塔里木盆地盐膏层分析和钻井危害解决措施(5)

层中粘土矿物以伊利石为主，含量为50%左右，此外还含有伊蒙有序间层、绿泥石、高岭石等。沙三4盐膏层的泥岩粘土矿物的伊利石含量达100%。

再以塔里木油田羊塔克地区为例，下第三系（4900~5300m）主要由盐膏层组成，其矿物组分分析见表2.2.4。

表2.2.3 中原油田文东地区盐膏层岩石矿物组分分析结果（ES32和ES34）

地层粘土矿物相对含量，% 井号 井深 m 层位 I/S (R>1) 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 文204 2924 2986 3040 3092 3136 3616 3662 3708 3908 3916 3930 3970 4010 4062 4126 4172 ES32 ES32 ES32 ES32 ES32 ES34 ES34 ES34 ES34 ES34 ES34 ES34 ES34 ES34 ES34 ES34 19 26 18 21 18 18 17 15 间层比 I 54 51 53 64 63 61 63 61 100 100 100 100 100 100 100 100 K 10 8 10 12 9 12 C S% 17 15 19 15 19 9 11 12 20 20 20 20 20 20 20 20

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表2.2.4 塔克地区盐膏层岩石矿物组分分析结果（下第三系）

粘土矿物，% 井 井 深 号 m I/S R=0 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK2 YTK4 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK5 YTK 5284 101 29.8 17.8 4.7 80 52.3 2.18 30.2 2 11.5 43.8 4650 4700 4750 4800 4850 4900 4950 5000 5050 5100 5150 5200 5250 5300 5027 5041 5043 5083 5089 5215 5244 5296 5264 5275 5286 5296 5306 5320 5350 5400 4.2 9.25 4.32 1.9 4 5 0.4 2.8 0.6 3.4 0.5 1.9 3.3 2.1 2 3.6 3 3.9 10.9 19.1 21 8.5 7 24.5 20.8 15.8 9.5 I/S I R>1 2.8 1.4 4.6 7.8 15.6 8.03 18.2 8.6 9.8 15.7 23.7 16.1 11.9 14.5 14.9 9.9 4.6 23.1 17.2 18.1 12.5 15.8 25.9 22.8 10.7 10.6 10.3 5.7 5 7.1 10.2 7 13.7 1.37 3.13 1.4 2.8 1.7 1.4 4.13 7.96 4.25 8.1 5.4 6.6 10 8.8 5.8 5.2 3.9 4.3 5.1 1.5 7.8 5.5 6.8 4 4.6 8.1 6.3 3.2 3.3 3.7 2.8 2 2.4 2 2.3 4.8 K C 晶态粘土矿物 间层比S% 70 70 70 50 70 70 20 20 45 50 50 30 40 40 40 40 40 40 75 60 60 65 55 60 60 45 17.5 36 18 31 18 21.4 28.5 33.9 22.3 18.6 20.7 24 15.5 8 35.5 26.8 26 18.5 24 37 33 24.8 33 35 17 14 34 33 25 总量 非晶态粘土矿物 1.87 1.65 1.52 2.07 1.1 2.02 1.98 1.56 1.04 1.32 1.38 1.06 0.52 0.84 1.72 0.67 0.73 1.04 0.67 0.64 0.49 1.39 5.18 4.79 5.53 3.37 2.32 4.12 5.05 2.67 25 25.4 35 38 24 42.7 31.6 37 44.2 41.4 31 16 10 39 15 21 17 21 21 12 27 29 29 30 30 23 20 36 39 石英 非粘土矿物，% 方解石白云石 长石 方沸石 硬石膏 总量 17 16.5 18 22 10 17.6 18.8 12.5 22.4 17.6 15.3 12 7 5 12.3 7 8.5 11.9 13 11 7.8 20 10 11.8 30 32 19 16 16 14 4.7 4.7 9.1 8 8 10 11.4 8.8 6 9.4 9.4 5 11 5 5 6 7 8 4 7 13 12 11 12 11 14 15 19 2.6 1 2 1.5 1 7 5 5 5 3 3 8.6 4.6 8.9 37 4.5 4.1 6.6 5.6 5.2 6.6 26 60 75 45 35.6 45.6 33.5 22 42 16.6 8 8 7 7 13 6 5 55.3 51.2 73.6 68 80 76.8 67.4 62.9 71 76.4 72.4 74 83 90 62.3 72 71.1 80.5 74.5 62 65 70.6 67 65 83 86 66 67 75 72 —45 8— 28 下第三系上部粘土矿物以伊利石为主（50%~70%），其次为伊蒙无序间层，一般为20%以上，再次是绿泥石7%~15%，另外还含少量的高岭石5~10%。从伊利石的结晶度来看，多数结晶度较高，说明该地区地层矿物中伊利石多为自生粘土矿物。膏泥盐层段硬石膏占8%~13%，粘土矿物20%~23%。软泥岩层段，盐和石膏含量剧增，盐为39%~68%，硬石膏18%~49%，变化起伏较大。

