塔中膏盐岩蠕变特征
层状盐岩力学特性及蠕变破坏模型
层状盐岩力学特性及蠕变破坏模型赵延林1,2,张英3,万文1,2(1.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭411201;2.湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭411201;3.湖南科技大学土木工程学院,湖南湘潭411201)摘要：以湖北云应盐矿地下600~700m 的含泥岩夹层的层状氯化钠盐岩试件为研究对象,进行常规力学实验和不同应力批次下的单轴压缩蠕变试验,发现层状盐岩是一种特殊的组合软岩,其弹性模量比较少,盐岩层横向变形能力很大.蠕变试验得出:(1)在充分长的蠕变时间内,层状岩盐蠕变的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段、加速蠕变阶段显现明显,且加速蠕变阶段持续时间较长;(2)在稳态蠕变阶段出现了夹层内陷和盐岩层外鼓现象.这种不协调蠕变将导致层面的剪切错动.建立层状岩盐蠕变破坏模型,定义层状盐岩蠕变损伤变量为盐岩试件环向拉应变与盐岩的极限拉应变之比,从理论上揭示了夹层与盐岩层蠕变特性的差异而导致盐岩层蠕变破坏机理,较好地解释了夹层首先劈裂破坏,带动盐岩互层张拉裂纹扩展的实验现象.关键词：层状盐岩;蠕变特性;蠕变试验;破坏机理中图分类号：TU452;O357.3文献标识码：A文章编号：1674-5876（2010）01-0016-05收稿日期：2009-09-24基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2007CB209400);国家自然科学基金资助项目(50774093)；煤矿安全开采技术湖南省重点实验室开放基金资助项目(2008001)通信作者：赵延林(1973-),男,湖南湘潭人,讲师,博士,研究方向:岩石力学及多场耦合.E-mail:yanlin_8@矿业工程研究Mineral Engineering Research第25卷第1期2010年3月Vol.25No.1M ar.2010能源作为国家的经济命脉具有重要的战略意义,石油、天然气等能源战略储备关系到国家的安全和社会的稳定.地下油气能源储库工程是供气(油)系统用来满足市场调峰需求的重要工程,也是关系国家能源安全的大型岩土工程.目前世界上通常将地下能源储库建造在岩盐沉积岩中,因为岩盐结构致密,孔隙率极低(0.01%~5%),渗透率约为10-17~10-21m 2,有良好的蠕变行为等优良物理特性而被世界广泛用于油气储备[1-3].但盐穴能源储库在我国还是全新的项目,为实现“西气东输”工程对长江三角洲地区安全稳定的供气,经过专业工作者结合地质、水文、工程等诸多因素的综合勘察设计,将常州盆地的金坛盐矿用以建设地下储气库[4,5].盐穴能源储库要选择岩盐纯度比较好的盐层造腔,但在我国盐丘型矿床的稀缺,盐层中经常含有平面上连续分布的夹层,这些夹层岩盐品位比较低,主要有石膏、泥页岩等组成,在层状盐岩矿床中建造油气能源储库,比厚盐丘内建造油气能源储库涉及的力学和技术问题更复杂[6].不仅要考虑溶腔的蠕变收敛性、矿柱及盖层的稳定性外,还要充分考虑层状盐岩蠕变特性的不均质性.目前,国内外对盐岩的力学特性,尤其是蠕变特性进行了大量的试验和理论分析,U.Hunsche 等[7]对盐岩蠕变本构模型作了较为详细的研究;马建春[8]对盐岩的流变特性作了系统研究;杨春和等[9]建立了互层盐岩体的Cosserat 介质扩展本构模型、陈卫忠等[10]建立了盐岩非线性蠕变损伤本构模型.层状盐岩是一种特殊的组合软岩,层状盐岩的蠕变特性及盐岩层和夹层之间的蠕变损伤破坏过程是值得深入研究[11],本文在对湖北云应盐矿地下600~700m 的层状盐岩试件进行短、长期试验的基础上,提出了层状盐岩的蠕变损伤破坏模型.可为层状盐岩矿床地下油气能源储库的安全性能评价提供理论参考[12].1层状岩盐的短、长期力学特性层状盐岩试样为含泥岩夹层的氯化钠盐岩试件,试样采自湖北云应盐矿地下600~700m 的盐岩矿床,采用地质钻机套取岩芯,由于层状盐岩含有弱面层,无法取得标准件,依据岩石力学试验标准,采用高径比为2∶1的φ90mm ×180mm 的圆柱试件,采用干式锯磨法进行全部试件的加工.1.1短期力学特性对层状盐岩、纯盐岩及泥岩进行各种常规试验得出:1)层状盐岩是一种特殊的组合软岩,其单轴抗压强度比常见岩石低,变形模量比较少,其中盐岩层横向变形能力很大,在轴向应力σ=0.5σc (σc 为盐岩试件的抗压强度)左右时,盐岩层横向变形系数可达到0.48,这其中已包含了非连续介质力学意义上的横向变形;表1为单轴压缩条件下层状盐岩的实验结果表.2)泥岩夹层的泊松比盐岩层的要小,而弹性模量比泥岩夹层要大.图1为泥岩、盐岩及层状盐岩单轴压缩应力-应变曲线,当应力达到峰值应力时,盐岩轴向应变最大,泥岩最小,而层状盐岩轴向应变值在盐岩和泥岩之间.泥岩弹性模量是盐岩的4.2倍左右,泥岩的泊松比是盐岩的0.74倍左右,在相同应力水平下,盐岩的变形比泥岩大许多,在应力水平σ=15.5MPa 时,盐岩试件的轴向应变为0.373％,而泥岩试件的轴向应变为0.08％,前者是后者的4.66倍,而单轴抗压强度泥岩只比盐岩略大,因此层状盐岩在单轴压缩应力下,其变形主要由层状盐岩中的盐岩层贡献[14].1.2长期力学特性为研究层状盐岩的长期强度,对层状盐岩试件进行中长期的单轴蠕变试验,岩石蠕变试验在岩土力学流变试验室进行,采用长春朝阳公司生产的RYL-600微机控制岩石剪切流变仪,该流变仪主要用于岩石和岩石弱面的流变试验或岩石直剪、单轴压缩、岩石双向压缩等试验,主机组合门式框架结构由轴向力加载框架、横向力加载框架、控制柜、吊车等部分组成,本试验用到的轴向力加载框架主要由机座、滚珠丝杠副、动横梁、固定横梁及轴向升降装置组成,并选用先进的日本松下全数字交流伺服高速系统,控制系统采用进口原装德国DOLI 全数字伺服控制器(图2).