深水钻井液初步研究.pdf

第 2 5卷 第 5期 2 0 0 8年 9月 钻 井 液与 完 井 液 DRI L LI NG FLUI D C0MPLE TI oN FLUI D Vo 1 ． 2 5 NO ． 5 Se pt ． 2 0 08 文 章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 5 0 0 0 9 0 2 深水钻井液初步研究 徐加放 邱正松 吕开河 中国石油大学 华东 石油工程 学院 ， 山东东营 摘要 许多国家 已经开展 了深海油气勘探开发研 究计划 ， 而中国的深海油气勘探 尚处于起步 阶段。分析 了深水 钻 井面临的困难和深水钻 井液应具备 的基本性能。研制 出了深水低 温钻井液基本性 能测试模拟 实验装置 ， 满足 了深 水钻井液性 能测定的要求 ， 并通过实验优选 出了分别适用于深水浅层和深水深层钻进 的钻井液配方。实验表 明， 2套 钻 井液配方均黏度较低 、 流变性合理、 携岩能力强， 能够分别满足 深水浅层和深水深层钻进的基本要求。 关键词 深水钻井 深水钻井液 低温 钻 井液 性能 测定 模拟装置 中 图 分 类 号 TE2 5 4 ． 3 文 献 标 识 码 A 中 国海 洋 面积 广 阔 ， 海 上 石 油储 量 丰 富 。许 多 国家 已经开 展 了深 海 油气 勘 探 开 发研 究 计 划 ， 甚 至 要开采 3 0 0 0 m 的海底油气藏， 中国深海油气勘探 尚处于起步阶段} 1 ] 。深水海域油气资源的勘探开发 既属于复杂地质油气资源又属于海洋资源 ， 因而成 为 了 中国近年勘 探 开 发 的重 点 。 国家 发 改 委“ 十 一 五” 8 6 3国家高技术研究发展计划 即设置 了“ 南海深 水油气 勘探 开发 关 键技 术 及 装 备 ” 项 目， 下设 1 0个 子课题 ， 分别对南海深水勘探开发关键技术及其装 备进行先导性研究。 1 深水 钻井所 面临 的主要 问题[ 3 ] 1 钻井液 的低 温 流 变性 。随水 深 增 加 ， 海 水 温 度也 越 来越 低 ， 3 0 0 0 m 水 深 温度 仅 为 3 ～4℃ ， 有 些地 区甚 至在 0℃左 右 ， 给钻 井 及 采油 作 业 带 来 很 多问题。在低温情况下， 钻井液的流变性会发生较 大变 化 ， 黏 度 、 切力 大 幅度 上 升 ， 甚 至 还 可 能 出 现胶 凝 现象 ， 尤其 是 油基钻 井液 和合 成基 钻井 液 ； 过 低 的 温度环境也增加了天然气水合物的形成 。 2 海底页岩 的不稳定 性。深水 区域远离海岸， 风 、 河水和海水携带的沉积物细小 ， 其沉积速度 、 压 实方 式 以及 含水 量 与陆地 明显 不 同 ， 因而活性 大 、 欠 压实 ， 常表现为易膨胀 、 分散性高 、 易漏失等。这导 致套管层序增加 ， 有的甚至超过 9层 ， 而隔水管的大 尺 寸和 深水低 温增 加 了钻井 液黏 度和循 环 压力 的损 耗 ， 进一步恶化了井壁不稳定性 。 3 井眼清洗 困难。海洋钻井需要采用隔水管， 在 3 0 0 0 m 水 深钻 井 时 ， 仅 隔 水 管 内钻 井 液就 需 要 约 3 0 0 m。 ， 因此钻井液的体积 比其它 同样地下深度 的钻井液循环总量要大 的多。隔水管、 套管直径较 大 ， 使采用常规措施 的钻井液上返流速很难达到清 洗 井 眼的 目的 。 因此 ， 使 用 与 常规 钻 井 过 程 中钻 井 液 黏度 不 同的钻 井液 以及有 规律 地短 程起 下钻 等方 法来清除钻屑是有效措施之一。 4 气体水合物的生成。深水钻井可遇到浅层含 气砂岩所引起的气体水合物生成问题 。气体水合物 具有类似于冰的结构 ， 主要 由气体分子 和水分子组 成 ， 如 果压 力足 够 ， 它可 以在 0。C以上形 成 。进行深 水钻井作业时， 海底较高的静水压力和较低的环境 温度增加 了生成气 体水合物 的可能 性。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 B OP 等 ， 从 而 造成严 重 的事故 ] 。 2 适用于深水钻 井的钻 井液 1 深水钻井液的基本要求 ① 良好 的低温流变 特 性 ， 同时具 有一 定 的抗 高温能 力 ； ②在 大直径 井 眼 尤其是大位移井 中应具有 良好 的悬浮和清除钻屑 的 能力 ； ③能 够有 效抑 制气体 水 合物 的产 生 ； ④ 良好 的页 岩稳定 性 ， 能有 效稳 定弱 胶结 地层 ； ⑤ 满足海 洋 基金项 目 8 6 3国家高技术 研究发展 计划“ 南海深水油 气勘探 开发 关键技 术及 装备 ” 0 9 A1 。 第一作者简介 徐加放， 讲 师， 1 9 7 3年生 ， 现为 中国石油大 学 华东 博 士研 究生。地 址 山东 省东 营市 中国石油大 学 华 东 石油工程学院 ； 邮政编码 2 5 7 0 6 1 ； 电话 1 3 8 6 4 7 3 2 9 1 5 ； E - ma i l x j i a f a n g h d p u ． e d u ． c n 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 9月 环境保 护 的要求 ； ⑥综合 成本低 。 2 国外常用 钻 井 液有 高 盐／ 木质 素磺 酸盐 钻 井 液 、 高盐／ P HP A聚合物加聚合醇钻井液 、 油基钻井 液 以及合成 基钻井 液等 ] 。 3 钻井液低温特性模拟 实验 装置 深水钻井液研究面临的第一困难为低温环境的 模拟 。由于 中国对 深水钻 井液 的研究 尚处 于起步 阶 段 ， 并无资料可供参考。经过精心设计 和多方的论 证 ， 研 制 出了钻井 液的低 温模拟 实验装 置 ， 用 于测定 钻井 液低温 流变性 以及 中 、 高压 滤失造 壁性 ， 温度为 一 2 0 C～室温 ， 压力 为 0 ～5 MP a 。 