一种巨厚盐岩地层钻井液密度的确定方法
技术领域
本发明涉及一种石油开发领域中钻井液密度的确定方法，具体涉及一种巨厚盐岩
地层钻井液密度的确定方法。
背景技术
随着浅层油气资源的不断开采，浅层油气资源已接近枯竭，为了满足日益增长的
能源需求，深层油气资源和复杂地层油气资源越来越引起人们的关注。盐岩地层是油
气成藏的很好盖层，盐岩地层下通常蕴含着大量的油气资源，在中东、中亚、墨西哥
湾、中国的四川盆地、塔里木油田、中原油田、江汉油田等地区都在盐下地层发现了
大量的油气资源。但盐膏层是一种具有极强蠕变性质的地层，尤其是在井下高温高压
环境中，流变性强。井眼钻开后，盐岩井眼会随着时间的不断缩径，如果将钻井液密
度选择不当，在井眼钻开一段时间后可能会发生井眼缩径、坍塌，卡钻，压漏薄弱地
层等复杂事故。盐膏岩地层井眼蠕变唯一人为可控因素是钻井液密度，因此，确定合
理的钻井液密度在油气资源的开采中极其重要。通过确定合理的钻井液密度可以实现
对盐膏岩地层井眼蠕变进行控制以保障安全钻进。
确定合理的钻井液密度的前提是获取盐岩地层的蠕变参数，传统的方法在确定合
理的钻井液时将整个盐岩地层的蠕变速率作为一个常数，但实际钻井中遇到了很多巨
厚盐岩地层，如美国的墨西哥湾拥有几千米厚的盐岩地层作为油气盖层，巨厚盐岩地
层由于深度相差较大，不同层位盐岩的矿物组分、应力状态及温压条件差异很大，蠕
变参数也有很大的差异。因此在巨厚盐岩地层钻井时，传统的方法并不适用。另一方
面，尽管对盐岩地层钻取岩心进行蠕变试验可以获取蠕变参数，但是在面对巨厚盐岩
地层时想要实现连续钻取岩心是现有技术无法实现的。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有工程实用性的巨厚盐岩地层钻井液
密度的确定方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种巨厚盐岩地层钻井液密度的确
定方法，包括以下步骤：
1）钻取巨厚盐岩层某一深度的岩心若干，对所取岩心进行蠕变试验，并计算该岩
心的蠕变参数A、B和Q；其中A、B为岩石流变参数；Q为盐岩的激活能；
2）对钻取到的岩心进行矿物成分测试，测出NaCl在盐岩中的体积分数VNaCl；
3）选取巨厚盐岩层其它几个深度重复步骤1）和2），得到巨厚盐岩层相应深度下
的蠕变参数A、B和Q，以及对应的NaCl在盐岩中的体积分数VNaCl；
4）根据步骤3）所获得的数据，采用拟合方法建立蠕变参数A、B、Q与NaCl
的体积分数VNaCl之间的相关关系；
5）由测井数据得到巨厚盐岩层连续变化深度下岩层密度ρ、盐岩孔隙度φ，以
及粘土矿物在盐岩中的体积分数Vcl，由下式计算出巨厚盐岩层连续变化深度下的NaCl
体积分数VNaCl：
φ
×
ρ
fluid
+
ρ
NaCl
×
V
NaCl
+
V
CaSO
4
×
ρ
CaSO
4
+
V
cl
×
ρ
cl
=
ρ
]]>
φ
+
V
NaCl
+
V
CaSO
4
+
V
cl
=
1
]]>
式中：φ为盐岩孔隙度；ρfluid为孔隙流体密度；ρNaCl为NaCl密度；VNaCl为NaCl
在盐岩中的体积分数；![]()
为CaSO4密度；![]()
为CaSO4在盐岩中的体积分数；Vcl
为粘土矿物在盐岩中的体积分数；ρcl为粘土矿物密度；ρ为盐岩密度；其中各组分
的密度ρfluid、ρNaCl、![]()
、ρcl均为已知值；
6）利用步骤4）所建立的A、B、Q与VNaCl的相关关系，计算出巨厚盐岩连续变
化的深度下的蠕变参数A、B和Q；
7）由下式确定巨厚盐岩地层全井段用于控制井眼缩径速率的钻井液密度，并绘制
钻井液密度图版：
ρ
l
=
100
{
σ
h
-
∫
r
w
∞
2
3
×
1
B
(
h
)
r
×
1
n
[
D
(
h
)
r
w
2
n
(
2
-
n
)
2
(
r
w
r
)
2
+
(
D
(
h
)
r
w
2
n
(
2
-
n
)
2
)
2
(
r
w
r
)
4
+
1
]
dr
H
}
]]>
式中：D(h)为岩石流变参数；σh为水平最小地应力；rw为井半径；r为地层距井
轴的距离；H为井深；n为经验缩径速率。
所述步骤7）中井眼缩径速率n的计算方法为：
n
=
ΔS
t
·
S
]]>
式中：ΔS为蠕变后井眼面积的变化量；t为蠕变时间；S为原井眼面积；并且：
ΔS
=
π
(
R
0
2
-
R
1
2
)
]]>
S
=
π
R
0
2
]]>
所述步骤7）中D(h)的计算方法为：
D
(
h
)
=
2
3
A
(
h
)
r
w
2
exp
(
Q
(
h
)
RT
)
]]>
式中：h为地层深度；R为气体摩尔常数，即R=1.987cal/mol·K；T为热力学温度。
所述步骤1）中蠕变试验采用岩石蠕变试验机进行。
所述步骤2）中矿物成分测试采用X衍射仪进行。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明是在盐岩地层力学参数
室内试验测量和现场测井数据相结合的基础上基于现场实际条件提出的新方法，该方