对层状盐岩试件按不同应力批次进行单轴蠕变实验,采用单级加载方式,将单轴抗压强度分成4级,第1~4批次分级应力分别为σ1=8MPa,σ2=11MPa,σ3=14MPa,σ4=16M Pa,蠕变进行时间在120~160d 之间;同一应力批次下设计5个岩样,加工后的试样侧面光滑,端部平整度0.05%以下,符合《国际岩石力学试验规程》要求.图3为加载应力11M Pa 下,层状盐岩试件2#的蠕变试验曲线,在此应力水平下,蠕变时间在0~130d 内,层状盐岩的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段及加速蠕变阶段均显现.衰减蠕变阶段历时大约为15d,衰减蠕应变占总蠕应变的70%~80%,稳态蠕变阶段持续很长,稳态蠕变率在6.07×10-6d -1左右,在t =130d 左右,蠕变进入加速阶段,约持续12d 后,试件破坏.图4为加载应力16M Pa 下,蠕变时间在0~160d 内,层状盐岩试件4#的蠕变试验曲线,在应力水平下,衰减蠕变阶段历时约30d,定常蠕变率3.7×10-5d -1,加速蠕变阶段从t =127d 开始,加速蠕变历时33d 后,试件破坏.表1单轴压缩条件下层状盐岩试件实验结果表Tab.1Experimental results oflayered rock salt samples under uniaxial compression单轴抗压强度σc /MPaσ=0.5σc出现宏观裂缝时泊松比μ轴向应力σv /M Pa 轴向应变ε/%22.80.4816.50.45切线模量E /GPa8.1图2层状岩盐单轴蠕变试验装置Fig.2Uniaxial static creep test of layered rocksalt试验发现层状岩盐试件蠕变具有2个显著的特征:(1)稳态蠕变阶段,由于泥岩夹层与岩盐蠕变率存在差异,具有强流变性的盐岩蠕变率要大于泥岩夹层的蠕变率,在稳态蠕变阶段出现了试件夹层内陷和盐岩层外鼓的现象.这种不协调的蠕变将导致层面的剪切错动,在层状盐岩中建立油气储库,这种不协调的蠕变将导致盐岩与夹层间错动,为油气渗漏提供了通道.图5为层状盐岩蠕变不均质性而导致层间蠕变破坏示意图.(2)与其它岩石相比,层状盐岩的加速蠕变阶段持续时间较长,加载应力在11~16MPa时,加速蠕变阶段持续在10~32d之间.岩盐晶体中存在易于劈裂的解理面,在外力作用下很容易沿平行于解理面的平面裂开成立方体,盐岩层一般在蠕变初期就能形成微裂隙,逐渐发展,稳态蠕变阶段时裂隙基本上达到稳定,当蠕变进入加速阶段时,发现在许多层状盐岩试件中,夹层首先劈裂破坏,带动互层处盐岩层张拉破坏,最终盐岩层因轴向张拉裂纹劈裂而失效[14,15].图6为层状盐岩试件4#在实验前和蠕变破坏后的对比示意图.用唯象流变理论来研究试验结果,采用5次多项式对2#,4#试件的蠕变数据进行曲线拟合.得出了湖北云应盐矿层状盐岩试件2#,4#的蠕变拟合方程为ε(t)=C5t5+C4t4+C3t3+C2t2+C1t+C0.(1)拟合参数见表2.2层状岩盐蠕变损伤破坏模型层状岩盐试件蠕变试验发现蠕变破坏时,夹层泥岩首先劈裂破坏,裂纹逐渐扩展到盐岩层部分,带动盐岩层的张拉裂纹扩展.图7为夹层带动盐岩层张拉裂纹扩展破坏图.为深入研究这种蠕变破坏的力学机理,本文尝试建立层状岩盐蠕变损伤破坏模型.层状岩盐是由岩盐层和夹层组成的一个组合系统.根据层状盐岩的结构及蠕变力学特征,建立组合蠕变力学模型.假定各岩层的蠕变规律均符合Burgers模型但各岩层的蠕变参数相异;且组合系统的总变形量等于各岩层子系统的变形量之和.层状岩盐组合蠕变模型可用图8来表示.在施加常应力σ=σ0作用下,岩盐层的变形量为ε1(t)=J1(t)σ0=tη2+1E0+1E1[1-exp(-E1η1t)!"]σ0.(2)夹层的变形量为NaCl盐岩高盐分泥岩夹层图5层状盐岩各层间蠕变破坏示意图Fig.5Schematic diagram of creepfailure of each interlayer of bedded rocksalt(a)实验前(b)蠕变破坏后图6层状岩盐试件4#Fig.6Bedded rock salt specimen4#表2蠕变拟合参数Tab.2Fitting parameters of creep应力水平/MPa C0C1C2/10-3C3/10-4C4/10-6C5/10-911.0-0.1680.140-5.7 1.0-1.0 6.016.0-0.2080.139-6.1 1.0-1.08.0图7层状岩盐蠕变破坏Fig.7Creep failure of bedded rock saltspecimenε2(t)=J2(t)σ0=tη'2+1E'0+1E'1[1-exp(-E'1η'1t)]σ0.(3)组合系统的总变形量:ε(t)=ε1(t)+ε2(t).(4)当t=t r,夹层首先达到应变极限值εe,这时岩盐层所产生的轴向应变值为ε1(t r)=εe1J2(t r)J1(t r).(5)单轴压缩条件下,此时盐岩层的环向拉应变为εr(t r)=μJ1(t r)σ0,(6)式中,μ:盐岩的泊松比.当夹层达到应变极限值εe时,破坏后夹层出现弹性卸载,而进入塑性变形阶段,出现宏观破坏,同时伴随着体积膨胀和顺层变形,对相对完整的岩盐层形成拉应力作用,图9为夹层破裂时,层状盐岩受力状态示意图.夹层劈裂错动对互层附近盐岩产生的拉应力可用下式表示:σt(t)=β(t)σ0tanφ,(7)式中,tanφ:互层界面的摩擦系数,β(t):时间相关的影响函数在0~1之间.