深水井浅层地质灾害分析左建文

深水井浅层地质灾害分析左建文

左建文

河北省煤田地质局第二地质队河北邢台054000

摘要：浅层水流是一种严重的深水钻井地质灾害，会延长钻井作业的非生产时间造成巨大的经济损失，甚至导致井和平台废弃。浅层水流的概念和种形成机理着重描述了异常压力砂体机理，从而加深了对浅层水流灾害的认识，为研究浅层水流灾害的识别预测方法以及处理方法奠定了基础。地震波速度对浅层灾害的预测起着非常关键的作用，速度场技术结合了横向分辨率较高的地震资料和纵向分辨率较高的井资料，为速度的准确求取奠定了基础，也为浅层地质灾害的预测提供了科学的依据。

关键词：深水地质灾害分析

1浅层水流灾害

由于深水地质环境的特殊性和复杂性，深水钻井面临着诸多挑战，浅层水流灾害已被公认为是深水钻井面临的最严重问题之一，它具有分布广泛，破坏性大，难以控制和解决的特点，解决办法，现阶段主要采取钻前预测避开浅层水流区域和用管柱封隔浅层水流区域的方法，而且被封隔住的浅层水流区域在一段时间后由于封隔不牢固或管柱弯曲破裂可能再次爆发浅层水流灾害因此，为避免在超深水钻井作业过程中由浅层地质灾害带来的巨大损失、防范安全事故的发生，确保钻井进程顺利实施。在钻井开始之前对井场区域可能存在的浅层地质灾害事故进行正确认识和评估，显得非常有必要。

2引发浅层地质灾害的主要种类分析

由于超深水钻井所涉及的钻井环境温度特殊，钻井液及水泥浆用量大，海底泥页岩的活跃，稳定性差、破裂压力梯度低并伴随有浅层流体以及气体水合物的形成等一系列问题，给作业带来了诸多困难。越来越多的海洋地质灾害事件也说明了这一点。

目前，超深水钻井过程中可能引起的工程地质灾害因素包括海底滑坡、浅部断层、浅层气、天然气水合物、浅层高压水流、古河谷、泥穿刺与泥火山、异常高压、埋藏古河道和潮流沙脊等。而能够引起浅层地质灾害的流体主要是海底浅层气、天然气水合物和浅水流这三种，因此，本文主要对以上三类地质灾害进行了分析。

2.1浅层气

浅层气是指海床1000m以下浅聚积的有机气体，它是大量陆缘碎屑物质带来的丰富的生物碎屑和有机质，在海底沉积时，经甲烷菌分解逐步转化成气体而形成的浅层气藏。海底浅层气主要分布于河口与陆架海区，我国各大河口与陆架海区均有广泛分布，尤以南海浅层气的分布更为典型，如北部湾盆地、莺歌海盆地、琼东南盆地、万安盆地、珠江口盆地、台西南盆地，以及油气富集的广大海区均分布有浅层气。

浅层气一旦生成，它在岩层中时刻都在运移与聚集，因为它不断受到上覆水层、土层、岩层压力的作用，这一作用过程对浅层气的运移极其重要，在经过一定地质时期的运移与聚集后，浅层气一般会被稳定地埋藏于海底之下。通常，浅层气以4种形态赋存于海底（图2-1）。

1）层状浅层气：海底埋藏着的古湖泊、古河道、古三角洲地区，沉积物中的有机质分解成的气体，与沉积物相伴生，呈大面积的层状分布；

2）团（块）状浅层气：由于海区各地沉积物中富集的有机质的含量不同，沉积物孔隙率的大小不同，浅层气通常不是均匀分布的，常常成团（块）地相对富集于某一区块或某几个区块；

3）高压气囊：深部天然气沿岩层的孔隙、裂隙、断层面上升到海底浅部，为不透气层（如粘土）覆盖，随着时间的推移，压力越来越大，形成高压气囊；

4）气底辟：高压气囊在长期强大的压力下，向上部覆盖层的薄弱处冲挤，出现气底辟。图展示了高压气囊先后发生的2次气底辟，浅层气上升了2个层位，它们最终将会冲破全部覆盖层向海底直接喷逸，导致钻井过程中安全事故的发生。

2.2次生裂缝

次生裂缝机理是指在套管鞋处由于井筒压力大于地层压力致使地层被压裂并形成裂缝，井筒内的钻井液携带着岩屑和地层中的砂泥屑形成的砂水流在超深水钻井过程中，天然气水合物的分解可以产生170多倍的体积增加量，它可能导致地层抗压强度变弱，井眼扩大、固井失败以及井眼清洁方面的问题。深水钻井作业中，天然气水合物的形成不仅是一个经济问题，更是一个安全问题。海底附近或井中溶解的水合物受到冷却后易在隔水管和压井阻流管线上重新凝结，尤其是在节流管线、钻井隔水导管、防喷器以及海底的井口里，一旦形成气体水合物，就会堵塞气管、导管、隔水管和海底防喷器等，从而造成严重的事故。

2.3浅水流

浅层水流灾害发生时会有一些特定的规律和表观现象，浅层水流的识别是指根据这些规律和现象来判断浅层水流灾害是否会发生，发生的位置是否合适是否满足，深水浅层的特点，是否发生在新生代快速沉积区。沉积速度在经水下遥控潜水器观察，井口或附近海床表面是否有砂水流喷出或流动的现象。

经观察井口附近的地面是否出现土坑，火山状的土堆以及裂缝，初步判断浅层水流的发生，再结合岩石物理特征就可以精确确定浅层水流发生的层位。机理以及地层压力等相关信息，为控制和处理浅层水流灾害奠定基础。

2.4水合物

水合物是一种以甲烷为主的烃类气体分子与水分子组成的类冰状的固态结晶体，它的形成与地质条件关系密切，如岩性、沉积速率、有机碳含量、沉积环境等。在海洋深水钻井作业中，由于同时存在适当的温度、压力、水和天然气这些条件，所以很容易产生天然气水合物。水合物分解时的突然膨效应力的减小，岩石颗粒之间的内聚力也减小，地层就呈现出更像流体的性质。由于流体具有抗压不抗剪性，剪切波比压缩波衰减得更快，随着有效应力的降低都会随之变小，并且当有效应力降低到一定程度时减小的幅度更大。另外浅层水流地层的地震波衰减也很大，尤其是横波衰减更为明显。

浅层水流灾害分布广泛破坏性大且难以控制和解决，深入了解浅层水流的特征，形成机理及相关概念，对浅层水流灾害的识别，预测和处理至关重要同时也为进一步研究提供了理论基础。

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