深水水基钻井液的配方优选与性能评价.pdf

第 2 8卷 第 4期 2 0 I 1 年 7月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLET1 ON FLUI D Vo1 ． 2 8 NO． 4 J u l y 2 0l l 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 4 0 0 0 4 0 4 深水水基钻井液的配方优选与性能评价 徐加放 ， 邱正松 ， 毕波 2 田太行 ， 王多万 1 ． 『寸 1 同石油大学 华东 油 l 程学院，山东青岛 ； 2 ． 1 I 1 吲石油海洋 『 ． 有 公 ，』 匕 3 ． 中罔石油渤海钻 探] 程公 州，天津 摘要研制 了深水低温钻 井液 基本 性 能测试模 拟宴验 装置 ，并通过 宴髓优选 了 驯遁 于 水 层 部』 计 ‘ 昙钻进 的 2套钻井液配方 室 内实验结 果表 明，这 2套钻井液配 方均黏度 较低 、流变性 、 岩 力弹，存 1 5 MP a 、4 c 【 豢件下能抑制水合物生成 ，即可用于 1 5 0 0 11 1深水 区进 行钻 井怍 业 ；抑制 岩膨 昀效果均辑 ，对 下 同性喷泥页岩水 兮散均有较好的抑制效果，有制于井壁稳定 ； 抗膨润土和 ，芎 喷土污崇的能力部} L 较强，存分 加入 5 ％ 的膨 润土或加入 1 0 ％ 的劣质土舌 ，钻 井液流 性 、滤 失性均变化 不士 ； 均具育较好的环境可倦t 关键词 深水钻 井 ； 低 温 ； 钻 井液 ； 流 变性 ； 水 台物 ； 抑制 刊 中图分类号 T E 2 5 4 3 文献标识码 A 口前 ，深水海域 的油气资源前景非常诱人 ，但 同时深水钻探所 面临的问题也复杂多变 ，其挑战件 比浅水 区域或陆上 油气 田也更加艰 l I - 5 ] o深水钻 升实践表明，随水深增加海水温度越来越低。与浅 水相 比，深水 i 外主要面临以下技术难题 钻_井液 低温流变件差 ； 存浅层存在气体及气体水合物 ； 海 底 贞岩稳定性差 ； 钻井液用量大井眼清洗困难等。 同外使用的深水钻井液体系有高盐 ／ P HP A聚合物加 聚合醇钻井液 、高盐 ／ 术质素磺酸盐钻井液 、油基 钻井液 以及合成基钻 液等 [ 4 - I O ] 。 l 实验 装置 根据深水钻井液 的特点 ，研制了一种钻井液低 温模拟实验装置 见冈 1 ，用其可实现钻井液低温 流变性及 r f 1 、高压滤失造壁性的测定等，其主要技 术指标为 2 0 c ～室温 ； 0 ～5 MP a 。 2基浆优化及 处理剂优选 2 ． 1 荩 浆优化 为了了解低温对膨润土浆流变性的影响，进行 r 水和膨润土浆在低温 卜的流变性实验 ，以优选深 水低温钻井液巾膨润土加 ，结果 表 1 l 钻 液低 特忭惯拟 验 表 1 膨 润土加量 的优选 实验结 果 基金项 目 国家高技 术研究发展 计划 8 6 3计划 项 目曝题 2 0 0 6 AA 0 9 A1 0 6 第一作者简介 除加放，l 9 7 3年生 ，1 9 9 8年 毕业于石油大学 石油工程专业 ，现在 主要从 事 十 L 定 、诮 坤救 ，I 之 油 罢 护教学科研工作 地址 L 车省青 岛经济技术开发 区长江西路 6 6号 ；邮政编码 2 6 6 5 5 5； E - ma i l x j i a f a n g O u p c e d u ． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 4期 徐加放等 深水水基钻井液的配方优选与性能评价 5 由实验结果可以看 出，低温对膨润土基浆的流 变性能影响不大 ，随膨润土加量增加 ，低温影响加 剧 ，黏度 、切力明显增加 ，但 同时滤失量略有下降； 当膨润土含量为 4 ％ 时 ，基浆流变性 、滤失性 比较 合理 ，此时温度对基浆性能影响不大 ，因此在 以后 实验中以4 ％膨润土浆作为实验基浆。 2 ． 2 处理剂优选 2 ． 2 ． 