复合岩盐层井眼蠕变缩径的数值模拟
膏盐层的钻进措施
盐膏层钻进技术措施（一）在膏盐层井段钻进时，由于膏盐层的塑性流动及易造成卡钻、套管挤毁事故同时由于膏盐污染泥浆体系，造成井壁坍塌，形成不规则井眼，影响固井质量为此在钻进膏盐层前，应做好充分的物资与技术准备，措施如下：1．钻膏盐层时，每钻进0.5米上提2米划眼到底，如划眼无阻卡、无蹩劲显示则可增加钻进井段和划眼行程，但每钻进4—5米至少上提划眼一次，每钻完一单根，方钻杆提出转盘面，然后下放划眼到底；钻进4小时（或更短，短起钻过盐层顶部，全部划眼到底，若无阻卡显示，可适当延长起钻间隔，但坚持钻具在盐层段作业时间不超过12—15小时。
2．钻膏盐层时应调整机械参数，控制机械钻速，每米钻时不低于10分钟。
3．注意钻速的变化，若机械钻速减小，立即上提划眼到底。
4．密切监视各种参数的变化情况，如发现任何异常，立即上提钻具划眼；岩盐层及其上下井段要保持钻具一直处于活动状态，防止钻具静止而卡钻。
6. 发现有任何缩径的井段都要进行短程起钻到复合盐层顶，以验证钻头能否通过。
钻穿盐层和软泥岩层，应短起至套管内，静止一段时间，再通井观察其蠕变情况，检查钻井液性能是否合适。
7. 钻进出现复杂情况不宜接单根，不宜立即停转盘、停泵，应维持转动、循环，待情况好转后，再上提划眼，判断分析复杂情况发生的原因。
8. 尽可能延长开泵时间，接单根时钻具坐于转盘后方可开泵。
9. 应首先确定安全时间，如需进行取芯或下部作业需花较多时间，钻头在盐层以下时间不得超过安全时间采用扩孔器以增大膏盐层井径。
二、复杂情况预防与处理A、防塌措施调整好钻井液性能，钻入易塌层段前，按钻井液设计要求一次性加入防塌剂，含量达到3%左右。
起钻必须连续向井内灌入钻井液。
起钻遇阻，应将钻具下到畅通井段开泵重新循环洗井，避免因抽吸引起井塌。
钻进中发现泵压升高、悬重下降、扭距增加、打倒车严重、钻杆内倒返浆严重现象，应停止钻进或接单根，上提钻具到畅通井段，采用冲、通、划的方法处理。
中东某区块盐岩地层蠕变缩径的力学分析与应用
第 ４期
钻
采
工
艺
・２３ ・
Ｖｏ １ ． ３ ６ Ｎｏ ． ４
ＤＲ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ＆ Ｐ Ｒ Ｏ Ｄ ＵＣ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ ＮＯ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
中 东某 区块 盐岩 地 层 蠕 变缩 径 的 力学 分 析 与应 用
马德新 ， 李嗣贵 ， 李 自立 ， 杨 鸿波 ， 宋林松
持 续很久 。为方便 现场 技 术 人 员快 速 、 及 时 解 决盐
膏 层钻井 作 业 中盐 岩 蠕 变 缩 径 的难 题 ， Ｊ ｏ ｈ ｎ Ｂ ａ ｒ ｋ ｅ ｒ 等 建立 了 适 用 于 美 国墨 西 哥 湾 盐 岩 地 层 蠕 变 与 钻井 液密 度 、 地层 温 度 的数 学解 析方 程 式 。 出于 同
钻采工艺2013年第5期要目忙忙页岩气井工厂开发关键技术王敏生等苏里格气田智能柱塞气举排水采气技术研究杨旭东等dx1井高压高产储层氮气安全钻井技术胥志雄等基于遗传算法优化超低渗透油藏水平井压裂裂缝参数费尔干纳盆地井壁稳定技术研究闫传梁等高武彬等倾斜井筒岩屑运移实验研究评述张好林等纤维加砂压裂技术在新疆油田三区的应用丁士辉等干井筒固井技术及在元坝区块钻井中的应用马庆涛等气体钻井岩屑分离系统设计与计算温杰等忙水平井管柱摩阻扭矩的计算模型范光第等rsbha动态应力有限元分析及优化何保生等
分析 ， 并绘 制 出不 同井 深 条 件 下 的 钻井 液 密 度 图版
石材料 的应 力 、 应 变 随 时 间变 化 的性 质 。事 实 上 所
有 的岩 石在 有载 荷 的情 况 下 都 要 发 生蠕 变 ， 只是 由 于岩石 性质 的不 同 ， 产 生 的蠕 变 大 小 不 同 Ｊ 。复 合 盐膏 层 的 中的盐 膏 岩 、 软泥 岩 等 岩 石对 蠕 变 非 常
层状岩盐蠕变特性及其储库密闭性的研究
