塔里木盆地盐膏层分析和钻井危害解决措施(2)

台地中的水体交换不畅，局部形成封闭型湖泊，兼之当时气候炎热干旱，沉积了一套灰褐色泥晶灰岩(即标准灰岩段．又叫双峰灰岩)。随后，海水退出，沉积了一套氧化环境中的紫红、绿色泥岩、钙质泥岩和粉砂质泥岩即上泥岩段。继后，海水再次侵入，沉积了一套浅海一滨海相的深灰、褐灰色石灰岩与紫红、绿灰色泥岩，即砂泥岩下段。尔后海水退出，沉积了一套海退时期的棕褐、灰黄、灰紫、绿灰色泥岩与灰色、灰白色砂砾岩。继后，海水大范围浸入，石炭纪时期的最大一次海浸，由于陆源碎屑供给量少，水动力能量较弱，沉积了一套灰褐色石灰岩、隧石结核、灰岩夹深灰、绿灰色泥岩，即石炭系灰岩段。

石炭系盐膏层主要分布在塔北隆起和塔东北的满加尔凹陷的北部，具有分布范围广，埋藏深的特点，其埋藏深度在5000米以上。各井区盐膏层厚度差别较大，其中以沙10井区最厚，为蒸发台地相沉积中心带，其次是塔河1井区。

塔里木盆地石炭系盐膏层的岩性主要为盐岩、膏岩、泥岩等，从盐膏层特征简表1.2可以看出，各井的纯盐岩段都最厚，其中最厚的塔河1井纯盐段达142米，最薄的YW一1井纯盐段也达25米，其次是泥岩段和膏泥岩段，说明塔里木盆地石炭系盐膏层基本上以纯盐岩为主，夹有不等厚的泥岩及膏岩夹层。如乡1井，其构造位于塔北隆起中部三叠系—下奥陶系，由于受海西早期运动影响，该背斜缺志留系、泥盆系。石炭系“东河砂岩”直接不整合于奥陶系之上；而且中上奥陶统也遭不同程度剥蚀。乡1井的主要复杂段集中在石炭系的盐膏层段，井深5151—5331.38米，其岩性特征为顶部厚层状石膏及中层状泥岩，中下部为厚层、巨厚状盐岩夹薄层泥岩，底部厚层状粉砂质泥岩及泥岩。

石膏：灰白色，质纯，多呈粉状，许纤维状、部分微含泥质呈灰色。盐岩：白色，浅棕红色，少许无色透明，质纯，味咸纯正，玻璃光泽，结晶粒大。晶形完整，局部见泥质条纹镶嵌在晶粒中。

泥岩：灰绿及绿灰色为主，次为棕褐色，性脆，上部含膏质，底部含粉砂质泥岩。 羊屋构造位于塔里木盆地北部凹陷满加尔凹陷北缘，羊屋地层不整合圈闭带内，羊屋1井的复杂层段主要集中在石炭系的盐膏层段，井深5061—5122.5米，其主要岩性为：顶部为中厚层状棕褐色泥岩、深灰绿色盐质泥岩；中、下部为厚一巨厚状灰白色石膏岩、无色透明盐岩夹薄层深灰、深灰绿色膏盐质泥岩。

泥岩：棕褐，局部深灰绿色。含粉砂质、钙质不均，含钙高者可达24％，普遍见棕、白色石膏晶体及褐灰盐晶，部分岩心孔洞发育，洞径一般2×3毫米，最大4×5毫米，每平方厘米可见孔洞1—3个，为膏盐晶体溶蚀及脱落所致。偶见宽1—3毫米未充填之垂直

缝。性硬、脆，不水化。可钻性极差，钻时高达200分／米。

盐质泥岩：深灰绿色，含盐质不均，部分为棕褐色、深灰、浅灰色。岩心似角砾状泥砾堆积，具蜂窝状构造，孔内部分充填棕红、白色石膏晶体或灰褐色岩盐晶体，部分为空洞。孔径—般3—5毫米，最大达30×30毫米。性较软，遇水膨胀，尽碎块脱落。

