塔里木盆地鹽膏層分析和鑽井危害解決措施

2021-08-17 12:28:27 字數 4158 閱讀 9092

解決措施

中國大陸鑽探發現的鹽膏層分布範圍廣泛,塔里木、中**田、江漢油田、華北油田、吉林油田、遼河油田和勝利油田等都曾有鑽遇鹽膏層時發生卡鑽、套管擠毀,甚至油井報廢的惡性事故報道。從目前資料統計來看,鹽膏層主要分布在第三系,石炭系和寒武系地層,分屬瀉湖陸相沉積和濱海相沉積。中**田東濮凹陷北部的文留、濮城和衛城地區的下第三系沙河街組為瀉湖陸相沉積,其整個北部遍及四套復合鹽膏層、、和,埋深2000—6000公尺,層厚度少則10公尺,多則1000公尺,累計厚度1000—1800公尺,已探明的鹽膏層面積達1779。

江漢油田潛江凹陷第三系潛江組也屬瀉湖陸相沉積,鹽層分布面積達2000,累計厚度1800公尺以上,埋深700—5040公尺,地質儲量7900多億噸。華北油田荊丘地區第三系2750—3000公尺有大段鹽膏層。從鹽層分布看,塔里木油田鹽膏層的型別最全,有瀉湖陸相沉積的第三系鹽膏層,也有濱海相沉積的石灰系和寒武系鹽膏層,深度不一,從盆地邊緣區域性地區出露頭到深至6000公尺都有分布。

因此,本文以塔里木油田為例,說明鹽膏層的成因、分布及特徵。

塔里木盆地第三系是喜山期盆地快速沉降沉積下來的一套地層,分布遍及全盆地,厚度巨大,最厚達11300公尺(喀什凹陷),最薄250公尺(巴楚隆起)。其埋深一般為50—300公尺,區域性可達1000一3000公尺(葉城——和田凹陷),盆地邊緣區域性地區出露地表。根據沉積特徵,塔里木盆地的第三系下部的沉積環境屬於河流一鹽湖體系的沉積,可大致劃分為:

沖積扇,主要發育於庫車坳陷北部背斜帶及提爾根地區。沉積物主要為砂礫、砂的快速堆積。

湖泊相:可進一步細分為幾個亞相。沙泥坪亞相:

主要發育於牙哈一東河塘一英買力l號構造帶,沉積物以泥質為主,夾少量粉砂、泥質粉砂沉積。鹽泥坪亞相:英買7構造帶較發育,沉積物以泥質為主,有少量鹽、鹽泥、膏、膏泥的沉積。

鹽盤亞相:在羊塔克一英買力一南喀一帶發育,主要是鹽和石膏沉積互動的韻律層。另外,受喜山造山運動的影響,使鹽層段受到強烈的擠壓,大小斷層多,構造應力大,鹽膏層厚薄和傾角多變,形成水平、傾斜及破碎的鹽、膏、泥混雜體。

復合鹽層是鹽湖沉積的產物,基本物質多數是碎屑顆粒、晶塊及化學沉澱的晶體。鹽岩和石膏通過化學和機械的作用改變碎屑岩或團塊的結構並充填在碎屑或團塊之中,形成鹽膏泥的混合物。

復合鹽層段主要分布在塔里木盆地西部和塔北隆起的庫車凹陷,分布範圍廣,埋藏深,其埋藏深度—般在2440—5570公尺。根據表1.1統計,復合鹽層比較集中的地區主要南喀—羊塔克一英買力構傳帶以及山前構造帶。

從圖1.1也可知,其下部的鹽岩、膏泥及石膏段地層向西南方向(南喀l井)增厚,向東南方向(英9井)超覆。

表1.1 第三系復合鹽層井段簡表

對塔里木盆地第三系復合鹽層的認識是從南喀l井開始的。以後又相繼在9個構造11口井中鑽遇這套鹽層。塔里木盆地的第三系復合鹽層,在不同構造上具有不同的性質,根據岩性特徵可分為四種主型別。

第一種類復合鹽層主要分布在英買力構造和買蓋提斜坡構造。石膏主要分布在該段的上部及下部,中部主要為膏質泥岩。泥岩層厚一般3.

