鑽井地質基礎知識

2021-08-10 14:37:58 字數 4625 閱讀 3907

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1.地球及組成

地核的範圍大約從地下2900公里至地心6371公里,主要是由鐵鎳組成。地饅的範圍大約在地下33公里至2900公里之間,主要是由鐵鎂矽酸鹽、金屬氫化物和不同礦化物組成。最上面的一層硬殼,叫地殼,是由岩石組成的,又叫岩石圈。

地殼的厚度各處不一:大陸上高山地區最厚可達60-75公里;大洋中一般小於10公里;平均厚度約33公里。

組成地殼的岩石,按成因的不同,分三大類:火成岩、變質岩、沉積岩。

2.地層知識

地層(stratum)

☆地質歷史上某一時代形成的層狀岩石成為地層,它主要包括沉積岩、岩漿巖以及由它們經受一定變質的淺變質岩。

☆地層是指在某一地質年代因岩漿活動形成的岩體及沉積作用形成的地層的總稱。

☆所謂的地層是指在地殼發展過程中形成的各種成層和非成層岩石的總稱。

從岩性上講,地層包括各種沉積岩、岩漿巖和變質岩;從時代上講,地層有老有新,具有時間的概念。)地殼中具一定層位的一層或一組岩石。地層可以是固結的岩石,也可以是沒有固結的堆積物,包括沉積岩、火山岩和變質岩。

在正常情況下,先形成的地層居下,後形成的地層居上。層與層之間的介面可以是明顯的層面或沉積間斷面,也可以是由於岩性、所含化石、礦物成分、化學成分、物理性質等的變化導致層面不十分明顯。

(1)火成岩,又名岩漿巖。是高熱的岩漿從地球較深處侵入地殼,或噴到地表冷凝後形成的.特點是無層次,塊狀,一般都很緻密而堅硬。如花崗岩、玄武岩、正長巖等都是火成岩。

(2)沉積岩。是母岩(即火成岩、變質岩和早期形成的沉積岩)受風吹雨打、溫度的變化、生物的作用、水的溶解等因素的影響,逐漸地剝蝕、破碎,形成了碎屑物質、溶解物質和殘餘物質,這些物質經過流水、風力、冰川、海洋等搬運,離開了原地,在適當的條件下沉積下來,經過壓實、交結、形成了沉積岩。沉積岩的特點是有層理,有化石(各種古代動植物的殘骸遺體)。

(3)變質岩。是沉積岩或火成岩在地殼內部,由於物理化學因素(如高溫、高壓、岩漿的同化等)影響下,經過了變質作用改變了原來的成分和結構而變成新的岩石。例如石灰岩變成大理石;花崗岩變為片麻岩。

變質岩中沒有殘存下來的化石,它與火成岩的主要差別是具有變晶結構。如片麻岩、片岩、板岩等。

岩石是由礦物組成的。組成岩石的主要礦物有十幾種:如石英、長石、雲母、方解石、粘土礦物等等。

岩石的物理、機械性質(如硬度、塑性、研磨性的大小等)與組成岩石的礦物和膠結物的性質有密切關係。礦物硬度的比較級別如下:

1級——滑石 2級——石膏 3級—— 方解石,

4級——螢石 5級——石灰石 6級——正長石;

7級——石英 8級——黃玉 9級——剛玉;

10級——金剛石。

級數越高,硬度越大;目前發現的自然物質中,金剛石最硬。

3.沉積岩

(1)粘土和黃土:它是由直徑0.01公釐以下的粘土礦物撤粒組成的沉積層。

(2)泥岩及頁岩:粘土類的沉積物經成岩作用而形成。呈塊狀、厚層狀者稱為泥岩,呈薄片展狀(層厚小於1公釐)的泥岩稱為頁岩;含石油瀝青豐富,可提煉石油的頁岩叫油頁岩。

①黑色頁(泥)巖、油頁岩在一定條件下可成為良好的生油巖;②具有一定厚度的粘土巖又可作為油、氣的良好蓋層;③在少數情況下,當粘土岩中的裂縫發育時,也可作為儲油(氣)層;④蒙脫石粘土岩可用作石油化工產品和其它工業產品的淨化劑以及石油鑽井液的原料;⑤高嶺石粘土巖還是陶瓷工業、耐火工業的重要原料。

