油基钻井液低温特性实验研究.pdf

第 3 O卷 第 3期 2 0 1 3年5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D 、 ， o 1 ． 3 0 NO． 3 M a V 201 3 【 理论研究与应用技术 】 油基钻井液低温特性实验研究 赵欣 ， 邱正松 ， 黄维安， 曹杰 ， 刘扣其 中国石油大学 华东 石油工程学院，山东青岛 赵欣等 ． 油基钻井液低温特性实验研究 【 J j ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 3 l 7 1 9 ． 摘要 利用水合物抑制性评价实验装置，模拟了水深达 3 0 0 0 m 的海底低温、高压且存在机械扰动的动态环境 3 ，3 0 MP a ，评价 了油基钻井液抑制水合物生成的能力。结果表明，以高浓度氯化钙盐水为水相的油基钻井 液具有 良好的水合物抑制效果， 可满足深水钻井需求， 但随着油水比减小， 油基钻井液中生成水合物的可能性增大。 考察 了油基钻井液的低温流变特性， 结果表明，与常温下相比，深水低温环境中油基钻井液的黏度、切力明显增大， 随着油水比降低，钻井液的低温增黏现象加剧，甚至出现胶凝。提高油水比有利于改善油基钻井液的水合物抑制 性和低温流 变性 ，有助 于提 高深水钻 井效 率。 关键词 深水钻 井 ；油基钻 井液 ； 天然 气水合物 ； 低 温流 变性 ；油水 比 中图分类号T E 2 5 4 ． 1 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 - 5 6 2 0 2 0 1 30 3 0 0 1 7 0 3 与水基钻井液相 比，油基钻井液中作为连续相 的基油对水合物的生成有抑制作用 [1 ] ，但体系中含 水量较多时会生成大量水合物 [ 2 ] 。 目前开展的油基 钻井液水合物抑制性研究均在静态条件下进行 ，而 研究表明 ，搅拌提供的流体扰动可以缩短水合物生 成 的诱 导时 间，促进水 合物的生成 [ 3 - 4 ] o因此 ，有 必要在模拟井下动态环境下考察油基钻井液的水合 物抑制效果。此外 ，在低温条件下 ，油基钻井液 的 流变性会 发生较大变化 ，容易 引发井漏 ] 。应用 水合物抑制性评价实验装置 ，通过该装置中的磁力 搅 拌系统模 拟钻井过程 中的机械转动 和钻井液 流 动 ，对油基钻井液体系进行 了水合物抑制性评价实 验 ，初 步了解了油基钻井液在深水环境 中的水合物 抑制特性。此外 ，对油基钻井液的低温流变特性进 行 了初步研究 J 。 1 油基钻井液水合物抑制性评价实验 1 实验装置。实验装置为中国石油大学 华东 自行研制的水合物抑制性评价装置。该装置主要包 括高压反应釜 、恒温浴槽 、增压系统 、真空系统、 温度控制系统 、磁力搅拌系统、数据采集处理系统 等 。该装 置可 自动控制增压 ，实时监测实验温度、 压力 、扭矩等，并绘制实验 曲线 。其最大实验压力 为 4 0 MP a； 工作温度为 一 2 0 ～9 0 ； 搅拌速度为 0 ～1 0 0 0 r ／ mi n； 压力测量精度为 0 ． 1 ％ F S； 温度 测量精度为 0 ． 0 5℃。 2 实验原理。 由于水合物的生成伴有热量放出， 高压釜内温度升高 ； 而水合物的生成会消耗一定体 积的气体，表现为高压釜内压力明显降低 ； 随着体 系中固相 水合物 含量的增加，扭矩有所上升 ； 可通过实时监测高压釜 内相关参数的变化来评价油 基钻井液中水合物的生成情况 。 3 实验过程。将 4 0 0 mL钻井液注入高压釜 中， 通入 甲烷气 ，开启恒温浴槽与增压泵 ，降温并升压 至 3 o C／ 3 0 MP a ，模拟 3 0 0 0 m水深 的海底低温高 压环境。