可用下式表示:β(t)=1-e-λ(t-t r).(8)单轴压缩条件下,由σt对盐岩层产生的附加环向拉应变为Δεr(t)=σtE0=β(t)σ0tanφE0.(9)盐岩环向拉应变可表示为εr(t)=μJ1(t r)σ0t<t rεr(t)=μJ1(t r)σ0+β(t)σ0tanφt≥t r≥≥≥≥≥≥≥≥≥.(10)当盐岩层的环向拉应变εr(t)达到盐岩的极限拉应变ε(t)时,层状盐岩失效破坏.定义层状盐岩蠕变损伤变量D为盐岩环向拉应变εr(t)与盐岩的极限拉应变εt之比:D=εr(t)εt=D1=μJ1(t r)σ0εtt<t rD1+D2=μJ1(t)σ0+β(t)σ0tanφE0tt≥t r≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥.(11)蠕变损伤变量D表征了层状盐岩随时间的损伤演化过程,当t<t r时,夹层没有破裂,夹层不会对盐岩产生损伤;t≥t r时,夹层劈裂错动对盐岩产生损伤,图10为层状盐岩蠕变损伤变量的特征演化曲线,其中D2表征夹层劈裂错动对盐岩产生损伤.图10显示了在,蠕变损伤是由盐岩晶粒错动而导致,夹层对盐岩的蠕变损伤没有贡献,t≥t r时蠕变损伤D来自两部分D1,D2,一部分为盐岩层自身D1,另一部分来自夹层破裂而导致的蠕变损伤D2.3结论1)层状盐岩是一种特殊的组合软岩,变形模量比较少,盐岩层横向变形能力很大;层状盐岩在单轴压缩Mechanical properties of bedded rock salt and creep failure modelZHAO Yanlin 1,2,ZHANG Ying 3,WAN Wen 1,2(1.Hunan Provincial Key Laboratory of Safe M ining Techniques of Coal M ines,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201,China;2.School of Energy and Safety Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201,China;3.School of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201China)Abstract ：Taking the Sodium Chloride rock salt specimens containing mudstone interbed,located at 600~700m level of Yunying salt-mine in Hubei Province as the research objects,the conventional mechanical tests on the specimens and uniaxial compression creep tests on the specimens under multi batch stress levels were performed.The conventional mechanical tests obtained the result that the bedded rock salt is a kind of special combined soft rock,its elastic modulus is comparative little,but lateral deformation of the rock salt is great under uniaxial compression stress state.Through creep experiments,the results were obtained as follows:(1)If the duration of creep is enough long,the attenuation creep stage,the steady creep stage and the accelerative creep stage are appeared during the bedded rock salt creep,with the accelerative creep stage last longer compared with other rocks.(2)The phenomenon of invagination of interlayer and bulge of rock salt is found at the steady creep stage.Uncoordinated creep deformation may lead to shear dislocation in the interbed.Creep failure model of bedded rock salt is also established in which the damage variable is viewed as the ratio of the ring tensile strain of specimens and ultimate tensile strain.M echanism of creep failure in the rock salt strata induced by the differences in creep characteristics of the interlayer and that of