盐膏层是以盐或石膏为主要成分的地层,在盐盆地中,盐膏层是石油天然气钻井过程中经常钻遇的地层。盐膏层钻井,特别是深层盐膏层钻井,是世界性难题,在钻井过程中经常发生严重的缩径,导致井眼失稳、卡钻和挤毁套管等工程事故,给钻井带来巨大经济损失。为了勘探盐膏层之下的油气藏,顺利钻穿巨厚盐膏层,使盐膏层段在较长时间保持井眼稳定,是钻井和完井工程急待解决的重大技术难题。 盐膏层属流变地层,尤其在深部高温和高压条件下盐膏层的蠕变性更为明显。与砂岩、页岩和泥岩等地层不同,流变地层的弹性模量非常小,对剪切不具有抵抗能力,即使在较低的水平应力作用下,也将出现较大的连续蠕动变形。在钻井过程中,钻开盐膏层后,原地层中地应力的相对平衡状态被打破,在井璧岩石上产生了较强的应力集中,在横向挤压力的作用下,盐膏层发生蠕动和变形,向井中滑移和流动,导致井眼缩径和失稳。 计算机数值模拟是研究钻井过程中盐膏层井眼缩径和井眼失稳的重要手段,它可以再现钻井过程中不可能直接观察到的盐膏层蠕动和变形随时问的演化过程。对钻井过程中来说,时间是重要的,通过数值模拟,我们可以将整个钻井过程中盐膏层井眼缩径变形过程在时间上和空间上的分布展现出来,因此,长期以来数值模拟方法一直受到国内外学者的重视,特别是近十年,基于对盐膏层蠕变规律的研究,对盐膏层变形的研究有了很大进展。 对钻井过程中盐膏层的蠕变速度、盐膏层的空间位移和井眼缩径的整个过程进行定量的研究和计算模拟,这是成功地进行盐膏层钻井设计和井下事故防治和治理的关键。论文根据岩芯三轴蠕变实验,建立盐膏层本构关系;根据地层、构造、盐膏层的空间分布和产状,建立钻井的工程模型、地质模型和数值模拟模型;对钻井过程中盐膏层蠕变的速度、位移和井眼缩径的整个过程进行计算机数值模拟。研究了钻井液密度与盐膏层缩径之间的关系,为盐膏层钻井工程设计提供了最佳依据。