河北工业大学硕士学位论文层状岩盐蠕变特性及储库密闭性研究摘要我国岩盐矿床大部分为薄盐层矿床，单层厚度薄，软弱夹层多，内含大量高盐份泥岩夹层，从而加大了我国岩盐矿床地下能源储存库和核废料处置库洞室的建造难度。
不仅要考虑岩盐矿体的渗透性、溶腔的蠕变收敛性、矿柱的稳定性外，还要充分考虑夹层的不均匀性，如夹层及层理的渗透性，夹层和岩盐蠕变的差异性。
本文结合以往层状岩盐研究的成果，根据目前岩盐蠕变特性研究存在的问题，从以下几个方面做了工作。
1、针对以往对含泥岩夹层岩盐的研究都是通过对固定盐样进行试验，对含泥岩夹层岩盐蠕变特性没有一个全面的把握，本人结合以往的试验数据，采用FLAC3D对各种工况进行数值模拟，包括泥岩层数、泥岩倾斜角度的变化等，对含泥岩夹层岩盐蠕变特性做了进一步的探讨。
2、基于以上得出的泥岩夹层对岩盐蠕变特性的影响，研究了在不同泥岩层数、洞室内压及不同的泥岩模量情况下，层状岩盐储库长期变形特性。
其中，泥岩层数和内压变化对洞室变形影响较大，泥岩模量影响较小。
3、通过节理单元的引入，研究泥岩夹层剪切位移的变化规律，进而探讨了层状岩盐储库的密闭性问题。
由于层间位移差存在的范围较小，加上岩盐较强的流变性，本人认为气体渗透通道是封闭的，泥岩夹层不会对储库的密闭性造成严重影响。
关键词：层状岩盐，夹层，蠕变特性，密闭性，数值模拟i层状岩盐蠕变特性及储库密闭性研究i iRESEARCH ON THE CREEP CHARACTERISTICSAND STORAGE CA VERN TIGHTNESSIN BEDDED ROCK SALTABSTRACTMost rock salt deposit are very thin,and the thickness of single-layer is small, have manyweak interlayers and rock salt with salt-mudstone interlayer in china, which increased the difficulty in constructing energy storage and nuclear waste repository in our rock salt deposit underground.Not only the permeability of the rock salt body, the convergence of the cavity and the stability of jambs must be considered,but also the heterogeneity of the interlayers must be full considered, like the permeability of interlayers and layers,the difference of interlayers .In this paper,I combine the results of the study on layered rock salt in the past, base on the existing problems of current rock salt creep characteristics,and work from the following aspects.1.In the past,people study the rock salt with mudstone interlayer through the experiment of rock salt samples, do not have a comprehensive grasp with the creep properties of rock salt with mudstone interlayer.I combine previous datas, and study further on creep properties of rock salt with mudstone interlayer using FLAC3D numerical simulation on varieties of operating conditions, including layers of mudstone, changes in the