在钻井过程中，钻柱的转动提供了流体扰 动 ，有利于水合物的生成 ，通过磁力搅拌系统模拟 钻井作业中的动态条件， 保持转速为 2 0 0 r ／ m i n ，考 基金项 目 国家科技重大专项 2 0 1 1 Z X0 5 0 3 0 ． 0 0 5 ． 0 7 、教育部创新团队 I R T1 0 8 6 、高等学校博士学科点专项科研基 金资助课题 2 0 1 1 0 1 3 3 1 1 0 0 0 8 联合资助。 第一作者简介 赵欣，在读博士研究生，1 9 8 7年生，主要从事海洋深水钻完井液技术研究工作。地址 青岛经济技术 开发区长江西路 6 6号 ；邮政编码 2 6 6 5 8 0；电话 0 5 3 2 8 6 9 8 1 8 4 7； E - ma i l u p c z h a o x i n 1 2 6 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 5月 察深水动态条件下油基钻井液的水合物抑制效果。 2 实验 结果及分析 2 ． 1 清水中水合物的生成情况 为了校验水合物抑制性评价装置的合理性，掌 握水合物生成时高压釜内相关参数 的变化情况 ，首 先测试了清水 ． 甲烷体系 中水合物的生成情况 ，结 果见图 1 。图 1中，1 ． 7 5 h 6 3 0 0 S 之前 ，高压釜 内压力呈平缓下降趋势，表明在搅拌条件下 ，甲烷 气不 断溶解 ，在此过程 中温度有轻微波动或上升 ， 表明气液体系中完成了水合物成核 ，并有少量水合 物 初始 生成 ；1 ． 7 5 h 2 ． 1℃、1 0 ． 2 1 MP a 时，温 度突然大幅上升 ，压力 明显下降 ，表明此时水合物 开始爆发性生成，在短时间内高压釜中即形成大量 水合物。实验结束后迅速打开高压釜 ，可看到釜内 形成了大块水合物，附着在搅拌杆上，如图 2 所示。 实验过程及结果与水合物生成机理相符。 裔 2 ． 8 2 ． 7 2 ．6 2 ． 5 2 ．4 2 ． 3 2 ．2 2 ． 1 2 ．O l 1 ．O 1 0 ．5 l0 ．。 塞 9 ． 5 9 ． 2 0 2 O o 0 4 0 O O 6 0 0 o 8 0 0 o 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 s 图 1 清水 一 甲烷体系中温度、压力随时间的变化曲线 图 2 清水中水合物的生成情况 2 ． 2 油基钻井液水合物抑制性评价实验 实验配方为海洋钻井用油基钻井液 白油 2 ％ S DMUL I I ％S DMU L 2 0 ． 8 ％AB S 盐 水 C a C 1 ， 质 量浓度为 3 0 ％ 5 ％s D 0 1 。分别配制不同油水 比 的钻井液进行水合物抑制性评价实验 ，实验结果见 图 3及表 1 。实验过程中，甲烷气不断溶解于油基 钻井液中，高压釜内压力平稳下降，而温度变化较 小，表明钻井液中未出现明显的水合物生成现象。 实验结束后迅速打开高压釜 ，可观察到钻井液中无 水合物生成 ，如图 4所示 ，表明不同油水 比的油基 钻井液均具有较好的水合物抑制效果 意 高 p 高 3 ． 0 2 ． 9 2 ． 8 2 ． 7 2 ． 6 2 ． 5 2 ． 4 2-3 2 ． 2 2 ． 1 3 ． O 2 ． 9 2 ． 8 2 ． 7 2 ． 6 2 ． 5 2 ．4 2 - 3 2 ． 2 3 ． 0 2 ． 9 2 ． 8 2 ．7 2 ．6 2 ．5 2 ．4 2 ． 3 a 油水比为 9 0 1 0 t 旭 b 油水比为 8 0 2 0 c 油水比为 7 0 3 0 冀 f ， s d 油水 比为 6 0 4 0 图 3 不同油水比的油基钻井液 一 甲烷 体系中温度、压力随时问的变化 表 1 油基钻井液水合物抑制性评价实验结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m