4 深水低温钻井液配方优选 结合深水钻井特点和以往的钻井液研究经验 ， 首先对 深水 浅层钻 井液进 行 了优 选 ， 其 配方 如下 。 海水 0 ． 3 X C 一 1 3 0 C a C 1 3 9 ／ 6 非 渗 透 降 滤失 剂 S D N一 1 用 Na OH 调 p H 值为 9 该 钻井 液基 本 性 能 见 表 1 。 由表 1可 知 ， 钻 井 液 的黏度低 、 流变 性好 、 携 岩 能 力 强 、 有 利 于 扩展 安 全密度窗 口， 具有较强的防止水合物生成能力_ 7 q] ， 可直 接排放 于海底 ， 适于深 水浅层 钻进 。 表 1 深水浅层钻井液基本性能 对 于深部 地层 ， 同陆上 钻井一 样 ， 随地层 深度增 加温度升高 ， 钻井中不仅要求钻井液具有很好的低 温流 变性 ， 同时应 具 备 较好 的抗 高温 能 力 。在 膨润 土加量、 处理剂等优选的基础上 ， 进一步优化出了适 合 于深水深 部地层 钻进 的钻井 液 ， 其性 能见 表 2 。 表 2深水抗温钻井液基本性 能 注 热滚条件为 1 5 0℃、 1 6 h ， 泥饼厚度均为 1 m m。 由表 2可知 ， 该钻井 液低 温黏度 低 ， 高温高 压滤 失量 低 ， 携 岩 、 抗 高 温能 力 强 ， 具 有一 定 的防止 水 合 物生 成能 力 ， 适 于 深 水 深层 或 储 层 钻 进 。钻 井 液配 方如下 。 膨润 土浆 0 ． 3 KP AM 0 ． 5 抗 盐 降 滤失 剂3 流型调节剂3 抗温抗盐降滤失剂1 抗 盐 流型调 节剂 2 5 N a C I Na OH 调 p H 值至 9 5 结论 与 建 议 1 ．分 析 了中 国深 水 钻 井 基 本 现 状 和发 展 趋 势 以及深 水钻井 面临 的困难 和深水 钻井液 应具备 的基 本性 能 。 2 ． 研制出了深水低温钻井液基本性能测试模 拟实验 装置 ， 满足 了深水 钻井液 性能测 定 的要 求 。 3 ．优 选 出了分 别 适 用 于 深 水 浅 层 和深 水 深 部 地 层钻 进 的钻 井液 配方 。 4 ．由于深水 钻井液 研究 尚处 于 起 步 阶段 ， 其它 很 多性 能研究 还不够 深入 ， 如抑 制防塌 性 、 环境 保护 性 、 抑制 水合 物生成 、 油气 层 保 护性 能 等 ， 目前正 在 积 极开展 上述 研究 。 参 考 文 献 [ 1 ] P a t Wa t s o n ， E r i c Ko l s t a d ．An I n n o v a t i v e Ap p r o a c h t O De v e l op me nt Dr i l l i ng i n De e p wa t e r Gul f of M e xi c o ． SPE 79 80 9，2 00 3 [ 2 ] Z a mo r a M， B r o u s s a r d P N， S t e p h e n s M P ． T h e T o p 1 0 M u d Re l a t e d Co n c e r n s i n De e p wa t e r Dr i l l i n g Op e r a - t i on s ．SPE 5 90l 9．2 0 00 I- 3 ]Da v i s o n J M， C l a r y S ．R h e o l o g y o f Va r i o u s D r i l l i n g Fl u i d Sy s t e m s Unde r De e pwa t e r Dr i l l i n g Co n di t ions a n d t he I m p or t a nc e o f A c c ur a t e Pr e di c t i o ns of Down h ol e Fl ui d Hy dr au l i c s ． SPE 56 6 32，1 99 9 [ 4 ] Wi l l i a n Ha l l i d a y ．N e w G a s H y d r a t e I n h i b i t o r s f o r D e e p wa t e r Dr i l l i n g Fl u i ds．SPE 3 93 1 6，1 9 9 7 [ 5 ] P h i l i p s N H， G r a i n g e r M．De v e l o p me n t a n d Ap p l i c a t i on o f Ki ne t i c H y dr a t e I nh i b i t or s i n t h e No r t h S e a ． SPE 4 0 03 0，19 9 8 [ 6 ] B e n j a m， C h r i s t i n e ． G a s Hy d r a t e F o r ma t i o n i n D r i l l i n g M ud Ch ar a c t e r i z e d W i t h DSC Te c h ni q ue ．SPE 7 1 37 9， 2 001 [ 7 ] 赵福麟 ．油 田化学．石油大学 出版社 ， 山东东营 ， 2 0 0 0 [ 8 ] 白小东 ， 黄进军 ， 徐赋海 ， 等．钻井液 组分对其 他水合 物的影响．钻井液与完井液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 3 5 0 5 2 收稿 日期 2 0 0 8 0 3 1 3 ； HG F 0 8 0 4 N1 1 ； 编辑 王小娜 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m