高动塑比油基钻井液体系研究及应用.pdf

石油 天然 气学报 江汉石油学院学报2 0 1 4 年 1 o 月 第 3 6 卷 第 1 o 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I O c t ． 2 0 1 4 V o 1 ． 3 6 N o ． 1 0 高动塑 比油基钻 井液体 系研究及应用 谢 华 ，张伟国 中 海石油 中国 有限公司 深圳分 公司 钻完井部， 广东ll ll 6 1 8 o 6 7 严海源 中 海油田 服务股份有限公司油田化学事 业部， 广东深圳5 1 8 o 6 7 [ 摘 要]为 了解决番 禺 3 4 1气 田超大位移水平井钻井过程 中井 眼难 以清洁 、井壁不稳定 、摩 阻及扭 矩大等 技 术难点，开发出 了适合于大位 移水 井的高 动塑 比油基钻 井液体 系，并 进行 了抗温 、抗 污染 、抑制 性及 润滑性能评价 。室 内评 价及 现场 应用结 果表 明该体 系具 有 良好 的抗 温性 、抗 污染 性、抑制 性和 润滑 性 ， 且动塑比高，利于携带岩屑 ，其黏度 、扭矩、泵压等都控制较好。 [ 关键词]油基钻 井液 ；动 塑比；大位移 井 [ 中图分类号]T E 2 5 4 [ 文献标 志码 ]A [ 文章编号]1 0 0 09 7 5 2 2 0 1 4 1 O一 0 1 3 7一 O 4 番禺 3 4 1 气 田位于中国南海北部海域珠江 口盆地 ，该气 田共钻井 7口，其中包括 5口水平井和2口 定 向井 ，平 均井 深 为 5 2 2 9 m，最 大 井深 为 6 3 1 2 m，最大 水平 位移 为 4 8 6 5 m，属 于典 型的超 大位 移井 ，地 温梯度为 4 ． 0 8 C／ 1 O O m，地层最高温度为 1 5 O C。 1 番 禺 3 4 1气 田钻井液难点及技术对 策 1 扭 矩该 气 田最大 水平 位移 为 4 8 6 5 m，大位 移水 平井 中钻具 与 井壁 的旋转 阻 力 随 着井 眼 的 加 长 而 成 比例地 增加 ，而 钻井 平 台的顶 驱能 力会 由于 阻力 的进一 步增 加而 无法 驱动 钻具 的旋转 。因此 ，只有 钻井液具有足够的润滑性能 ，才能够有效地降低扭矩与阻力 。 2 井壁稳 定钻遇地 层 以砂 泥岩 互层 为 主 ，且 1 2 i n井 眼段裸 眼段 最 长达 到 4 5 0 0 m 以上 ，随着 钻井液作业时间的延长，井壁在钻井液 中的浸泡时间较长 ，长时间的浸泡会造成井眼的不稳定。 3 井眼净 化 大位移 水 平井 由于 井段较 长 ，且具 有 一 定 的倾 角或 水 平 段 ，钻 屑容 易 沉 积在 井 眼底 部 ，一旦沉积，再冲刷起 来将 非 常 困难。因此 ，要 求 钻 井液 的流 变性 具有 良好 的携 砂 与井 眼清 洁 的能力 。 4 泵压与压耗大位移井延伸较长，随着不断的钻进，泵压持续升高，带来压力激动、甚至压漏 地 层 等 问题 。因此 要求钻 井 液必须 具 有较低 的塑性 黏度 ，同时为 了满 足携砂 的要 求 ，要求 高 动切力 ，即 动 塑 比高 。 2 高动塑比油基钻井液体系研究 为解决以上问题，采用油基钻井液进行钻进 ，但油基钻井液普遍存在切力低等问题 ，为此室 内研究 了油基钻井液体系的流型调节剂 。该流型调节剂具有降低塑性黏度、提高动切力等作用 ，能够有效调节 油基 钻井 液体 系 的流变 性能 ，并 最终 形成 了适 合 于大位 移井 的油 基钻 井液 体 系 。 2 ． 1流 型调 节剂性 能评 价 实验 室评 价 了流型 调节 剂对 油基 钻井 液体 系 流变性 能 的影 响 。评 价配 方 3 白油 2 ． 5 主 乳化 剂 HI E MUL 0 ． 5 辅 乳 化 剂 HI C OAT HI RHE O A 流 型 调 节 剂 2 ． 0 氧 化 钙 1 ． 0 有 机 土 [ 收稿 日期]2 0 1 40 43 0 [ 作者简介]谢华 1 9 7 6一 ，男 ，2 0 0 0年大学毕业 ，工程师 ，现主要从事海 上钻完 井技术方面的工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天 然气 工程 2 0 1 4 年 1 O月 Mo GE L 1 ． 