rock salt theoretically is revealed.The experimental phenomena that the interlayer splits failure firstly,then the failure of interlayer driving tension cracks propagating in interbedded rock salt is reasonably explained.Key words ：bedded rock salt;creep characteristics;creep test;failure mechanism下,其变形主要由层状盐岩中的盐岩层贡献.2)盐岩层蠕变率要大于泥岩夹层的蠕变率,泥岩夹层和盐岩层不协调的蠕变将导致层面剪切错动.3)在充分长的蠕变时间内,层状岩盐蠕变的3个阶段中加速蠕变阶段显现明显,且加速蠕变阶段持续时间较长.4)层状岩盐蠕变损伤破坏模型从理论上揭示了夹层与盐岩层蠕变特性的差异而导致盐岩层蠕变渐进破坏,较好地解释了夹层沿轴向首先劈裂破坏,然后裂纹扩展到盐岩层部分,带动盐岩层张拉破坏.参考文献:[1]Thorms R L,Gehle R L.A brief history of salt cavern use[M ].USA:SM RIFall Meeting,2000.[2]Cosenza P H,Ghoreychia M .In situ rock salt permeability measurementfor long term safety assessment of storage [J].International Journal of Rock Mechanics and M ining Sciences,1999,36(2):509-526.[3]谭羽非,陈家新.国外盐穴地下储气库的建设及研究进展[J].油气储运,2001,20(1):6-8.TAN Yufei,CHEN Jiaxin.The construction and development of foreign underground gas storage caverns in salt formations[J].Oil and Gas Storage and Transportation,2001,20(1):6-8.[4]李建中.我国建设盐穴地下储库工程的可行性[J].岩石力学与工程学报,2002,21(s):2254-2256.LI Jianzhong.Feasibility of underground salt cavern storage[J].Chinese Journal of Rock M echanics and Engineering,2002,21(s):2254-2256.[5]丁国生.具有广阔前景的盐穴地下储备库技术[J].地学前缘,2003,10(4):352-352.DING Guosheng.Technique of underground storages in salt caverns with capacious foreground[J].Earth Science Frontiers,2003,10(4):352-352.[6]杨春和,白世伟,吴益民.应力水平及加载路径对盐岩时效的影响[J].岩石力学与工程学报,2000,19(3):270-275.YANG Chunhe,BAI Shiwei,WU Yimin.Stress level and loading path effect on time dependent properties of salt rock[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2000,19(3):270-275.[7]Hunsche U.Measurement of creep in rock salt at small strain rates[G].The mechanicl behavior of sah proceedings of the second conference.Germany:Trans Tech Publications,1984.[8]马建春.盐岩流变特性的研究[D].重庆:重庆大学,1995.M A Jianchun.Study on rheological behavior of rock salt[D].Chongqing:Chongqing University,1995.[9]杨春和,李银平.互层盐岩体的Cosserat 介质扩展本购模型[J].岩石力学与工程学报,2005,24(23):4226-4232.YANG Chunhe,LI Yinping.Expanded Cosserat medium constitutive model forlaminated salt rock[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2005,24(23):4226-4232.[10]陈卫忠,王者超,伍国军,等.盐岩非线性蠕变损伤本构模型及其工程应用[J].l 岩石力学与工程学报,2007,26(3):467-472.CHEN Weizhong,WANG Zhechao,Wu Guojun,et a1.Nonlinear creep damage constitutive model of rock salt and its application to engineering [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(3):467-472.