综上所述，以上两类盐膏层的化学组成有很大差异。因此，发生井壁不稳定的原因及应采取的钻井液技术对策也各不相同。对于纯盐膏层，主要是由于盐溶造成中深井段井径扩大，并引起钻井液性能变坏；而深部井段由于盐膏层蠕变而造成缩径，引起起下钻遇阻或卡钻。一般情况下，对于中深井段盐膏层厚度不超过100m的井，可采用适当钻井液密度的欠饱和盐水钻井液，使盐溶解而引起的井径扩大率与因塑性变形而引起的缩径率相接近。盐、膏、泥复合地层除发生盐溶导致的井壁不稳定问题之外，还可能因泥页岩水化和强地应力引起的坍塌。此时，应更加重视对钻井液密度的控制，必要时应使用强抑制性的饱和盐水钻井液。

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第三节 盐膏层岩石理化性能分析方法和实验技术

前面已全面介绍了盐膏层岩石的物理特性和化学组成，下面着重阐述盐膏层岩石理化性能的分析方法和相关的实验技术。钻井实践表明，对盐膏层岩石的理化性能进行测定，有助于分析井下复杂情况的原因及对策，特别对于适应于该类地层的钻井液优化设计非常重要，往往对顺利钻穿复杂盐膏层起着至关重要的作用，同时也有利于钻井液技术的科学化标准化管理。

岩石理化性能主要包括密度、阳离子交换容量（CEC）、膨胀率、分散率及等温吸附特性等参数。对于盐膏层岩石，还需测定可溶性盐的类型（如Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl

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和SO42等）及含量。以上理化性能都是对采集的岩屑样品进行分析，如果获取的是岩心，还需测定岩心的原生水含量及浓度。如不特殊说明，所用分析样品一般为岩屑。

岩石的理化性能试验方法一般按中华人民共和国行业标准“ZB/TE11 001-89 泥页岩理化性能试验方法”进行。

一、密度

盐膏层岩石的密度是在没有空隙的状态下，单位体积盐膏层岩石的质量，常用g/cm

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表示。盐膏层岩石的密度除决定于矿物组成、有机质含量及母岩特性外，还与水分含量有关。密度是盐膏层岩石的一个基本物理性质，测定密度有助于了解盐膏层岩石的强度及推测盐膏层的类型。

1．仪器材料

包括李氏密度瓶，分度值0.1cm，见图2-1。容积为220~250cm，带有长18~20cm、直径约1cm的细颈，上面有刻度；以及超级恒温水浴和无水煤油。

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2．操作步骤

（1）调节超级恒温水浴的温度，水温控制在20+0.1℃；

（2）往干燥洁净的李氏密度瓶中加入无水煤油至刻度0处。将密度瓶放入超级恒温槽中，使瓶内煤油液面低于恒温槽的水面，让密度瓶浸没1h以达平衡，保持密度瓶在恒温槽内，读记煤油的初始体积，也可将密度瓶从恒温槽中取出，在5s内读数；

（3）过100目标准分样筛的页岩样品在105+3℃的电热恒温烘箱中烘干4h，在干燥器内冷却至室温，然后称取岩样55~60g（准确至0.01g），仔细装入密度瓶中，勿使岩粉粘附在无煤油部分的瓶壁上或溅出瓶外。轻打、滚动或摇动密度瓶，尽可能将带入的空气全部排除。摇动时，勿使液体溅出瓶外，也不要使岩粉粘附在煤油液面以上的瓶壁上； （4）再将密度瓶放回恒温槽中，放置30min；

（5）取出密度瓶，再次摇动、轻打或滚动瓶子，从岩粉中排除全部剩余的空气，然后将密度瓶放回恒温槽中至少浸没1h，用读记煤油初始体积相同的方法读出最终体积。

图2-1 李氏密度瓶

3．结果计算

按下式计算盐膏层岩石的密度：

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