angle of mudstone, and so on.2.By the impact of mudstone interlayer on the creep properties of rock salt,study on the long-term deformation characteristics of layered rock salt storage with different mudstone interlayers, internal pressures and mudstone modulus. The mudstone interlayers and internal pressures have a greater impact on the cavern deformation, and mudstone modulus have less effects.3.By introducing interface units, study on the shear displacement between mudstone layers and explore the tightness problem in layered rock salt cavity. As the interface displacement difference exists in a less scope,and rock salt has strong creep properties, I think that the channel of gas permeability is closed, and mudstone interlayer has not a great impact on the storage cavern tightness.KEY WORDS: Bedded Rock Salt, Interlayer, Creep Characteristics, Tightness,Numerical Simulation河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1-1 研究背景和意义目前，西方主要工业发达国家在岩盐矿床中建造的地下储库越来越多，对岩盐溶腔的建造、利用以及岩盐性质的研究也在深入。
盐膏层钻井技术(钻井教材)讲解
硬石膏团块失去支撑而坍塌。
概 况（之三）
盐膏层对钻井工程危害
夹在岩盐层间的薄层泥页岩、粉砂岩，盐溶后上下失去承 托，在机械碰撞作用下掉块、坍塌。 山前构造多次构造运动所形成的构造应力加速复合盐层的
蠕变和井壁失稳。
无水石膏等吸水膨胀、垮塌。无水石膏吸水变成二水石膏 体积会增大26%左右，其它盐类如芒硝、氯化镁、氯化钙 等也具有类似性质。 石膏或含石膏的泥岩在井内泥浆液柱压力不能平衡地层本 身的横向应力时，会向井内运移垮塌。
概 况（之二）
1
2
分类及其特征
复合盐层
纯盐层
概 况（之二）
分类及其特征
纯盐层有滨海相和内陆相盐湖沉积两种成岩环 境，基本物质以氯化钠为主，也含有其他复合盐类，
如：氯化钙、氯化钾、芒硝等。其岩性在纵向剖面
上盐岩单层厚度大，质较纯，有些与砂岩成韵律层 交替出现，有些单层厚度可以达到上千米。
概 况（之三）
盐膏层钻井技术
唐 继 平
盐膏层钻井技术
概况
复合盐层钻井技术 纯盐层钻井技术 盐膏层固井技术 钻井监督工作要点
概 况（之一）
分布情况
中国大陆钻探发现的盐膏层分布范围广泛， 塔里木、中原、江汉、华北、吉林、辽河和胜
利等油田都曾有钻遇盐膏层时发生卡钻、套管
挤毁，甚至油井报废的恶性事故报道。 盐膏层主要分布在第三系，石碳系和寒武
概 况（之三）
序 号 事故时间 井号 深度，米 1988.04.25 4686.85 1988.04.25 4686.85 1988.08.10 4807.30 1988.10.06 4657.50 1988.11.03 4858.40 1988.04.07 4789.00 1989.05.24 4946.07 类型 事故统计 1 南喀 1 井 盐层缩径卡钻 274.60
岩石的蠕变
EFG下降，最后e 应变为零。其中EF曲线为瞬时弹性应变 之恢复曲线，