[11]赵延林.层状岩盐储库气体渗漏固气耦合模型及储库稳定性研究[D].太原:太原理工大学,2006.ZhaoYanlin.Study on the solid and gas coupling model of gas seepage in layered rock salt storage and the stability of storage[D].Taiyuan:Taiyuan University of Technology,2006.[12]卻保平.含高盐分泥岩夹层的盐岩蠕变特性及油气储库稳定性研究[D].太原:太原理工大学,2006.XI Baoping.Study on creep property of roc k salt with salt-mudstone interlayer and stability of oil and gas storage cavern[D].Taiyuan:Taiyuan University of Technology,2006.[13]徐涛,唐春安,王述红.岩石破裂过程围压效应的数值试验[J].中南大学学报(自然科学版),2004,35(5):840-844.XU Tao,TANG Chunan,WANG Shuhong.Numerical tests on confining pressure effect in rock failure process[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2004,35(5):840-844.[14]刘江.层状盐岩力学特性试验研究及其理论分析[D].武汉:中国科学院武汉岩土力学研究所,2006.LIU Jiang.Experimental investigation and theoretic analysis on the mechanical properties of layered rock salt[D].Wuhan:Institute of Rock and Soil Mechanics,Chinese Academy of Sciences,2006.[15]吕明.各种地下油气储存峒室及相关的岩石力学问题[C]//油气地下储库国际学术报告会论文集.北京,2004.LU咬Ming.Types of underground oil/gas storage caverns and related rock mechanics problems[C]//Proceedings of International Workshop on Underground Storage of Oil and Gas in Rock Caverns.Beijing,2004.。
深井石油套管盐膏岩层蠕变挤压应力计算研究
5结论
例，就盐膏层蠕变挤压应力进行了计算分析。结果表明，研究成果与实际观察到的现象相吻合。
关键词 盐岩力学，管损，计算分析
分类号 TE 21
文献标识码 A
文章编号 1000-6915(2002)04-0595-04
1前言
加的蠕变挤压应力是必然的。因此，井管蠕变挤压 应力计算分析研究对盐岩地区石油钻井十分重要。
第 21 卷 第 4 期
曾义金等. 深井石油套管盐膏岩层蠕变挤压压力计算研究
σ 与体积蠕变压缩率比值表述。由此导得蠕变压缩
最大蠕变时步计算式如下：
100
σρ
Δ
t
cr max
=
KB0 (eB1 σ
− 1) eB2ρ
(5)
80
60
• 597 •
盐岩蠕变应力/ MPa
4 分析模型在盐膏层蠕变压力中的 计算实例
性。根据盐岩的蠕变特性，选用幂指数本构模型，
其形式为
ε&s = Dσ en (−Q R T)
(2)
式中：D，n 为材料常数；R 为气体常数；Q 为活动
能量；T 为温度。
体积变形部分设定为弹性，由弹性基本理论决
定：
ε&kk
=
σ& kk 3K
(3)
在 FLAC3D 计算分析中，作蠕变分析时，计算
中所给时步代表真实时步。在蠕变等时间相关计算
塔河油田盐膏层钻井技术分析
塔河油田盐膏层钻井技术分析摘要：塔河油田一般为深井和超深井，盐膏层分布范围广，埋藏深，钻井难度大，特别是深井盐膏层和复合盐层钻井，是一个复杂的钻井技术难题，在钻井过程中钻遇盐膏层，极易发生井下复杂情况，要克服盐上钻进、盐上承压堵漏、盐层钻进、扩孔、聚磺欠饱和盐水钻井液维护、穿盐层后下入复合套管等各项技术难题。
关键词：盐膏层；蠕变；承压堵漏；聚磺欠饱和盐水钻井液；井漏中图分类号：te242 文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）05-（页码）-页数一、塔河地质状况及井身结构1.1 地质特征塔河油田主要位于阿克库勒凸起区块，本区南部寒武-奥陶系烃源岩具有长期生油、多期供油的特点，处于南侧烃源区油区油气向阿克库勒凸起高部位运移的路径上，是油气长期运移聚集的有利地区。
1.2 井身结构针对阿克亚苏区块盐层的结构特点，为了增大完井井眼尺寸，为以后的开采创造有利条件，采用盐下井井身结构。
一开使用660.4mm 钻头钻至井深300.00m，下508mm套管，封固上第三系库车组欠压实、易分散造浆、易水化膨胀、易阻卡地层；二开使用444.5mm钻头钻至3200m，下339.7mm套管，封固上部松软地层；三开使用311.2mm钻头钻穿盐上及盐层，下244.5mm+273.1mm复合尾管；四开使用149.2mm钻头钻达设计目的井深，先期裸眼完井。