1 增黏剂 根 据 调研 结 果 ，以 4 ％膨 润 土浆 为 基浆 ，不 同增 黏剂 的优选 实验结果见表 2 。实验结果表 明， Z NJ 一 3在低温下不但不增加黏度 ，反而使黏度 略有 下降，比较适合于深水钻井液选用 ； Z N J ． 2 效果也 较理想 ，且抗温性较好 。 表 2 在 4 ％膨润土浆中加入 0 ． 3 ％不同增黏剂的实验结果 2 ． 2 ． 2 降滤失剂 以4 ％膨润土浆为基浆，对不同降滤失剂进行 了评价 ，结果见表 3 。实验结果表明，树脂类降滤 失剂 J L S l 较 J L S ． 2 具有更好的降滤失效果 ，但实 践表明 J L S l 的抗 盐性较 J L S 一 2差 ，因此在深水钻 井液中可考虑使用 J L S 一 2； 褐煤类降滤失剂 J L S 一 3 、 J L S 一 4 、 J L S 一 5 和 J L S ． 6 的降滤失效果相当， 但 J L S 一 3 和 J L S 一 4具有 更好 的 降黏作 用 ；聚合物 降滤 失剂 J L S 一 7 、J L S ． 8 、J L S 一 9的降滤失性能相差不大，但对 黏度影响不同。因此 ，考虑到深水钻井液在低温下 易增稠 ，配方首选黏度效应较低 的降滤失剂。 表 3 不 同降滤 失剂 的性 能评价 实验结 果 常温 3 ％ J LS一 5 常温 3 ％J LS一 6 常温 0． 5 ％ J LS一 7 常温 0 ． 5 ％ J LS 一 8 常温 0 ． 5 ％ J LS ． 9 8 ． 0 1 ． 0 0 0 ． 1 2 1 0 ． 0 1 ． 0 0 0 ． 1 0 7． 5 0 ． 7 5 0． 1 0 8． 5 1 ． 25 0． 1 5 5． 0 1 ． 0 0 0 ． 20 7． 5 0． 50 0 ． 07 1 3 ． 0 3． 5 0 O ． 27 1 4． 0 5． 5 0 O- 39 1 2． 0 1．50 0． 1 2 1 4 ． 5 2 ． 5 0 0 ． 1 7 0． 2 5 ／ 0． 2 5 9． 0 0 ／ 0 9． 0 8 ． 0 1 ． 0 0 ／ 2 ． 0 0 1 2 ．0 8 ． 0 0．25 ／ 0． 7 5 9． 0 8 ． 0 0 ． 2 5 ／ 0 ． 2 5 1 3 ．0 0 ． 25 ／ 0．25 1 0 ． O 8 ． 0 O． 50 ／ 0 ． 7 5 1 1 ． O 0 ． 2 5 ／ 1 ． 0 0 l 3 ． 0 7 ． 0 0 ． 2 5 ／ 0 ． 2 5 1 0 ． 0 0 ． 5 0 ／ 0 ． 5 0 1 2 ． 0 7 ． 0 2 ． 2 ． 3 降黏剂 选用 6 ％膨润土浆，不同降黏剂的评价结果见 表 4 。 由实验结果 可知，分散型降黏剂 J NJ ． 2的效 果最好 ，J N J 一 1 次之 ，而 J N J 一 3较差 ，且对 环境 污 染较为严重 ； 聚合物降黏剂 J N J 一 4优于 J NJ 一 5 。 3深水 钻井液配方优化及 性能评价 3 ． 1 深水 钻井液 配方 优化 深水钻井时，水底及浅部地层温度较低，但对 于深部地层 ，同陆上钻井一样 ，随地层深度增加温 度升高 ，因此深水深层钻井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。 因此 ，在处理剂优选 的基础上 ，优化 出了 2套深水 钻井液配方 ，分别适合于深水浅部地层和深部地层 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 l 1 年 7月 的钻进 ，如表 5所示。F } 1 实验结果得 出，1 配方黏 度低 、流变性好 ，可直接排放于海底 ，适 于深水浅 层钻进 ； 2 配方低温黏度低 、抗高温能力强 、高压 滤_火星较低 ，适于深水深层或储层钻进 。 1 膨润土浆 可直接用海水配制 O ． 3 ％Z N J 一 3 3 ％S D N． 1 非 渗 透 降 滤 失 剂 2 5 ％Na C 1 用 Na O H 涮 p H至 9 2 膨润土浆 0 ． 3 ％Z NJ 一 2 0 ． 