而FG曲线表示应变随时间逐渐恢复为零。 由于卸载后应力立刻消失，而应变却随时间逐渐恢复，所以应力
与应变的恢复不是同步的，即应变总是落后于应力。具有这种特性的 弹性变形称为滞弹性或弹性后效。
5.3 蠕变模型
γ
τ
γ
τ
η η
ηη 1 1
τ τ
b
b
γ
γ
η2η2
cc
γ
ττ
γ
ηη 1 1 η1
η1
γ
ττγΒιβλιοθήκη dde) e)ττ
η2 η2
γ
γ
图5-5 线性粘弹性模型及其蠕变曲线 (a)马科斯威尔模型；(b)伏埃特模型；(c)广义的马科斯威尔模型；
(d)广义的伏埃特模型；(e)鲍格斯模型
5.3 蠕变模型
1(t) A1 exp(ct)
式中，A、C均为实验常数。 第一阶段蠕变应变公式更复杂些也可采用：
1(t) A1 exp(c1t) B1 exp(c2t)
式中，A、B、C1、C2 均为实验常数。
5.2 岩石蠕变经验公式
第二阶段蠕 变经验公式有：
1 ） Nadai (1963) 提出的：
.0 exp( / 0 )
石油工程中的流变现象： 在石油钻井过程中，当钻遇盐膏层时，会发生缩径现象；油田开发过程 中，由于注水，泥页岩部位的套管会受到非均匀外载的作用等都与岩层蠕变 有关。
5.1 蠕变概念和蠕变曲线
蠕变的定义： 岩石在恒定载荷持续作用下，其变形随时间逐渐缓慢 地增长现象称为蠕变(Creep）。 应力松弛的定义： 若控制变形保持不变，应力随时间的延长而逐渐减少 的现象称松驰(Relaxation)或称应力松驰。
岩盐水压致裂溶解的数值模拟
岩盐水压致裂溶解的数值模拟岩盐是一种重要的地质储层，然而其力学性质不稳定，很容易发生压致裂解溶解现象，对储层的稳定性造成影响。
因此，研究岩盐的压致裂解溶解现象对于有效开发地下资源和保障地质环境安全具有重要指导意义。
本文基于数值模拟方法，对岩盐水压致裂溶解现象进行了研究。
首先，针对岩盐的物理性质进行了分析，重点关注了其溶解性质。
然后，建立了岩盐水压致裂溶解的数值模型，并通过计算机模拟进行了分析。
研究表明，岩盐受到水压作用后，会在短时间内出现裂缝，并逐渐扩展。
随着水的渗透，水和盐之间会发生离子交换作用，导致岩盐发生溶解。
在裂缝扩展的过程中，水的渗透速度会影响岩盐的溶解速度和裂缝的扩展速度。
在高渗透速度下，岩盐裂缝扩展并且溶解速率快，会出现明显的岩屑崩落现象；而在低渗透速度下，岩盐裂缝扩展和溶解速率均减缓。
进一步分析发现，岩盐水压致裂溶解现象还会受到地下水化学环境的影响。
在不同的地下水化学环境下，可引起不同的溶解速率和裂缝扩展速度，对地下水环境和地质储层的稳定性造成重要影响。
本研究可为岩盐水力学特性和稳定性研究提供参考。
此外，还可为工程实践提供指导，有助于优化储层开发和环保措施的制定。
盐岩层井眼缩径粘弹性分析
E
η
σ
σ
图 1 麦克斯韦模型 Fig.1 Maxwell model
因为弹簧(H)和粘壶(N)是串联的，所以弹簧的
应力 σ H 与粘壶的应力 σ N 相等，且都等于模型的总
应力σ ；而模型的总应变 ε 为弹簧的应变 ε H 与粘壶
的应变 ε N 之和，即
ε = εH +εN
(1)
对于弹簧 H，有
σ = σ H = EεH
g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3
ur
=
r 4
⎡P
⎢ ⎣
sQ
(2Pm
−σH
−σh )−
图 3 泥浆密度对井眼缩径的影响 Fig.3 Effect of mud density on wellbore shrinkage
第 23 卷 第 14 期
韩建增等. 盐岩层井眼缩径粘弹性分析
1引言
油气钻井工程中，经常遇到厚度从几十米到数 百米不等的盐岩层。在江汉、华北、中原、塔里木 等油田，盐岩层埋深通常在 3 000～5 000 m。这种
处于较高温度和围压环境中的盐岩具有较强的流变 性，井眼钻穿盐岩层后，由于岩石蠕变则会发生井 眼缩径。大量的工程实践表明，盐岩层段钻井工艺 复杂，井下事故频繁[1～3]，如果处理不当，可能导 致埋钻具或大段井眼报废，严重阻碍了对盐岩下面 的储集层的勘探开发。因此，深入研究盐岩层井眼
⎤ ⎥ ⎦
Y
σh
Pm
θ
o
(8)
σH X
P (3KP + 7Q sQ (3KP + Q
) )
(σ
