钻井地质基础知识

钻井地质基础知识

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1.地球及组成

地核的范围大约从地下2900公里至地心6371公里，主要是由铁镍组成。地馒的范围大约在地下33公里至2900公里之间，主要是由铁镁硅酸盐、金属氢化物和不同矿化物组成。最上面的一层硬壳，叫地壳，是由岩石组成的，又叫岩石圈。地壳的厚度各处不一：大陆上高山地区最厚可达60－75公里；大洋中一般小于10公里；平均厚度约33公里。

组成地壳的岩石，按成因的不同，分三大类：火成岩、变质岩、沉积岩。

2.地层知识

地层（stratum）

☆地质历史上某一时代形成的层状岩石成为地层，它主要包括沉积岩、岩浆岩以及由它们经受一定变质的浅变质岩。

☆地层是指在某一地质年代因岩浆活动形成的岩体及沉积作用形成的地层的总称。

☆所谓的地层是指在地壳发展过程中形成的各种成层和非成层岩石的总称。

从岩性上讲，地层包括各种沉积岩、岩浆岩和变质岩；从时代上讲，地层有老有新，具有时间的概念。）地壳中具一定层位的一层或一组岩石。地层可以是固结的岩石，也可以是没有固结的堆积物，包括沉积岩、火山岩和变质岩。在正常情况下，先形成的地层居下，后形成的地层居上。层与层之间的界面可以是明显的层面或沉积间断面，也可以是由于岩性、所含化石、矿物成分、化学成分、物理性质等的变化导致层面不十分明显。

（1）火成岩，又名岩浆岩。是高热的岩浆从地球较深处侵入地壳，或喷到地表冷凝后形成的．特点是无层次，块状，一般都很致密而坚硬。如花岗岩、玄武岩、正长岩等都是火成岩。（2）沉积岩。是母岩（即火成岩、变质岩和早期形成的沉积岩）受风吹雨打、温度的变化、生物的作用、水的溶解等因素的影响，逐渐地剥蚀、破碎，形成了碎屑物质、溶解物质和残余物质，这些物质经过流水、风力、冰川、海洋等搬运，离开了原地，在适当的条件下沉积下来，经过压实、交结、形成了沉积岩。沉积岩的特点是有层理，有化石（各种古代动植物的残骸遗体）。

（3）变质岩。是沉积岩或火成岩在地壳内部，由于物理化学因素（如高温、高压、岩浆的同化等）影响下，经过了变质作用改变了原来的成分和结构而变成新的岩石。例如石灰岩变成大理石；花岗岩变为片麻岩。变质岩中没有残存下来的化石，它与火成岩的主要差别是具有变晶结构。如片麻岩、片岩、板岩等。

岩石是由矿物组成的。组成岩石的主要矿物有十几种：如石英、长石、云母、方解石、粘土矿物等等。岩石的物理、机械性质（如硬度、塑性、研磨性的大小等）与组成岩石的矿物和胶结物的性质有密切关系。矿物硬度的比较级别如下：

1级——滑石 2级——石膏 3级——方解石，

4级——萤石 5级——石灰石 6级——正长石；

7级——石英 8级——黄玉 9级——刚玉；

10级——金刚石。

级数越高，硬度越大；目前发现的自然物质中，金刚石最硬。

3.沉积岩

（1）粘土和黄土：它是由直径0．01毫米以下的粘土矿物撤粒组成的沉积层。

（2）泥岩及页岩：粘土类的沉积物经成岩作用而形成。呈块状、厚层状者称为泥岩，呈薄片展状（层厚小于1毫米）的泥岩称为页岩；含石油沥青丰富，可提炼石油的页岩叫油页岩。

①黑色页（泥）岩、油页岩在一定条件下可成为良好的生油岩；②具有一定厚度的粘土岩又可作为油、气的良好盖层；③在少数情况下，当粘土岩中的裂缝发育时，也可作为储油（气）层；④蒙脱石粘土岩可用作石油化工产品和其它工业产品的净化剂以及石油钻井液的原料；

⑤高岭石粘土岩还是陶瓷工业、耐火工业的重要原料。

（3）砂岩：砂粒（直径为0．01－1mm的矿物或岩石的碎屑颗粒）经胶结在一起形成的岩石叫砂岩。按颗粒的大小又可细分为：

粉砂岩：颗粒直径0．01—0．1毫米

细砂岩：瞩拉直径0．1—0．25毫米

中砂岩：颗粒直径0．25一0．5毫米

粗砂岩：颗粒直径0．5—l毫米

按胶结物的不同，砂岩又分为钙质、泥质等。

砂岩一般都具有孔隙可以储存流体（油、气、水），由于岩石具有孔隙，在压力差的作用下，油、气、水能通过岩石，这种性质称为渗透性。孔隙大的砂岩与裂缝发育的灰岩亦是渗透性好的岩石。

(4）砾岩。矿物或岩石的颗粒大于1毫米者叫做砾石。按颗粒的大小不同又可分为：粗砾岩：颗粒直径大于100毫米

中砾岩：颗粒直径10—100毫米

细砾岩：颗粒直径1—10毫米

如砾石形状不一且带有棱角的，则称为角砾岩。

（5）石灰岩（碳酸盐岩）：主要由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩，主要成分为碳酸钙，基本上是由于生物和化学作用，在浅海或内陆湖泊内沉积生成，呈块状，比较致密和坚硬。根据方解石和白云石的相对含量，碳酸盐岩可分为两大类：方解石含量大于50%的为石灰岩类，白云石含量大于50%的为白云岩类。由于地壳运动的力量和地下水的侵蚀，常有裂缝和溶洞，石油与天然气就储存在这些裂缝和溶洞里。按照成分的不同，石灰岩又可分为：石灰岩、泥灰岩、白云岩、生物灰岩（由生物残骸沉积成岩）。白云岩与盐酸的反应比石灰岩弱得多。由于石灰岩在白云岩化时体积收缩，因此白云岩裂缝较发育。

4.岩层性质与钻井的关系

岩层性质与钻井的关系主要表现在以下几方面：

★影响钻进的速度与钻头的进尺；

★导致钻井过程出现复杂情况，如井漏、井喷、井塌、卡钻，影响井眼的质量，如井斜、井径不规则；进而影响到固井质量。

★使钻井液性能如：密度、粘度、失水、切力、含砂、PH等发生变化；

（1）粘土、泥岩、页岩层：一方面，对于含蒙脱石较高的泥岩，极易吸收钻井液中的自由水而膨胀，使井径缩小，造成起下钻遇阻，甚至发生卡钻，如大港的明化镇地层；另一方面，对于伊利石含量高的泥岩，吸水后会产生剥落掉块，随着浸泡时间的延长，井径扩大或造成井壁坍塌。泥质岩一般较软，机械钻速快，但容易泥包钻头，要搞好泥浆泵的维护，大井眼段争取开双泵；炭质页岩多呈薄片状，联结力弱，容易垮塌，要特别注意。

（2）砂岩：其性质依砂岩颗粒的大小、成分以及胶结物的类型有很大的差别。颗粒越细，石英颗粒越多，硅质和铁质胶结物越多则越坚硬，越易磨损钻头，如石英砂岩；泥质胶结物