5 ％J L S 一 7 3 ％J N J 一 2 3 ％J L S 一 2 1 ％J N J ． 4 2 5 ％Na C 1 Na O H 调 p H 至 9 表 4 不 同降黏剂 的评价 表 5 深水抗 温钻 井液基本 性能 沌 、 均足在 l 5 0 o r 2 、1 6 h老化后洲定 ； 的 凡 1 5 0 c 、3 ． 5 MP a 测 定 ， 的 凡 H T I j P 在 0 o C、3 ． 5 MP a 下测 定 ； 饼 厚度 均为 1 mm．． 3 ． 2 钻 井液 性能 评价 3 ． 2 ． 1 水合物抑制性能 为 防止 钻 井过 程 中浅层气 进入钻 井液形成水 合物，利用水合物抑制性评价实验装置对优选 “ 的 钻井液 配方进行 了水合物 抑制性能评价 ，1 酣 ‘ 在 1 5 ． 1 7 MP a 、3 ． 8 o C F无水 合物生成 ，2 ” 配方 1 5 ． 0 8 MP a 、4 下无水合物生成。南此 I f 知 ，1 、 2 配方 的水合物抑制效果较好 ，_ l 『 达到存 1 5 MP a 、 4 条件下抑制水合物生成 的F j 的 ， 可川 _『 1 5 0 0 1 T I 深水区进行钻井作业 。 3 ． 2 ． 2 抗污染性能 南于配方 中已含有较高浓度的尢机盐 ，实验 只 评价 了对膨润土或 和 劣质土的污染即 l l J ，结果 见表 6 。南实验结果可 以看⋯，1 、2 ” 钻 液 方 的抗膨润土和劣质土污染的能力都 比较强 ， 分圳 加入 5 ％ 的膨润土或加入 1 0 ％的劣质土后 ，钻外液 流变性 、滤失性均变化 大 表 6 钻 井液抗污 染性能评价 3 ． 2 ． 3 抑制页岩膨胀性 用膨润 士在模 拟条件下 制作实验 心 ，J f t 陔 岩心做膨胀实验 ，结果 见冈 1 岩心在清水 I 『 ] 8 h 的膨胀 率为 3 8 ． 5 1 ％，在 1 配 方巾 8 h的膨胀 率 为 1 0 ． 2 3 5 ％，在 2 配方 中 8 h的膨胀率为 9 ．9 9 6 ％， 此可以说明 1 、 2 配方抑制负岩膨胀的效果均较好 3 ． 2 ． 4 抑制页岩分散性 ．贞岩 回收实验 选取不 吲油 田典 型泥 贞 岩心 屑 样 品，实验结果 见表 8 。实验结果表叫，1 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 4期 徐加放等 深水水基钻 井液的配方优选与性能评价 7 2 配方均可 以使不 同地层岩心 屑 的回收率大幅 提高 ，对不同性质泥页岩水化分散均有较好 的抑制 效果 ，有利于防止井壁坍塌 ，保持井壁稳定 。 4 5 4 0 繇 1 0 0 ／ mi n 图 1 钻井液的岩心膨胀率实验结果 表 7 钻井液对不 同地层岩心水化分散抑制性 的评价 3 ． 2 ． 5 深水钻井液环境可接受性 深水钻井 的特殊环境要求钻井液具有 良好 的环 境 可接受性 。实验 参照 G B ／ T 1 5 4 4 1 -- 1 9 9 5水质 急 性毒性 的测定发光细菌法对 2配方进行检测 ，结果 为 1 和 2 配方 的 G 分别 为 1 7 3 8 mg ／ L和 1 8 2 8 mg ／ L，均为微毒 ，2套配方均具有较好 的保护环境 性能 4结论 与 建议 地层和深部地层的钻进 。 2 ． 确定出的 2套钻井液配方在 1 5 MP a 、4 o C 条 件下能抑制水合物生成，即可用于 1 5 0 0 m深水区 进行钻井作业 ； 抑制页岩膨胀的效果均较好 ； 对不 同性质泥页岩的水化分散也均有较好的抑制效果， 有利于防止井壁坍塌，保持井壁稳定 ； 抗膨润土和 劣质土污染的能力都 比较强 ，在分别加入 5 ％ 的膨 润土或加入 1 0 ％ 的劣质土后 ，钻井液 流变性 、滤 失性均变化不大 ； 均具有较好的环境可接受性。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 1 ． 