H
−
σ
h
)
cos
复合盐层钻井技术
复合盐层钻井技术复合盐层对钻井工程的危害复合盐层钻井，特别是深井复合盐层钻井，是一个钻井技术难题。
据国内外资料介绍和塔里木复合盐层钻井情况分析，复合盐层层钻井时会产生以下复杂情况：1．深部盐层会呈现塑性流动的性质，盐岩的塑性变形产生井径缩小。
2．“软泥岩”蠕变速率极高。
美国安秋子牧场油田曾测得这种“软泥”的初始蠕变速率约2.54cm/h。
3．以盐为胎体或胶结物的泥页岩、粉砂岩或硬石膏团块，遇矿化度低的水会溶解。
盐溶的结果导致泥页岩、粉砂岩、硬石膏团块失去支撑而坍塌。
4．夹在盐岩层间的薄层泥页岩、粉砂岩，盐溶后上下失去承托，在机械碰撞作用下掉块、坍塌。
5．山前构造多次构造运动所形成的构造应力加速复合盐层的蠕变和井壁失稳。
6．无水石膏等吸水膨胀、垮塌。
无水石膏吸水变成二水石膏体积会增大26%左右，其它盐类如芒硝、氯化镁、氯化钙等也具有类似性质。
7．盐层段非均匀载荷引起套管挤毁变形。
8．石膏或含石膏的泥岩在井内钻井液液柱压力不能平衡地层本身的横向应力时，会向井内运移垮塌。
以上8个方面的复杂问题构成了复合盐层钻井的困难。
在国内，比较典型的复合盐层存在于中原油田的文东地区沙三2、沙三4地层中，1976～1986年中共发生复合盐层恶性卡钻事故17口井，其中6口井报废，5口井侧钻，6口井倒扣解除，2口井事故完井。
据华北油田1993年的统计，第三系复合盐层造成荆丘地区64%油水井的套管被挤毁，美国的安秋子牧场油田由于复合盐层影响也多次发生卡钻、套管挤毁等复杂问题。
塔里木第三系，石炭系和寒武系复合盐层给钻井带来了不同程度的危害性。
5.2 复合盐层井井身结构设计5.2.1 确定井身结构准则复合盐层地质条件复杂，纵向和横向分布不均匀，存在不同的地层压力系统，因此根据常规的地层压力和地层破裂压力梯度来考虑的井身结构设计方法是不能满足工程需要的。
复合盐层井身结构设计要同时考虑套管设计，因为有些地层需要下组合套管，其设计准则如下：1．复合盐层以上井身结构按常规设计进行；2．技术套管应尽可能下至复合盐层的顶部，必须封隔盐顶以上的所有低压地层，为安全钻穿膏盐层创造条件；3．采用适当高密度饱和盐水钻井液钻穿膏盐层或钻至可能的漏失层顶部后，下入高强度的套管；4．膏盐层套管设计主要考虑其抗外挤特性，对于蠕动膏盐层段套管的外挤力应按最大上覆岩层压力计算（山前构造带除外）；5．使用双心钻头钻蠕动膏盐层和用水力扩孔器扩孔，可以防卡和保证环空有足够强度的水泥环；6．使用厚壁高强度套管和双层尾管重叠技术，防止膏盐层蠕动挤毁套管。
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复合岩盐层井眼蠕变缩径的数值模拟曾德智;林元华;卢亚锋;朱达江;李留伟【摘要】盐岩在深部高温高压环境下具有很强的蠕变特性,在岩盐层钻井经常出现井眼缩径、卡钻等复杂事故.目前关于岩盐层井段安全钻进泥浆密度的计算方法主要适用于均匀地应力的情况,难以在非均匀地应力条件下应用.为此研究建立了三向地应力作用下盐岩和砂泥岩相互交错的复合岩盐层井眼蠕变缩径的三维有限元模型,并以塔里木油田羊塔克地区深井为例,研究了非均匀地应力条件下,复合岩盐层井眼随时间变化的蠕变缩径规律,得出了一定泥浆密度下岩盐层井眼在不同时刻的井径值.计算结果表明,安全泥浆密度有限元模拟值与羊塔克地区岩盐层井段实际采用的安全泥浆密度非常接近,验证了所建数值模型的合理性和计算结果的可靠性,研究成果为岩盐层井段的安全钻进提供了技术支撑.%Salt rocks have very strong creep behaviors in HTHP environment in deep formations> complex accidents such as hole shrinkage, drill pipe sticking, etc, occurring frequently. Current methods to calculate the safe drilling mud density are mainly used in circumstances of homogeneous earth stress. The 3-D finite element