0 9 ／ 5 增 黏剂 HI VI S 3 ． 0 降滤失 剂 HI F L O水 相 2 6 氯 化 钙 溶 液 重 晶石 调 节 密 度 至 1 ． 3 0 g ／ c m。 配方 中 的百分数 为质 量分 数 ，下 同 ，油水 体 积 比为 8 0 2 0 。从 表 1可 以看 出 ，流 型 调 节剂 HI RE HO A 的加入 ，能 够显 著提 高油基 钻井 液 的动塑 比，降低 塑性 黏度 ，提高 动 切力 。高 的动 塑 比以及 较低 的塑性 黏度 有利 于 降低泵 压 ，减 小 环空压 耗 。 表 1 流 型调节剂 性能评价 质量分数／ O 状态 a r d R N ／ mPaS ／ mP as ／ Pa ／ Pa mPaS 滚前 滚后 滚前 滚后 滚前 滚后 滚前 滚后 注 1 为表观黏度 ； 为塑性黏度 ； r d为动切力 ； R d 为动塑 比； N∞ 、 NC a分别为六 速旋转黏度计 6 、3 r ／ rai n对应 的读数 U b为破乳 电压 。钻井液密度 1 ． 3 0 g ／ c m。 。下 同。 注 2 老化条件为 1 5 0 C1 6 h ，测试温度为 6 5 ℃。 2 ． 2抗温 性能评 价 温 度对 乳状液 产 生较大 的影 响 ， 当温 度超过 乳化 剂 的耐温 能力 时 ，乳 化剂 就会 裂解 而 失掉 应有 的效 用 ，因此在 配制乳 状 液时应 该考 虑 乳 化 剂 的抗 温 能 力 ，选 择 抗 高温 的乳 化 剂 。在 不 同的 热滚 老化 温 度 时，钻井液体系会表现出不 同的性能 。因此 ，在现场运用过程中，由于地层温度的不同，要求所采用的 油基钻井液体系具有相对广泛的温度适应范围，以满足不 同温度条件下钻井施工作业的需要。 表 2油基 钻井液体 系抗温性能 温 ／C 度状态 1 1 0 滚 前 滚 后 1 3 0 滚 前 滚后 1 5 0 滚 前 滚 后 P r d R N 4 ／ mPas ／ Pa ／ Pa mPas | 6 8 O 7 3 9 6 1 9 8 9 4 7 2 5 9 5 8 Vh t h p ／ mL 注 V L n ph 为高温高压滤失量 ，其测试 温度为 1 5 o C。下同。 从表 2可以看 出，该体系具有较好的抗温性能 ，即使温度达到 1 5 o C时性能依然较为优异 ，尤其是 高温高 压滤 失量较 低 。 2 ． 3 抗 污 染性能 评价 钻井 液 的一个 重要 功能 是携 带钻 屑 ，但 是 钻井液 抗 污染 能力必 须 足够 强 ，才 能够 避免 钻 屑 、盐 水 等 侵 污造成 性 能恶化 等事 件 的发生 ，实验 室采 用 现 场 番 禺 3 4 1 气 田 的钻 屑进 行 侵 污试 验 ，钻 屑 过 1 0 0目 筛 ，其侵污性能如表 3所示 。该体系抗污染能力较强 ，即使侵入质量分数 1 5 ％的钻屑 有害固相后 ， 其性 能依 然较 好 。 2 ． 4 抑 制 性及润 滑性 抑制性主要反映的是钻井液稳定井壁的能力，室内通过滚动 回收率进行 了抑制性评价 。1 0 5 ℃烘干 6 ～1 0目钻屑，在 1 5 0 ℃老化 1 6 h后 ，过 4 O目筛 ，筛余在 1 0 5 ℃烘干即为回收率 ，测定第一次回收率为 9 9 ． 5 ；再将 回收 后 的钻屑 继续放 人 钻 井 液 中 ，测 定第 二 次 回收率 为 9 2 ． 4 ，说 明体 系具 有 较 强 的 抑 v一 ∞ n 研 蝎 ／一 5 7 6 9 7 C 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 6卷第 1 O期 谢华 等 高动塑比油基钻井液体系研究及应用 制性能 。钻井液 的润滑性反映了现场扭矩 的大小 ，摩阻因数越低 ，扭矩越小 。室 内采用 F a n n公 司的 E P极压润滑仪评价体系的润滑性 ，计算摩阻因数为 0 ． 0 7 ，可以满足大位移井对润滑 的要求。 表 3钻屑侵污影响评价 N vh t ／ mI 0 滚前 滚后 5 滚前 滚后 1 0 滚前 滚 后 1 5 滚前 滚后 O ． 4 O 0 ． 