二、盐膏层钻井技术措施针对盐膏层易蠕变、易溶解、易垮塌，并易挤毁套管等特点，从而给钻井施工带来了困难，其中有以下几方面技术要点：针对盐膏层蠕动的特点，我们认真调研并按照设计要求，在5000m 井段完成了钻井液转换工作，盐膏层钻穿后，下部井段的施工将是本开次及全井的难点和重点，因为三开井段同时揭开石炭系巴楚组盐膏层、志留系柯坪塔格组、奥陶系桑塔木组，存在多套不同压力系统。
钻进过程中，制定了严格的技术措施：（1）严格按设计下入钻具组合，并尽可能简化钻具组合，严把钻具入井关，二级以下钻杆杜绝入井。
盐岩蠕变特性及其非线性本构模型
盐岩蠕变特性及其非线性本构模型王军保;刘新荣;郭建强;黄明【摘要】为了研究盐岩的蠕变特性,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了三轴压缩分级加载蠕变试验.试验结果表明:在围压一定的情况下,随着轴向应力增大,盐岩瞬时应变、蠕变应变以及蠕变速率等均随之增大,同时进入稳态蠕变阶段所需要的时间逐渐延长;等时应力-应变曲线显示,盐岩蠕变具有非线性特征,且其非线性程度与蠕变时间和应力水平有关,蠕变时间越长、应力水平越高,非线性程度越高.基于非线性流变力学理论,提出了一种非线性黏滞体,其黏滞系数是所加应力水平和蠕变时间的函数,将非线性黏滞体替换常规Burgers模型中的线性黏滞体,建立了可描述盐岩非线性蠕变特性的MBurgers模型,并根据盐岩蠕变试验结果,采用曲线拟合法对MBurgers模型的参数进行了反演识别.拟合曲线和试验曲线对比显示,两者吻合良好,误差较小,说明该模型可以描述盐岩的蠕变特性.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2014(039)003【总页数】7页(P445-451)【关键词】盐岩;蠕变特性;非线性模型;参数识别【作者】王军保;刘新荣;郭建强;黄明【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;重庆大学土木工程学院,重庆400045;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;福州大学土木工程学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TD313;TU45Key words:salt rock;creep properties;nonlinear model;parameters identification蠕变特性作为盐岩典型的力学性质之一,是影响盐岩地下储存库长期稳定性、安全性以及可用性的关键因素。
由于盐岩在能源地下储存方面的重要地位,近年来国内外学者对盐岩蠕变特性及其本构模型进行了较多研究。
塔中地区深层寒武系盐下白云岩储层特征及主控因素
塔中地区深层寒武系盐下白云岩储层特征及主控因素倪新锋;黄理力;陈永权;郑剑锋;熊益学;朱永进;杨鹏飞;李昌【摘要】塔中地区东部深层寒武系盐下白云岩勘探取得重大发现,但针对该层系白云岩储层的研究尚属空白.利用钻井、岩心、薄片、扫描电镜、测井及三维地震资料,对塔中寒武系盐下白云岩产层的储层类型、特征、主控因素及展布规律开展探索性研究,认为塔中寒武系盐下白云岩主要发育颗粒滩相白云岩储层和潮坪相膏云岩储层.颗粒滩相白云岩储层主要发育在下寒武统肖尔布拉克组以及中寒武统沙依里克组上段,岩性以台内藻砂屑滩相颗粒白云岩、藻白云岩及粉细晶白云岩为主,明显受岩相控制,形成于准同生期,并受后期层间岩溶作用改造优化.潮坪相膏云岩储层主要发育在中寒武统阿瓦塔格组及沙依里克组下段,岩性以含膏云岩、泥粉晶云岩、膏云质角砾岩为主,明显受岩相及裂缝控制,形成于准同生期,并受后期有机酸溶蚀作用形成微孔型储层.目前而言,下寒武统肖尔布拉克组台内藻砂屑滩相颗粒白云岩储层是最现实的勘探领域.%Studies on the Cambrian pre-salt dolomite reservoirs is still rare in eastern Tarim Basin,although the exploration there has made great discovery.Research on reservoir types and characteristics,main controlling factors and distributions of the Cambrian pre-salt dolomite reservoirs were presented on the basis of drillingdata,cores,thin section SEPM,logging and 3-D seismic data.The results show that grain dolomite reservoir of beach facies and gypsodolomite reservoir of tidal fiat facies are two main reservoirs in the pre-salt dolomite of Cambrian in Tazhong Block,Tarim Basin.The former exists in the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation and the Middle Cambrain Upper Shayilike Formation.Lithologies include algae granular dolomite fromshoals in platform proximate,algae dolomite and silty crystalline do lomite,and were mainly controlled by facies.The reservoir