analysis (FEA) model of borehole creep shrinkage concerning salt rock and sand shale was established in this paper under triaxial earth stress. On the basis ofrndeep wells of Yangtake in Tarim, laws of borehole creep shrinkage vs time were studied under the condition of heterogeneous earth stress, and values of borehole diameter in different times are obtained when the mud density is specified. Results calculated are very close to the safety drilling mud density field used in rock salt layers, thus verifying the reasonableness and reliability of the model established in thepaper. Research results can provide technical support for safe drilling in rock salt layers.【期刊名称】《地质力学学报》【年(卷),期】2012(018)002【总页数】7页(P158-164)【关键词】深井;岩盐层;蠕变;井径;有限元模拟【作者】曾德智;林元华;卢亚锋;朱达江;李留伟【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;中国石油西南油气田公司采气工程研究院,四川广汉618300;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;北京温菲尔德石油技术开发有限公司,北京100083【正文语种】中文【中图分类】P554随着世界油气资源的不断开采，浅层油气资源已接近枯竭，为了满足社会发展的需求，深部地层及复杂地层已成为目前寻找油气资源的主战场。
岩盐层是油气成藏的很好盖层，其下蕴含着大量的油气资源，美国墨西哥湾，前苏联班长达勒威油田，土库曼斯坦阿姆河地区，中国塔里木、江汉、中原、四川等地区均已发现了这类盐下油气资源［1～3］。
但是，盐膏岩在地层高温高压的环境下具有很强的流变特性，当钻开井眼后，如果泥浆性能选择不当，在很短时间内便可引起井眼缩径、卡钻、井壁坍塌等井下事故［4～8］。
对于纯岩盐层可采用适当欠饱和盐水钻井液，复合岩盐层段应更加注意对钻井液密度的控制，如果不能及时调整复合岩盐层井段的泥浆密度，会出现一系列井下事故［9～11］。
目前，关于岩盐层井段泥浆密度计算的方法主要有两种:一是根据岩盐层反演理论取得相关力学参数，采用粘弹性力学模型建立相关泥浆密度公式计算，该方法的难点是必须获得不同时刻的井径曲线进行反演分析［12］;二是通过岩石力学试验取得相关力学参数，采用理论公式获得岩盐层井眼在安全蠕动速率下的泥浆密度，该方法按上覆岩层压力计算，只适用于均匀水平地应力地层［11，13］，难以在非均匀地应力条件下应用。
为此，本文建立了模拟复合岩盐层井眼蠕变缩径的有限元模型，以岩石力学试验数据为基础，采用有限元方法进行数值模拟，得出不同泥浆密度下岩盐层井径随时间变化的蠕变曲线，获得塔里木盆地羊塔克区块控制岩盐层井眼缩径的泥浆密度。
盐岩蠕变是指岩石材料的应力、应变随时间变化的性质。
所有的岩石在受到载荷作用下都会发生变形，普通岩石变形很小，基本可以忽略;但泥岩、盐膏岩等软岩却非常敏感。
盐岩蠕变主要经历瞬态蠕变(AB段)、稳态蠕变(BC段)和加速蠕变(CD 段)3个阶段(见图1)。
对钻井工程而言，岩盐层被钻开后，将发生瞬态蠕变和稳态蠕变。
盐岩的蠕变是其固有特性，与温度、应力场有关。
对某特定工区而言，地层温度、垂直地应力和水平地应力都是固有特性，在钻井过程中只能通过提高泥浆密度改善盐岩所处的应力状态，控制其蠕变速度，进而避免由于蠕变缩径导致的卡钻。