盐岩：无色透明，局部含杂质可见灰绿、棕杨色色斑。透明度较差。盐晶多自形，晶体l×l×l厘米，最大5×5×5厘米。

膏岩：浅灰、灰白色，部分含泥岩，岩心见粗——粉粒结晶粒状结构，块状构造，局部具纹层状构造，多数膏岩无晶形，致密块状，岩屑呈豆状、片状。

表1.2塔里木盆地石炭系盐膏层岩性描述表

井号 井段 厚度 岩 性 描 述 以厚层灰白色盐岩为主夹棕色泥岩，灰色膏泥岩。 塔河1 5166—5355 189 膏盐岩：石膏为白色粉末状，盐被溶解。 泥岩：质较纯，性软一中，局部见少量石膏 吉南1 5258—5375 116.5 灰白色膏盐层夹棕红及灰色膏泥岩和泥岩，膏盐层致密性软，易溶，可钻性好，钻时一般5一10分／米。 巨厚层状白色盐岩，其中夹灰色薄层泥岩，盐岩为白色晶体，易溶于水。 大段灰白色膏盐层夹紫红色泥岩及浅灰色膏质泥岩，顶部为两层紫红色泥岩夹一层灰白色石膏，底部为灰白色石膏。 大段灰白色盐岩、盐膏岩、泥膏岩夹灰、暗棕色泥岩、膏泥色及砂质泥岩 厚层白色盐岩及石膏夹薄层棕红色含泥膏岩及灰色、浅棕色泥轮南46 5209—5350 141 岩，盐岩质较纯，玻璃光泽易溶于水，石膏质较纯、性软，易成粉末状，泥岩含灰质及少量粉砂质，且分布不均，吸水性差，成岩性好。 和2 5706—5784 78 玛参1 4495—4614 119 轮南45 5263—5388 125

三、塔里木盆地寒武系盐膏层的成因及特征

寒武系盐层在巴楚隆起、英买力地区、塔中地区都有分布，它们都是碳酸盐台地内彼

此分割的泻湖相沉积。寒武系盐层在和4井、方1井，康2井钻遇，岩性为灰白色盐岩与棕红色泥岩、褐灰色泥岩、灰白色膏岩不等厚分布，属中寒武系统，复合盐层中石膏的含量丰富。

巴楚地区盐膏层含有较多的可溶盐，且可溶盐中以氯化物和硫酸盐为主，即可溶盐主要是石盐和石膏。含石膏多的地层少量的吸水就可导致较严重的膨胀，易造成掉块、膨胀、缩径。另外，石膏和石盐的溶解又可引起井径扩大和井壁坍塌，并影响钻井液性能，因此，对石膏地层钻井液滤失量是至关重要的。

表1.3 寒武系盐层井段

井号 顶界，m 底界，m 段长，m 巴东4 6166 6790 630 塔参I 6880 7010 130 康2 5037 5634 597 和4 5104 5804 700 方1 3835 4314 479

第二节 盐膏层对钻井工程的危害性

复合盐层钻井，特别是高构造应力区的复合盐层钻井是一个世界级的钻井技术难题。复合盐层主要由三种不同类型的盐组成。第一类盐，由分选差的角砾状的粉砂岩以及泥岩形成胎体，在其微观和宏观裂隙中充填了盐膏。第二类盐，分选差和角砾状的泥岩、粉砂岩或硬石膏团块是由盐胶结的或以盐为胎体。第三类盐，近于纯盐，含少量杂质。这三种类型的盐交错沉积形成复合盐层。据国内外资料介绍和塔里木盐膏层钻井情况分析，复合盐层钻井时会产生以下复杂情况：

1) 盐岩的塑性变形产生井径缩小；

2) 以泥岩为胎体，在其微观、宏观裂隙中充填了盐膏的含盐膏泥岩，存在于第二类

或第三类盐之间，形成良好的圈团，自由水在沉积过程中未完全运移出去，以“软泥”的形式深埋于地层中，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2.54厘米/小时。

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) 夹在岩盐层间的薄层泥页岩、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) 复合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泥浆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、沙三地层中，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，第三系盐膏层造成荆丘地区64%油水井的套管被挤毁，美国的安秋子

24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，石炭系和寒武系盐膏层给钻井带来了不同程度的危害性，具体见统计表1.3—1.4。

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