quality are mostly inherited from deposition and the porosity was improved by the later interlayer Karst processes.The latter mainly exists in the Middle Cambrian Awatage Formation and Middle Cambrain Lower Shayilike Formation.Lithology include gypsiferous dolostone,silty crystalline do lomite,gypsodolomite breccia and they were controlled by both petrography and later fracturing.For its microporous reservoir,the matrix formed during deposition while micropores formed due to later organic acid dissolution.Nowadays,the favorable objectives are most likely to be grain dolomite reservoirs of beach facies in Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation.【期刊名称】《石油与天然气地质》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】10页(P489-498)【关键词】储层特征;盐下白云岩;寒武系;塔中地区;塔里木盆地【作者】倪新锋;黄理力;陈永权;郑剑锋;熊益学;朱永进;杨鹏飞;李昌【作者单位】中国石油杭州地质研究院,浙江杭州310023;中国石油碳酸盐岩储层重点实验室,浙江杭州310023;中国石油杭州地质研究院,浙江杭州310023;中国石油碳酸盐岩储层重点实验室,浙江杭州310023;中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000;中国石油杭州地质研究院,浙江杭州310023;中国石油碳酸盐岩储层重点实验室,浙江杭州310023;中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000;中国石油杭州地质研究院,浙江杭州310023;中国石油碳酸盐岩储层重点实验室,浙江杭州310023;中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000;中国石油杭州地质研究院,浙江杭州310023;中国石油碳酸盐岩储层重点实验室,浙江杭州310023【正文语种】中文【中图分类】TE122.2塔里木盆地塔中地区东部深层寒武系盐下白云岩勘探取得重大发现，在中深1井中寒武统阿瓦塔格组和沙依里克组以及下寒武统肖尔布拉克组获高产工业油气流，连续生产407天，累产气约1.26×107 m3。
盐岩层钻井中盐岩蠕变量的研究与应用
盐岩层钻井中盐岩蠕变量的研究与应用近几年来，钻井工程建设对我国的经济发展起着越来越重要的作用，然而，在能源勘探方面，研究人员遇到了一个难题盐岩的蠕变特性。
盐岩蠕变性质很复杂，可以说是极不可预测的，使得它们在垂直方向上的运动非常快，可以影响钻井过程中钻具和套管的安全和正常使用。
因此，对盐岩钻井中蠕变变量的研究和应用，科学家也在探索着钻井中盐岩蠕变变量的研究与应用，以更好地支持钻井工程建设过程中的安全运行。
首先，为了研究盐岩蠕变变量及其特性，我们需要对多种不同的盐岩进行测试和评估，考察其蠕变特征。
研究者经常会分析不同岩石层的盐岩蠕变特征，以更好地研究其蠕变特性，如蠕变温度、蠕变强度及蠕变系数的变化等。
其次，为了更好地研究盐岩蠕变变量，研究者采用了各种各样的实验和测试技术，如X射线衍射技术、差示扫描量热法等，以确定盐岩层的密度、粒度分布等影响其蠕变特性的变量。
此外，研究者还可以采用盐岩蠕变变量的有效技术，以预测盐岩钻井的运行状态，避免出现危险情况，如地震作用、岩石层破裂或改变等。
地质局经常采用模拟计算机建模技术，来预测盐岩钻井运行中钻具和管道的受力变化。
此外，基于盐岩蠕变变量的分析和研究，研究者也开发出了灵活机动的特殊钻具和管道，来支持盐岩钻井工程的安全运行。
在盐岩蠕变变量的研究和应用方面，科学家们还在开展着系统的研究和开发，以更快的节奏改善盐岩钻井的运行安全性。
举例来说，研究者也正在开发出基于盐岩蠕变变量的钻井控制和计算机程序，以提高盐岩钻井运行的质量和效率。
此外，研究者也在研究应用不同泥岩层中的松软土质材料，以实现更快速的盐岩钻井运行。
总的来说，研究盐岩钻井中蠕变变量的研究及其应用，对于更好地支撑钻井工程的安全运行是非常重要的，这也是研究者们正在开展的系统的工作内容。
今后，研究人员还将更深入地研究钻井中盐岩蠕变变量的研究和应用，以及它们与环境因素（如温度、压力等）之间的关系，为我们建立一个安全可靠的盐岩钻井环境，为我们的能源勘探和生活所用。
盐膏层钻井
井钻至 2452.28 米钻遇“软泥岩”，密度 1.82g/cm3 ，
进尺仅 0.85 米，发现转盘负荷变重，停转盘上提即卡 ，160-210吨（原悬重128吨）范围内震击45次未解卡
“软泥岩”的实钻特征分析
3 、在“软泥岩”段，一旦发生卡钻事故，采用泡解卡剂、