然而泥浆密度过大又易导致压差卡钻，在深井中尤其如此。
减缓岩盐层蠕变缩径还可采用欠饱和盐水泥浆，溶蚀盐岩，但此法对复合岩盐层并不适用，因为欠饱和盐水泥浆易导致复合管岩盐层井壁坍塌。
因此，合理确定钻井泥浆密度是确保复合岩盐管层安全钻进的关键问题。
从塔里木油田羊塔克地区岩盐层井段井径测井数据可知，井眼呈椭圆形，这反映出岩盐层井段地应力是非均匀的。
非均匀地应力作用下盐岩蠕变井眼缩径和套管载荷理论计算方法还不太完善，目前主要依赖于数值模拟计算［14］，且以往建立的二维平面模型不能反应砂岩—盐岩—砂岩复合岩盐层的蠕变特性及井眼缩径规律。
盐岩蠕变具有很强的非线性特征，本文采用ADINA有限元力学分析软件对其进行数值模拟，同时利用FORTRAN语言对ADINA进行了二次开发，将Heard蠕变本构方程引入，建立了复合岩盐层井眼缩径分析的三维有限元模型。
与二维平面模型不同，本模型考虑了上下砂岩层对岩盐层的限制，如图2所示。
笔者建立了多个尺寸模型，并对几何模型的大小及其网格划分进行了优化，最终选择模型长度48 m，高度48 m。
盐岩层厚度以羊塔克地区地质资料为准，为2.9 m。
考虑盐岩蠕变非线性较强，在进行网格划分时采用8结点6面体单元，如图3所示。
对岩盐层可取热弹性蠕变材料，根据羊塔克地区的岩心试验数据，其蠕变特性可采用Heard蠕变模式近似拟合。
Heard模型的本构关系如下［11］:式中:——稳态蠕变速率，1/h;E——盐岩的激能，cal/mol;R——摩尔气体常数，1.987 cal/mol·K;σ——差应力，MPa;T——热力学温度，K;A，B——流变常数。
对YT502/E盐岩岩心进行力学实验，确定出盐岩的弹性模量为4920 MPa，泊松比为0.45，对蠕变实验数据利用式(1)进行回归，确定出该盐岩蠕变参数，如表1所示。
砂泥岩的弹性模量为11549 MPa，泊松比为0.27;通过测试或解释复合盐层上、下砂泥岩地层的地应力，可反演出复合盐层的地应力状态，如表2所示;根据羊塔克地区的地温梯度，岩盐层温度为363 K。
为研究钻井液密度对井眼蠕变缩径的影响，为钻井施工提供泥浆密度设计参数，分别取泥浆密度为1.7 g/cm3、1.9 g/cm3、2.1 g/cm3，2.3 g/cm3，钻头尺寸分别取8⅟2″、9⅟2″，对井深5250 m处复合岩盐层的蠕变进行了数值模拟计算。
当钻井液密度为2.1 g/cm3时，8⅟2″钻头井眼钻开24 h后，井眼缩径变形情况如图4所示。
由图可知，在岩盐层的上部和下部由于受到砂泥岩的位移约束，因而缩径较小，盐层中部缩径最大。
记X方向为椭圆短轴方向，Y方向为椭圆长轴方向。
选取盐层中部井壁节点为考察对象，可得出不同泥浆密度下X方向和Y方向上井径随时间蠕变的曲线(见图5—图8)。
从图5—图8缩径曲线可见，随着泥浆密度的增大，井眼缩径程度减小，且当泥浆密度为2.3 g/cm3时，基本可以抑制岩盐层井眼的缩径，但是仍然存在由于盐岩初始蠕变导致的瞬态缩径。
这与钻遇岩盐层的现场施工情况是吻合的，为避免井壁初始蠕变导致的卡钻，通常采用的办法是反复划眼或采用随钻扩眼工具［11，15］。
通过对比图5—图8的缩径曲线可知，随着时间的推移，井眼缩径趋于稳定，且泥浆密度越大，趋于稳定所需的时间越短。
显然，增加泥浆密度，可有效地减少井眼缩径量，顺利安全下入套管。
羊塔克区块是塔里木盆地第一个盐下整装凝析油气藏，盐下蕴藏大量的油气资源。
YTK X井是该区块的一口评价井，该井在4800～5200 m之间第三系层位钻遇大段复合岩盐层，地层温度约100℃，根据本文的模拟结果，钻井液密度应取2.3 g/cm3以上。
该井岩盐层井段实际采用的泥浆密度为2.33 g/cm3，钻井过程未发生卡钻事故，较好地控制了盐岩的蠕变缩径，保证了套管顺利下入。
采用非线性有限元软件，建立了模拟复合岩盐层井眼蠕变缩径的三维有限元力学模型。
计算了在非均匀地应力作用下控制井眼缩径的最佳泥浆密度，计算结果与岩盐层井段实际采用的泥浆密度非常接近。
该研究成果已经在塔里木油田羊塔克区块得到验证和应用，确保了羊塔克区块岩盐层钻井安全，提高了钻井时效。
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