頭壽命不一且不長(zhǎng)，于是，國(guó)內(nèi)外鉆具公司開發(fā)了隨鉆擴(kuò)眼工具。這一新概念的主要特點(diǎn)則可更換領(lǐng)眼鉆頭，高度強(qiáng)化擴(kuò)眼工作面的擴(kuò)眼能力，靈活的領(lǐng)、擴(kuò)眼間的鉆具組合。如公司新開發(fā)了一種同心擴(kuò)眼器，簡(jiǎn)稱NBR(近鉆頭擴(kuò)眼器)，其工作原理為用鉆頭差推活塞及刀片外伸，用于防止直井和定向井井下阻卡。國(guó)內(nèi)外都實(shí)踐過先全面鉆進(jìn)，然后可伸縮式擴(kuò)眼器或雙中心PDC鉆頭擴(kuò)眼?？梢员ＷC下套管的安全和提高注水質(zhì)量。

(3)提高低壓地層承壓能力，防止井漏和壓差卡鉆當(dāng)長(zhǎng)裸眼段發(fā)生井漏時(shí)，可采用注入大量橋堵劑加壓擠入、關(guān)井、靜壓，再加壓擠直至不漏為止。從而達(dá)到提高低壓地層的承壓能力，保證后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

(4)深部高溫高壓鹽膏層套管強(qiáng)度問題

套管在均勻外擠力作用下具有很高的抗擠強(qiáng)度，但是在非均勻水平外載作用下，其抗擠強(qiáng)度明顯降低。因此，研究鹽膏層地質(zhì)力學(xué)和評(píng)價(jià)兩向水平擠壓力差對(duì)設(shè)計(jì)合理的厚壁套管至關(guān)重要。目前通過提高套管制造的精度和降低套管的殘余應(yīng)力而獲得高抗擠套管和特厚壁套管都屬于非API標(biāo)準(zhǔn)系列。

以上是對(duì)目前深層鹽膏層鉆井技術(shù)中應(yīng)對(duì)鹽巖流動(dòng)性和蠕動(dòng)性措施的初步概述，相信隨著科技的發(fā)展，新的鉆進(jìn)技術(shù)會(huì)更加成熟，高效。在鹽巖鉆井過程中會(huì)更加安全。

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