在充分调研国外深水钻井液配方基础上 ，利 用 自行研制 的深水钻井液基本性能评价装置对 国内 【 1 0 ] 常用钻井液处理剂进行 了评价 、分析和优选 ，确定 出了2 套深水钻井液配方，可分别适合于深水浅部 参 考 文 献 陈洁 ， 温宁， 李学杰 ． 南海油气资源潜力及勘探现状 【 J ] ． 地球物理学进展，2 0 0 7 ，2 2 4 1 2 8 5 1 2 9 4 王建桥 ，姚伯初 ，万玲 ，等 ． 南海海域新生代沉积盆地 的油气资源 [ J ] ． 海洋地质与第四纪地质， 2 0 0 5 ， 2 5 f 2 91 1 0 0． Cr e p i n，S t e p h a n，Yb e n J L，e t a 1 ． E x p e r i e n c e a c q u i r e d d u r i n g d e e p wa t e r d r i l l i n g a n d t e s t i n g o f 3 e x p l o ／ a p p r a i s a l we l l s i n t h e Gi r a s s o l F i e l d [ R ] ． S P E 3 9 3 3 7 ，1 9 9 8 ． Zamor a M ，Br o us s ar d P N ， St ephe ns M P． The Top 1 0 M ud Re l a t e d Con c e r ns i n De e pwa t e r Dr i l l i n g O p e r a t i o n s [ R ] ． S P E 5 9 0 l 9 ， 2 0 0 0 Da v i s o n J M ， Cl a r y S ．Rh e o l o g y o f Va r i o u s Dr i l l i n g F l u i d S y s t e ms Un d e r De e p wa t e r Dr i l l i n g Co n d i t i o n s a n d t h e I mp o r t a n c e o f Ac c u r a t e P r e d i c t i o n s o f Do wn h o l e F l u i d H y d r a u l i c s [ R ] ． S P E 5 6 6 3 2 ， 1 9 9 9 ． W i l l i a n H a l l i da y．Ne w Ga s Hyd r a t e I n h i bi t o r s f o r De e p wa t e r Dr i l l i n g F l u i d s [ C ] ． S P E 3 9 3 1 6 ， 1 9 9 7 ． Ph i l i ps N H ．Gr a i ng e r M ．De ve l o pme n t a nd App l i c at i o n o f Ki n e t i c Hy d r a t e I n h i b i t o r s i n t h e No r t h S e a[ C 】 ． S P E 4 00 30，1 9 98 ． B e n j a m i n He r z h a f t ， C h r i s t i n e D a l ma z z o n e ． Ga s Hy d r a t e For m a t i on i n Dr i l l i ng M ud Cha r ac t e r i z ed W i t h DSC T e c h n i q u e [ C ] ． S P E 7 1 3 7 9 ． 2 0 0 1 ． 徐加放，邱正松 ． 深水钻井液研究与评价实验装置 [ J ] ． 海洋石油 ，2 0 1 0 ，3 0 3 2 3 2 5 ． 徐加放 ，邱正松，吕开河 ． 深水钻井液初步研究 [ J ] ． 钻 井液 与完井液 ，2 0 0 8 ，2 5 5 9 - 1 0 ． 收稿 日期2 0 1 0 1 卜2 9 ；H GF 1 1 0 4 N7 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m