(3)砂岩:砂粒(直徑為0.01-1mm的礦物或岩石的碎屑顆粒)經膠結在一起形成的岩石叫砂岩。按顆粒的大小又可細分為:

粉砂岩:顆粒直徑0.01—0.1公釐

細砂岩:矚拉直徑0.1—0.25公釐

中砂岩:顆粒直徑0.25一0.5公釐

粗砂岩:顆粒直徑0.5—l公釐

按膠結物的不同,砂岩又分為鈣質、泥質等。

砂岩一般都具有孔隙可以儲存流體(油、氣、水),由於岩石具有孔隙,在壓力差的作用下,油、氣、水能通過岩石,這種性質稱為滲透性。孔隙大的砂岩與裂縫發育的灰岩亦是滲透性好的岩石。

(4)礫岩。礦物或岩石的顆粒大於1公釐者叫做礫石。按顆粒的大小不同又可分為:

粗礫岩:顆粒直徑大於100公釐

中礫岩:顆粒直徑10—100公釐

細礫岩:顆粒直徑1—10公釐

如礫石形狀不一且帶有稜角的,則稱為角礫岩。

(5)石灰岩(碳酸鹽岩):主要由方解石和白雲石等碳酸鹽礦物組成的沉積岩,主要成分為碳酸鈣,基本上是由於生物和化學作用,在淺海或內陸湖泊內沉積生成,呈塊狀,比較緻密和堅硬。根據方解石和白雲石的相對含量,碳酸鹽岩可分為兩大類:

方解石含量大於50%的為石灰岩類,白雲石含量大於50%的為白雲岩類。由於地殼運動的力量和地下水的侵蝕,常有裂縫和溶洞,石油與天然氣就儲存在這些裂縫和溶洞裡。按照成分的不同,石灰岩又可分為:

石灰岩、泥灰巖、白雲岩、生物灰岩(由生物殘骸沉積成岩)。白雲岩與鹽酸的反應比石灰岩弱得多。由於石灰岩在白雲岩化時體積收縮,因此白雲岩裂縫較發育。

4.岩層性質與鑽井的關係

岩層性質與鑽井的關係主要表現在以下幾方面:

★ 影響鑽進的速度與鑽頭的進尺;

★ 導致鑽井過程出現複雜情況,如井漏、井噴、井塌、卡鑽,影響井眼的質量,如井斜、井徑不規則;進而影響到固井質量。

★ 使鑽井液效能如:密度、粘度、失水、切力、含砂、ph等發生變化;

(1)粘土、泥岩、頁岩層:一方面,對於含蒙脫石較高的泥岩,極易吸收鑽井液中的自由水而膨脹,使井徑縮小,造成起下鑽遇阻,甚至發生卡鑽,如大港的明化鎮地層;另一方面,對於伊利石含量高的泥岩,吸水後會產生剝落掉塊,隨著浸泡時間的延長,井徑擴大或造成井壁坍塌。泥質巖一般較軟,機械鑽速快,但容易泥包鑽頭,要搞好泥漿幫浦的維護,大井眼段爭取開雙幫浦;炭質頁岩多呈薄片狀,聯結力弱,容易垮塌,要特別注意。

(2)砂岩:其性質依砂岩顆粒的大小、成分以及膠結物的型別有很大的差別。顆粒越細,石英顆粒越多,矽質和鐵質膠結物越多則越堅硬,越易磨損鑽頭,如石英砂巖;泥質膠結物越多,雲母和長石的成分越多,則較軟易鑽, 砂岩顆粒越粗,膠結物越少,滲透性越好,則容易產生泥漿的滲透性濾失,並在井壁上形成較厚的泥餅,引起泥餅粘附卡鑽等複雜情況。