法工程实用性强，充分利用了测井数据这一最能反映井下地层特性的资料，经过现场
实际情况检验，具有很好的应用效果。本发明适用于巨厚盐岩地层安全钻井液密度的
预测。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是蠕变试验曲线和在Heard模式下的拟合曲线；
图3是巨厚盐岩地层用于控制井眼缩径速率的钻井液密度图版。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明的一种巨厚盐岩地层钻井液密度的确定方法，包括以下步骤（如图1所示）：
1）钻取巨厚盐岩层某一深度的岩心若干，对所取岩心进行蠕变试验，并计算该岩
心的蠕变参数A、B和Q；其中A、B为岩石流变参数；Q为盐岩的激活能；A、B和
Q均是随岩层深度而变化的函数。具体过程如下：
在井下温压条件下，盐岩的蠕变属于位错滑移的范畴，蠕变试验中的Heard模式
与井下温压条件下盐岩的蠕变最为吻合。在Heard模式下，通常认为较高应力和较低
温度（小于250℃）下的盐岩蠕变是晶格错位滑移占优势，那么此时的盐岩蠕变方程
可描述为：
ϵ
·
=
Aexp
(
-
Q
/
RT
)
sh
(
Bσ
)
]]>
式中：![]()
为蠕变速率；R为气体摩尔常数，R=1.987cal/mol·K；σ为应力差；T为
热力学温度。
在钻取到某一深度的岩心后，通过蠕变试验可得到应变-时间曲线（如图2所示），
通过Heard模式下的曲线拟合可得到蠕变参数A、B和Q。
上述蠕变试验可采用岩石蠕变试验机进行。
2）对钻取到的岩心进行矿物成分测试，测出NaCl在盐岩中的体积分数VNaCl。
上述矿物成分测试可采用X衍射仪进行。
3）选取巨厚盐岩层其它几个深度，重复步骤1）和2），得到巨厚盐岩层的几个深
度下的蠕变参数A、B和Q，以及对应的NaCl在盐岩中的体积分数VNaCl。
4）根据步骤3）所获得的数据，采用拟合方法建立蠕变参数A、B、Q与NaCl
的体积分数VNaCl之间的相关关系。
5）由测井数据得到巨厚盐岩层连续变化深度下岩层密度ρ、盐岩孔隙度φ，以
及粘土矿物在盐岩中的体积分数Vcl，进一步计算出巨厚盐岩层连续变化深度下的NaCl
体积分数VNaCl。具体过程如下：
盐岩中的矿物成分一般包含NaCl、CaSO4、粘土矿物（泥质）和孔隙流体，各种矿
物含量之间满足如下方程：
φ
×
ρ
fluid
+
ρ
NaCl
×
V
NaCl
+
V
CaSO
4
×
ρ
CaSO
4
+
V
cl
×
ρ
cl
=
ρ
]]>
φ
+
V
NaCl
+
V
CaSO
4
+
V
cl
=
1
]]>
式中：φ为盐岩孔隙度；ρfluid为孔隙流体密度；ρNaCl为NaCl密度；VNaCl为NaCl
在盐岩中的体积分数；![]()
为CaSO4密度；![]()
为CaSO4在盐岩中的体积分数；Vcl
为粘土矿物在盐岩中的体积分数；ρcl为粘土矿物密度；ρ为盐岩密度。
上述两方程中各组分的密度ρfluid、ρNaCl、![]()
、ρcl均为已知值。岩层密度ρ、
盐岩孔隙度φ，以及粘土矿物在盐岩中的体积分数Vcl均可由测井数据得出，因此，由
上述两方程可求得NaCl在盐岩中的体积分数VNaCl。
6）利用步骤4）所建立的A、B、Q与VNaCl的相关关系，计算出巨厚盐岩连续变
化的深度下的蠕变参数A、B和Q。
7）确定巨厚盐岩地层全井段用于控制井眼缩径速率的钻井液密度，并绘制钻井液
密度图版（如图3所示），具体过程如下：
用于控制盐岩地层井眼缩径速率的钻井液密度ρl的计算方法为：
ρ
l
=
100
{
σ
h
-
∫
r
w
∞
2
3
×
1
B
(
h
)
r
×
1
n
[
D
(
h
)
r
w
2
n
(
2
-
n
)
2
(
r
w
r
)
2
+
(
D
(
h
)
r
w
2
n
(
2
-
n
)
2
)
2
(
r
w
r
)
4
+
1
]
dr
H
}
]]>
式中：D(h)为岩石流变参数；σh为水平最小地应力；rw为井半径；r为地层距井
轴的距离；H为井深；n为经验缩径速率。
其中，井眼缩径速率n的定义为：
n
=
ΔS
t
·
S
]]>
式中：△S为蠕变后井眼面积的变化量；t为蠕变时间；S为原井眼面积，并且：
ΔS
=
π
(
R
0
2
-
R
1
2
)
]]>
S
=
π
R
0
2
]]>
另外，D(h)的计算方法为：
D
(
h
)
=
2
3
A
(
h
)
r
w
2
exp
(
Q
(
h
)
RT
)
]]>
式中：h为地层深度。
根据上述方法所得到的钻井液密度图版，即可根据全井段的盐岩蠕变情况，确定
合理的钻井液密度。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以
有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进
或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。