5—11.5公尺,石膏層厚一般2—4公尺,石膏為灰白色,質較純,纖維狀,具絲絹光澤。膏質泥岩為棕色棕紅色,石膏呈斑點、斑塊狀不均勻分布,裂縫、微縫較發育。

石膏在沉積過程中受高溫高壓的作用,發生脫水反應,井眼鑽井前具有硬石膏的性質,井眼鑽開後,硬石膏吸水膨脹,導致井眼縮徑,夾雜在泥頁岩中,充填在泥頁岩裂中的硬石膏吸水膨脹後,導致井壁剝落、掉塊或垮塌,鑽遇這類鹽層比較典型的井有兩口:英買12井和英買901井。

第二種型別復合鹽層,以鹽巖、石膏、膏泥岩、泥膏巖為主,中間夾薄層泥岩、泥質粉砂岩。這類鹽層主要分布在英買力構造西部和亞肯斷裂帶。鹽岩存在於該段的上、中部,石膏、膏泥岩、泥膏巖互動沉積於全井段。

在砂泥岩的孔洞、裂隙中充填白色鹽和石膏。鹽岩為白色或灰白色結晶鹽,具玻璃光澤,個別染有泥色,含少量石膏和泥質成份,厚度—般在1—4公尺,最厚可達35公尺(英買8井)。石膏、膏泥岩、泥膏巖岩性與第—型別鹽層相同。

這種型別的鹽層除了具有第—種型別鹽層的特點外,還具有岩鹽層蠕變縮徑,鹽溶後井壁垮塌等特徵,特別是在深井、高溫條件下岩鹽層的蠕變速率可高到立即閉合卡死鑽頭的程度(亞肯3井)。鑽遇此型別鹽層的井有英買8井、亞肯3井、齊滿1井、牙哈1井。

第三種型別復合鹽層,以鹽巖、含鹽膏軟泥岩、石膏巖、膏泥岩為主,中間夾薄層泥岩、泥質粉砂岩。這類鹽層主要分布在羊塔克構造帶、南喀拉玉爾滾構造、東秋立塔克構造。鹽層成厚薄不等層分布於全井段,單層最大厚度70公尺(南喀1井)。

軟泥岩存在於鹽層、膏層或膏泥岩層中間,厚2—6公尺,單層最大厚度為31公尺,其主成分為褐色泥岩,含鹽膏、欠壓實、含水量大、強度低、可鑽性好和易塑性流動等特點。當泥漿液柱壓力不能平衡其蠕變時極易造成縮徑卡鑽。鹽岩、石膏巖和膏泥岩的待徵與第一型別、第二型別鹽層相同。

這類復合鹽層還普遍受構造應力不斷層的影響,其鑽井難度很大。目前鑽遇這類鹽層的井有南喀1井、東秋5井、羊塔克l井。

第四種型別的復合鹽層,以石膏巖、膏泥岩為主,中間夾薄層軟泥岩。這類鹽層目前僅在群5井的下第三系4000—4195公尺鑽遇。

塔里木盆地石炭系屬於濱海相沉積。早石炭系,海浸開始,因陸源碎屑供給充足,延時甚長,沉積了一套堤壩砂岩(陸地邊緣壩相),即東河砂岩段,爾後,繼續浸入,但深度較淺,有的生物生長繁衍,生物碎屑灰岩和白雲岩,生物與瓣鰓類、腕足類和藻類為主,在瑪參l井取出的巖芯中區域性見生物堆積層,儲存完好,繼后,地殼抬公升,海水退出,由於陸源物質**較少,沉積了下泥岩段下部的棕褐、紫紅色泥質粉砂岩和粉砂質泥岩。海退後,台地中的水體交換不暢,區域性形成封閉型湖泊,兼之當時氣候炎熱乾旱,沉積了一套灰褐色泥晶灰岩(即標準灰岩段.又叫雙峰灰岩)。

隨後,海水退出,沉積了一套氧化環境中的紫紅、綠色泥岩、鈣質泥岩和粉砂質泥岩即上泥岩段。繼后,海水再次侵入,沉積了一套淺海一濱海相的深灰、褐灰色石灰岩與紫紅、綠灰色泥岩,即砂泥岩下段。爾後海水退出,沉積了一套海退時期的棕褐、灰黃、灰紫、綠灰色泥岩與灰色、灰白色砂礫巖。