這種孔隙大的砂岩是油、氣、水的良好儲集層,在含有高壓油、氣、水的砂質岩層中鑽進,會發生油、氣、水浸,要注意保護油、氣層和防止井噴。

(3)礫岩:在礫石層鑽進會產生跳鑽、蹩鑽和井壁垮塌;當幫浦排量小或鑽井液粘度低時,不易將鑽碎的礫石顆粒帶出來,大港油田部分地區館陶底礫岩容易發生鑽井液滲漏現象。

(4)石灰岩:一般較硬,鑽速慢,有的石灰岩縫縫洞洞發育,鑽遇縫縫洞洞時會引起鱉鑽、放空、泥漿漏失等情況,如大港油田部分地區的沙一段和奧陶系;有的縫縫洞洞裡有油、氣、水,這時漏層就是油、氣、水層,在漏失後還會接著發生井噴。因此正確的堵漏工藝、迅速有效地控制井噴、進行中速測試、完井投產等,是石灰岩地區鑽井的突出問題

(5)當地層較硬交接時(例如泥岩和較硬的砂岩相間)易產生井斜;地層傾角比較大時也易產生井斜。有時在地層交錯部位也容易出現垮塌現象。

(6)當岩層中含有可溶性鹽類,即鑽到石膏層、岩鹽層等,石膏和岩鹽會破壞鑽井液的效能,如大港南部區塊小集、棗園等區塊的孔一頂部含有厚度數十到數百公尺不等的石膏層。

(7)此外,鑽井中還會遇到一些特殊岩性,如大港安山岩(火成岩)和玄武岩易漏;冀東的及大港海邊的玄武岩易塌。

5.地質年代

地層系統的單位是如何劃分的?

我國地層委員會採用宇、界、系、統、階、亞階等六個地層單位術語。

地質年代是地球演化過程中某一時間階段的劃分方法。

地質年代的單位的劃分:

地球的歷史按等級劃分為:宙、代、紀、世、期、亞期等六個地質年代單位。

地質年代共分五個代,為:

1)太古代

2)元古代

3)古生代寒武紀,奧陶紀,志留紀,泥盆紀,石炭紀,二疊紀(六個紀)

4)中生代:三疊紀、侏羅紀、白堊紀(三個紀)

5)新生代:分別是古近紀、新近紀、第四紀 (三個紀)

將地層分為5代12紀。即早期的太古代和元古代(元古代在中國含有1個震旦紀),以後的古生代、中生代和新生代。

古生代分為寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀和二疊紀,共7個紀;

中生代分為三疊紀、侏羅紀和白堊紀,共3個紀;

新生代只有第三紀、第四紀兩個紀。

地質年代及劃分

6.石油地質知識

地質學:是關於地球的物質組成、內部構造、外部特徵、各層圈之間的相互作用和演變歷史的知識。

地質學包括:古生物學、地層學,有關地殼物質組成的岩石學、礦物學 、有關地殼運動的構造地質理論所組成。

地質構造(簡稱構造):

是地殼中的岩層運動作用發生變形與變位而遺留下來的形態),是地殼或岩石圈各個組成部分的形態及其相互結合方式和面貌特徵的總稱。

地質構造的規模,大的上千公里,需要通過地質和地球物理資料的綜合分析和遙感資料的解譯才能識別,如岩石圈板塊構造。小的以公釐甚至微公尺計的圈閉。

石油地質學:是研究石油和天然氣在地殼中生成、運移和聚集規律的學科,是石油和天然氣地質學的簡稱。

石油地質學主要研究石油及其伴生物天然氣、固體瀝青的化學組成、物理性質和分類;石油成因與生油巖標誌;儲集層、蓋層及生儲蓋組合;油氣運移,包括油氣初次運移和油氣二次運移;圈閉和油氣藏型別;油氣藏的形成和儲存條件。

油田 :單一地質構造(或地層)因素控制下的、同一產油氣面積內的油氣藏總和;乙個油氣田可能有乙個或多個油氣藏 。

油氣田分為3類:①構造型油氣田。指產油氣面積受單一的構造因素控制,如褶皺和斷層。

②地層型油氣田,區域背斜或單斜構造背景上由地層因素控制(如地層的不整合、尖滅和岩性變化)的含油面積。③複合型油氣田。產油氣面積內不受單一的構造或地層因素控制,而受多種地質因素控制的油氣田。

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