泡淡水，随钻震击均无效果，只有采用爆炸松扣、套 铣倒扣或填井侧钻的方法。如东秋５井在2452.28米卡 钻后，随钻震击器 160-210 吨上击 45 次，泡解卡剂 3 次， 泡淡水一次均不能解卡 4 、钻过“软泥岩”后，如果井筒液柱压力仍不能平衡 “软泥岩”的塑性变形，则在“软泥岩”段起下钻就 会有阻卡现象。如群 5 井钻过“软泥岩”段后，密度
第三系复合盐层的岩性分析
“软泥岩”存在于盐层、膏层或膏泥岩层中间
第三类型复合盐层：以盐岩、含盐膏软
，一般厚2-6米，单层最大厚度为31米，其主成分
泥岩、石膏岩、膏泥岩为主，中间夹薄层泥岩 大厚度70米(南喀1井)
、泥质粉砂岩。盐层成厚薄不等分布，单层最
为褐色泥岩，具有含盐膏、欠压实、含水量大、
强度低、可钻性好和易塑性流动等特点，当钻井
下部为厚层、巨厚状盐岩夹薄层泥岩，底部厚层状
粉砂质泥岩及泥岩
寒武系复合盐层的岩性分析
巴楚地区盐膏层含有较多的可溶盐，且可溶
寒武系复合盐层在巴楚隆起、塔中地
区都有分布，它们都是碳酸盐台地内彼此 盐中以氯化物和硫酸盐为主，即可溶盐主要是石
分割的泻湖相沉积。岩性为灰白色盐岩与 盐和石膏。含石膏多的地层少量的吸水就可导致
1 、“软泥岩”上覆的石膏层、膏泥岩层钻时一般比“软 泥岩”的钻时约高出一倍以上。如东秋5井膏泥岩层钻
时为83-158分/米，软泥岩钻时为64-13分/米
层状盐穴储库中三种典型岩石蠕变特征
层状盐穴储库中三种典型岩石蠕变特征张强星; 刘建锋; 廖益林; 吴池【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)028【总页数】7页(P297-303)【关键词】盐岩; 杂质成分; 蠕变; 长期强度【作者】张强星; 刘建锋; 廖益林; 吴池【作者单位】四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065; 中国市政工程中南设计研究总院有限公司武汉430010【正文语种】中文【中图分类】TU45盐岩因其具有低渗透性、低孔隙度、良好的损伤自恢复以及蠕变大变形等特性,被众多国家视为石油和天然气等能源地下储备建设的理想介质,因此,研究长期荷载下盐岩的蠕变特性对于盐岩储库的建设与长期运营具有重要意义[1]。
文献[2—4]通过大量的单一加载蠕变实验和分级加载蠕变实验,对纯盐岩在初始和稳态蠕变两个阶段的特性进行了分析研究,而杂质盐岩受杂质成分、含量以及内部结构等影响,其物理力学性质比较复杂。
Francis等[5]研究了杂质对帕洛杜罗盆地的盐岩蠕变特性的影响,发现杂质成分主要是泥岩和硬石膏,通过实验发现:硬石膏含量的上升显著降低盐岩稳态蠕变率及对应的轴向应变,而盐和泥岩的含量与蠕变特性并无显著关联；Bruno[6]对美国部分盆地层状盐岩力学特性进行了分析,发现杂质主要为硬石膏、泥岩、白云岩及石灰岩,通过大量的实验研究发现,二叠纪盆地杂质盐岩的弹性模量变化范围在2.2 GPa(泥岩)至59 GPa(硬石膏),单轴压缩强度变化范围为11.2 MPa(泥岩)至148.1 MPa(硬石膏)变化不等。
中国盐穴储库典型岩石以高盐分泥岩、石膏、钙芒硝等盐类夹层为主,岩性的不同造成岩层的强度、变形等物理力学特性存在差异,这些因素会造成储库盐岩层间的变形不协调从而影响其密闭性和安全性。
陈峰等[7]针对中国盐丘夹层多、盐层薄的特点,关注了夹层对盐岩蠕变特性的影响,对比含夹层盐岩及纯盐岩,发现前者的稳态蠕变率对于偏应力的变化更加敏感；郤保平等[8，9]对湖北应城盐岩进行了蠕变试验,指出了层状盐岩的蠕变率与其组分、结构密切相关,盐岩组分、结构不同,其蠕变应变和应变率均不同,并对高盐分泥岩夹层盐岩进行了蠕变参数拟合；周志威等[10]研究层状盐穴储气库中不同岩性之间变形不协调的问题,发现盐岩的塑性变形能力、流变特性明显强于含盐泥岩,因加载应力产生的瞬时应变量均呈先减小后增大的趋势；吴池等[11]对不同杂质含量盐岩进行室内三轴蠕变试验发现高杂质盐岩体积应变低于低杂质盐岩,并基于室内试验结果提出合杂质的盐岩分数阶非定常蠕变模型；梁卫国等[12]考虑了盐岩矿物成分、荷载水平对蠕变性能的影响,得出氯化钠盐岩与钙芒硝盐岩相比较,前者的蠕变速率高于后者两个数量级,且两者的蠕变速率均受单轴应力水平的影响；李萍等[13]指出,对比膏盐岩、纯盐岩的稳态蠕变率明显较高,其中的内因便是二者固有矿物成分的差异性。
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塔中膏盐岩蠕变特征
塔中膏盐岩是一种特殊的岩石，它是由盐水在地下长期沉积形成的。
在地质漫长的时间里，塔中膏盐岩经历了多次地质变化，其中最重要的就是蠕变。
蠕变是指岩石在长期的应力作用下发生的形变现象。
在塔中膏盐岩中，蠕变是一种非常普遍的现象。
由于盐岩的特殊性质，它在受到应力作用时会发生流动，这种流动就是蠕变。
塔中膏盐岩的蠕变特征主要表现在以下几个方面：
1. 塑性变形
塔中膏盐岩在受到应力作用时，会发生塑性变形。
这种变形是一种流动性的变形，它会使岩石的形状发生改变。
在塔中膏盐岩中，塑性变形是一种非常普遍的现象。
2. 蠕变速率
塔中膏盐岩的蠕变速率非常缓慢，通常需要数年甚至数十年的时间才能发生明显的变化。
这是因为盐岩的流动性很强，但是它的黏度很高，所以需要很长时间才能发生明显的变化。
3. 蠕变方向
塔中膏盐岩的蠕变方向通常是沿着应力方向发生的。
这是因为在受
到应力作用时，盐岩会沿着应力方向发生流动，从而形成蠕变。
4. 蠕变形态
塔中膏盐岩的蠕变形态通常是流线状或波浪状。
这是因为在受到应力作用时，盐岩会沿着应力方向发生流动，从而形成流线状或波浪状的形态。
塔中膏盐岩的蠕变特征是非常显著的，它是由盐水在地下长期沉积形成的特殊岩石，在地质漫长的时间里经历了多次地质变化，其中最重要的就是蠕变。
了解塔中膏盐岩的蠕变特征对于研究地质学和工程学都有着重要的意义。