高温高压超深井钻井液密度设计方法探讨.pdf

第 3 2卷第 2 期 V0 J ． 3 2 No ． 2 钻 采 工 艺 DRI L LI NG ＆ P RODUC T I ON T ECHNOL OGY 高温 高压超深井钻 井液密度设计方法探讨 孙凯 ， 李黔 ， 潘仁杰 1西南石油大学2新疆石油管理局 孙凯等．高温高压超深井钻井液密度设计方法探讨． 钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 2 2 l 一 2 摘要在 高温 高压超深井的钻探 中， 由于形成 了相 对较 窄的钻 井液安全 密度窗 口， 同时钻 井液的密度受 温 度和井筒压力的影响比较大 ， 地面所配置的钻 井液 密度和井筒 中钻井液密度 不同， 因此 ， 必须准确的计算并控制钻 井液的密度 ， 确保超深井的安全施 工。在前人研 究基础 上 ， 基 于超深井 中温度和压 力对当量静 态钻 井液密度的影 响建 立了模型 ， 并对莫深 1井的钻井液密度进 行了设 计分析 ， 研 究 了井底 压力 系数和 井筒温度对 当量静 态钻 井液 密度 的影响。 关键词 超深 井；高温高压 ； 地层压 力系数 ； 钻 井液 密度 ；莫深 l井 中图分类号 T E 2 5 4 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 67 6 8 X 2 0 0 9 0 2 0 0 0 1 0 2 在高温高压超深井 的钻探 中， 由于形成 了相对 较窄的钻井液安全密度窗 口， 同时钻井液的密度受 温度和井 筒压力 的影 响 比较大 ， 地 面 所配 置 的钻 井 液密度和井筒中钻井液密度不 同， 高温高压条件下 钻井液精确的密度预测模型， 准确地确定 出钻井液 密度在高温高压井中沿井深的变化规律 ， 从而使井 眼静态压力的预测和当量钻井液密度的计算误差控 制在很小的范围内 ’ 【 4 J 。本文的计算模型主要 参照了汪海 阁和鄢捷年提出的预测模型。基于超深 井中温度和压力对当量静态钻井液密度 以下简称 E S D 的影响建立了模型 ， 并经过对莫深 1 井 的计算 分析， 研究了井底压力系数和井筒温度对 E S D的影 响。从而对确保超深井的安全施工及对钻井井控的 研究， 具有重要的工程实际意义。 一 、模型建立 本文采用钻井液密度 的经验模型， 认为在高温 高压下， 钻井液密度服从如下的变化规律 __ 8 j P 加 p m ／ e a P - P O 一 ‘ 一 r o 一 7 “o 1 式中 P 0 ， 一测定地表钻井液密度 p 栅时的温度和 压力 ， 分别为 0 ． 1 M P a和 2 0 o C； 口 、 b 、 c 一钻井液特性 常数。 由式 1 可知， 存在一个临界井深 H c 相对应的 是临界温度 和压力 P ， 使得在该井深处， 温度和 压力对钻井液密度的影响互相抵消 ， 即P p 棚， 从 而可得临界井深为 一 Pl-Po 式 中 K 一计算压力时的系数。 ge P P P o Y P P P P n r 一 ％ 仃 r 一7“0 P P一 t o 3 若 P o P ， 则可得到I 临界钻井液温度和井深 问的关系为 T o 生 4 一 |_ 4 式中 P ． ， T 1 一分别为地表压力和地表温度。 由于钻井液液柱的温度和压力都是随着井眼深 度的增加而增加 ， 所以钻井液获得两个相互对立的 效果 ， 温度增加时由于热膨胀使得钻井液密度降低 ， 而压力增加时则因压缩性而使钻井液密度增加。对 特定的温度分布 ， 这两个对立的效果则相互抵消， 这 种情况被定义为常密度温度分布 C D T P 。当温度 符合 C D T P时， 随井深的增加钻井液密度保持不变。 如果井底真实钻 井液温度大于 C D T P ， 则钻井液密 度就小于地面时的密度 ， 热膨胀 占支配地位。如果 井底真实钻井液 温度小于 C D T P ， 则钻井液密度就 大于地面时的密度， 压缩效应 占支配地位。若 已知 常密度温度分 布 C D T P ， 可将其与井下的真实温 度分布比较 ， 立即显示 出是热膨胀 占主导地位还是 压缩性 占主导地位⋯。 收稿 蜀期 2 0 0 8一l O一 2 0 作者简介孙凯 1 9 8 4一 ， 西南石油大学硕士研究生 ， 研究方向为油气井 工程。地 址 6 1 0 5 0 0 四川省成都 市新 都区西南石油大学研究 生0 7 级油气井工程3 班， 电话 1 3 5 4 0 7 5 0 6 1 9 ． E m a i l s k j s s m c 1 6 3 ． e o m 2 钻 采 工 艺 DRI LU NG ＆ P RODUC TI ON T ECHNOL OGY 2 0 0 9年 3月 Ma r c h 2 o 0 9 由于井底液柱压力 P又是钻井液密度函数 ， 所 以不能直接求解 ， 对环空中的微元体分析可以得 d p K p m 5 1 段设环空钻井液静态温度随井深线形增加 ， 即 TT o g G h 6 由式 1 、 式 5 和式 6 ， 并设 P ， P 。 ， 积分可 得钻井液随井深变化的静态液柱压力分布 p-P 0 l n [ ] 7 其中 F n 二 f “ ‘s s c d h 8 右 定义当量静态钻井液密度 E S D为 P P E s 9 高温高压井 中 E S D沿井深分布规律 E s D l n [ ] 1 0 二、 莫深 1井的计算及结果分析 莫深 1井位于新疆准噶尔盆地中央坳陷莫索湾 凸起莫索湾背斜 ， 是 目前准噶尔盆地最深 的超深井。 莫深 1 井设计井深 7 5 0 0 m， 地表温度为 2 5℃， 压力 附加值为 3 M P a ， 使用水基钻井液。经计算知 ， 此时 井底压力为 1 4 0 ． 5 5 6 M P a ， 地 面设计钻井液密度 为 1 ． 9 8 9 g ／ c m ， E S D为 1 ． 9 4 1 g ／ c m 见表 1 。 表 1 不同地层压 力梯度下各参数的对 比 1 8 0 ％ 地 面设计 地层压力 井底压力 E S D 钻井液密度 梯度 M P a g ／ a m g ／ c m 1． 9 1 3 9． 55 6 1． 92 8 1 ． 9 7 5 1 ． 9 5 1 43． 1 7 6 1． 9 78 2． 0 2 6 2． 0 l 46． 79 6 2． 02 8 2． 0 7 8 2． o5 l 5 0． 41 6 2． 07 8 2． 1 2 9 2． 1 1 5 4． 03 5 2． 1 2 8 2．1 8 2．1 5 1 57． 65 5 2． 1 7 8 2． 2 3I 2． 2 1 61 ． 2 7 5 2 ． 2 2 8 2 ． 2 8 3 2． 2 5 1 6 4． 8 9 5 2． 2 78 2． 3 3 4 2． 3 1 6 8 ． 51 5 2 ． 3 2 8 2 ． 3 8 5 由图 l 知 ， 在考虑温度影响的情况下 ， 钻井液的 密度由井 口的 1 ． 9 9 g ／ e ra 下降到井底 的 1 ． 9 3 g ／ c m ， 但在不考虑温度影响的情况下 ， 钻井液密度从 井 口到井底始终保持在1 ． 9 4 g ／ c m 不变。 由图 2知 ， 井筒压力从井 口到井底成线形递增 ， 在考虑温度影响和不考虑温度影响下的两种情况的 对比可知 ， 温度对井筒压力的影响不大 。 2 1 ． 9 9 1 ． 9 8 誊 铎1 ． 9 5 辕1 ． 9 4 据1 ．9 3 1 ． 9 2 1 1 l 宴1 V R 揎 轶 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 O 0 8 0 0 0 井深 m 图1 温度对钻井液密度的影响 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 00 8 0 0 0 井深 m 图2 温度对井筒压 力的影响 三、 结论 1 钻 井液密度 受井筒温度 和压力 的影 响较 大 ， 必须考虑超深井中的温度和压力， 本文设计的方 法考虑 了地层压力和井筒温度对 E S D的影 响及测 试温度沿井深的分布情况， 更好地用于井控研究。 2 井底压力对 E S D的影响显著 ， 且 随着井底 压力的增加 ， E S D也增加。 3 温度对 E S D的影响也大， 随着温度的增加 ， E S D减小 ， 但温度对井筒压力的影响较小 。 参考文献 [ 1 ] 张金波， 鄢捷年． 高温高压钻井液密度预测新模型的建 立 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 6， 2 3 5 1 3 ． [ 2 ] 汪海阁， 刘岩生， 等． 高温高压井中温度和压力对钻井 液的影响[ J ] ． 钻采工艺， 2 0 0 0， 2 3 1 5 6 6 0 ． [ 3 ] 鄢捷年 ， 李志勇， 等． 深井油基钻井液在高温高压下表 观粘度和密度的快速预测方法 [ J ] ． 石油钻探技术， 2 0 0 5 ， 3 3 5 3 5 3 8 ． [ 4 ] 王景新， 王培 良 译 ． 温度和压力对钻井液流变性的 影响 [ J ] ． 国外油 田工程 ， 1 9 9 8 2 7 2 8 ． [ 5 ] 高德 利， 等． 复杂地质条件下深井超深井钻进技术 [ M] ． 北京 石油工业出版社， 2 0 0 4 1 9 0 2 2 4 ． [ 6 ] K e m p N P ．D e n s i t y M o d e l i n g f o r P u r e a n d Mi x e dS a l t Brin e s a s a Fu nc t i o n o f Co mpo s i t i o n， Temp e r a t u r e a n d P r e s s u r e [ J ] ．S P E 1 6 0 7 9 1 ． [ 7 ] B a b u D R ．E ff e c t o f m u d b e h a v i o r o n s t a t i c P r e s s u r e d u ri n g d e e p w e l l d r l l i n g [ J ] ．S P E D ri l l i n gC o mp i e t i o n ， 1 9 9 6 6 ． 编辑 黄晓川