4 8 3 现场应 用 番 禺 3 4 1气 田共计 7口井设 计使 用该 油基 钻井 液体 系 ，截 至 2 0 1 4年 6月 已完钻 一 口井 ，钻 井 工 程 非 常顺 利 ，未 出现井 下复 杂状 况 。 3 ． 1 钻 井液黏 度 随井深 变化 图 1为钻井液黏度随井深的变化情况。随着井深的加深 ，密度也随之增加 ，黏度略有上升，但变化 较 小 ，体 系性 能稳定 。 9 5 9 0 8 5 8 0 糯7 5 7 0 6 5 6 0 ～， 一 一 ／ 一＼／＼ ．厂 T 一／ ＼厂一 、＼／ ． ／ 一 ＼ ／ 一 ＼／ 1 6 0 0 2 0 0 0 2 4 0 0 2 8 0 0 3 2 0 0 3 6 0 0 4 0 0 0 4 4 0 0 4 8 0 0 5 2 0 0 5 6 0 0 6 0 0 0 井深／ m 图 1黏度随井深的变化情况 3 ． 2扭矩 随 井深 的变化 图 2为扭矩 随井 深 的变 化情 况 。随着井 深 的加 深 ， 说 明该油基钻井液体系的润滑性能较好。 3 ． 3泵压 随 井深 的变化 图 3为泵 压 随井深 的变 化情 况 。随着 井深 的加 深 ， 说明该油基钻井液体系黏度控制较好 。 4 结论 及建议 扭矩逐渐增大 ，但增大趋势较小且趋于稳定 ，这 泵压 逐渐 增 大 ，但 增 大趋 势较小 且趋 于稳 定 ，这 1 研究的油基钻井液动塑 比高 ，利于携带岩屑，且黏度低 ，利于降低泵压与压耗 。 一 螂 叭 泓Ⅲ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油 天然 气工程 2 0 1 4 年 1 O 月 2 研 究 的体 系 具有 良好 的抗温 性能 、良好 的抗 污 染性 能 、良好 的 抑制 性 能 及润 滑 性 能 ，能够 满 足 大位 移井 的钻井 需要 。 3 现场应用表明 ，该油基钻井液体系的黏度 、扭矩、泵压等控制都较好 ，无任何井下 复杂情况。 4 O 3 5 3 O 一 25 二 罩2 O 嗣1 5 l O 5 0 3 5 0 0 3 3 0 0 3l O O 2 9 0 0 2 7 0 0 自 2 5 0 0 聪 2 3 0 0 2 1 0 O 1 9 o o 1 7 0 0 l 5 0 0 厂 。 0 、 一 厂、、 一 ． _ 、 ．，一l 一 ． J ， 1 6 0 0 2 0 0 0 2 4 0 0 2 8 0 0 3 2 0 0 注 I N m 0 7 3 8 1 b s R 。 3 6 0 0 4 0 0 0 4 40 0 4 8 0 0 5 2 0 0 5 6 0 0 井深， m 图 2扭矩 随井深的变化情 况 ． ／ ＼ 、 一r ／ ＼i ／ 一 厂 ■ l 6 0 0 2 0 0 0 2 4 0 0 2 8 0 0 3 2 0 0 注1 4 5 p s i l MP a 。 3 6 0 0 4 0 0 0 4 4 0 0 48 0 0 5 2 0 0 5 6 0 0 井深／ m 图 3 泵压 随井深的变化情 况 [ 参考文献] [ 1 ]许 明标 ．一种简化现场作业 的高性能油基钻井液 [ J ]．石油天然气学报 江汉石油学 院学报 ，2 0 0 8 ，3 0 3 l 2 o ～1 2 2 ． [ 2 ]陈毅，许明标，郑铭，等． 适用于大位移井的油基钻井液性能研究 [ J ]．石油天然气学报 江汉石油学院学报 ，2 0 1 4 ，3 6 1 1 1 4～ 1 1 7 ． [ 3 ]谢彬强 ，邱正松 ，黄维安 ，等 ．大位移井钻井液关键技术问题 [ J ]．钻井液与完井液 ，2 0 1 2 ，2 9 2 7 6 8 2 ． [ 4 ]余可芝 ，李 自立 ，耿铁 ，等 ．油基钻井液在番禺 3 0 1气田大位移井 中的应用[ J ]．钻井液与完井液 ，2 0 1 1 ，2 8 2 5 ～9 ． [ 5 ]蔡利 山，林永学 ，王文立 ，等 ．大位 移水平井钻井液技术综述 [ J ]．钻井液与完井液 ，2 0 1 0 ，2 7 3 1 ～1 3 ． [ 6 ]吴爽 ，李骥 ，张焱 ，等 ．大位 移水平井技术研究的现状分析 [ J ]．石油钻探技术 ，2 0 1 0 ，2 7 3 1 ～l 3 ． [ 编辑] 帅群 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m