繼后,海水大範圍浸入,石炭紀時期的最大一次海浸,由於陸源碎屑供給量少,水動力能量較弱,沉積了一套灰褐色石灰岩、隧石結核、灰岩夾深灰、綠灰色泥岩,即石炭系灰岩段。

石炭系鹽膏層主要分布在塔北隆起和塔東北的滿加爾凹陷的北部,具有分布範圍廣,埋藏深的特點,其埋藏深度在5000公尺以上。各井區鹽膏層厚度差別較大,其中以沙10井區最厚,為蒸發台地相沉積中心帶,其次是塔河1井區。

塔里木盆地石炭系鹽膏層的岩性主要為鹽岩、膏巖、泥岩等,從鹽膏層特徵簡表1.2可以看出,各井的純鹽巖段都最厚,其中最厚的塔河1井純鹽段達142公尺,最薄的[, , ]井純鹽段也達25公尺,其次是泥岩段和膏泥岩段,說明塔里木盆地石炭系鹽膏層基本上以純鹽岩為主,夾有不等厚的泥岩及膏巖夾層。如鄉1井,其構造位於塔北隆起中部三疊系—下奧陶系,由於受海西早期運動影響,該背斜缺志留系、泥盆系。

石炭系「東河砂岩」直接不整合於奧陶系之上;而且中上奧陶統也遭不同程度剝蝕。鄉1井的主要複雜段集中在石炭系的鹽膏層段,井深5151—5331.38公尺,其岩性特徵為頂部厚層狀石膏及中層狀泥岩,中下部為厚層、巨厚狀鹽岩夾薄層泥岩,底部厚層狀粉砂質泥岩及泥岩。

石膏:灰白色,質純,多呈粉狀,許纖維狀、部分微含泥質呈灰色。鹽岩:白色,淺棕紅色,少許無色透明,質純,味鹹純正,玻璃光澤,結晶粒大。晶形完整,區域性見泥質條紋鑲嵌在晶粒中。

泥岩:灰綠及綠灰色為主,次為棕褐色,性脆,上部含膏質,底部含粉砂質泥岩。

羊屋構造位於塔里木盆地北部凹陷滿加爾凹陷北緣,羊屋地層不整合圈閉帶內,羊屋1井的複雜層段主要集中在石炭系的鹽膏層段,井深5061—5122.5公尺,其主要岩性為:頂部為中厚層狀棕褐色泥岩、深灰綠色鹽質泥岩;中、下部為厚一巨厚狀灰白色石膏巖、無色透明鹽岩夾薄層深灰、深灰綠色膏鹽質泥岩。

泥岩:棕褐,區域性深灰綠色。含粉砂質、鈣質不均,含鈣高者可達24%,普遍見棕、白色石膏晶體及褐灰鹽晶,部分岩心孔洞發育,洞徑一般2×3公釐,最大4×5公釐,每平方厘公尺可見孔洞1—3個,為膏鹽晶體溶蝕及脫落所致。

偶見寬1—3公釐未充填之垂直縫。性硬、脆,不水化。可鑽性極差,鑽時高達200分/公尺。

鹽質泥岩:深灰綠色,含鹽質不均,部分為棕褐色、深灰、淺灰色。岩心似角礫狀泥礫堆積,具蜂窩狀構造,孔內部分充填棕紅、白色石膏晶體或灰褐色岩鹽晶體,部分為空洞。

孔徑—般3—5公釐,最大達30×30公釐。性較軟,遇水膨脹,盡碎塊脫落。

鹽岩:無色透明,區域性含雜質可見灰綠、棕楊色色斑。透明度較差。鹽晶多自形,晶體l×l×l厘公尺,最大5×5×5厘公尺。

膏巖:淺灰、灰白色,部分含泥岩,岩心見粗——粉粒結晶粒狀結構,塊狀構造,區域性具紋層狀構造,多數膏巖無晶形,緻密塊狀,岩屑呈豆狀、片狀。

表1.2塔里木盆地石炭系鹽膏層岩性描述表

寒武系鹽層在巴楚隆起、英買力地區、塔中地區都有分布,它們都是碳酸鹽台地內彼此分割的瀉湖相沉積。寒武系鹽層在和4井、方1井,康2井鑽遇,岩性為灰白色鹽岩與棕紅色泥岩、褐灰色泥岩、灰白色膏巖不等厚分布,屬中寒武系統,復合鹽層中石膏的含量豐富。

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