賈艷秋 (中石油吐哈油田公司甲醇廠,新疆鄯善838202)

張 岱 (中石油吐哈油田公司工程技術(shù)研究院,新疆鄯善838202)

胡友林 (長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院,湖北荊州434023)

隨著深水油氣產(chǎn)量的不斷增加,油氣勘探作業(yè)逐步由淺海向深水區(qū)域發(fā)展,深水鉆井液技術(shù)是深水油氣鉆井的關(guān)鍵技術(shù)之一。低溫流變性和氣體水合物是深水鉆井液面臨的主要問(wèn)題,給深水鉆井液技術(shù)帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1-4]。深水鉆井環(huán)境溫度低,鉆井液的流變性發(fā)生較大變化,鉆井液的粘度和切力大幅度上升,甚至鉆井液有可能發(fā)生膠凝現(xiàn)象[5]。深水鉆井液中一旦形成氣體水合物,堵塞井筒、環(huán)空和防噴器等會(huì)造成鉆井事故,延長(zhǎng)鉆井作業(yè)周期和增加鉆井作業(yè)成本等。為解決上述問(wèn)題,筆者對(duì)深水水基鉆井液進(jìn)行了研究。

1 深水水基鉆井液體系優(yōu)選

通過(guò)對(duì)海洋深水鉆井可能遇到的困難、海洋鉆井液低溫流變性的研究以及天然氣水合物的生成試驗(yàn)的研究表明,海洋深水鉆井鉆井液所遇到的最大困難是如何抑制天然氣水合物生成以及是否具有較好的低溫流變性問(wèn)題,而且低溫條件下水基鉆井液的粘度、切力上升是不可避免的。根據(jù)上述情況,海洋深水鉆井所需水基鉆井液應(yīng)具有以下特性:①鉆井液應(yīng)具有良好的低溫流變性;②鉆井液應(yīng)具有很好的攜砂和潤(rùn)滑能力;③鉆井液必須具有良好的抑制氣體水合物生成的能力。

1.1 鉆井液配方及其基本性能

通過(guò)對(duì)海洋現(xiàn)有水基鉆井液體系的分析以及新的海洋深水水基鉆井液體系的研究,為了降低鉆井液體系的冰點(diǎn)和較好抑制天然氣水合物生成,在體系中加入了20%氯化鈉+5%乙二醇。試驗(yàn)研究表明,加入20%氯化鈉+5%乙二醇可使冰點(diǎn)降至-14.5℃。在大量室內(nèi)研究的基礎(chǔ)上,室內(nèi)最終優(yōu)選了適合海洋深水鉆井水基鉆井液體系,其基本配方為:3%海水土漿+20%NaCl+5%乙二醇 +0.5%PLUS+0.1%XC+2%SMP+2%TEMP(重晶石加重至1.15)。鉆井液的基本性能如表1所示。

1.2 鉆井液低溫流變性

低溫流變性是深水鉆井液面臨主要問(wèn)題之一,鉆井液的表觀粘度和切力隨著溫度降低大幅度上升,甚至鉆井液有可能發(fā)生膠凝現(xiàn)象。模擬深水鉆井作業(yè)溫度環(huán)境,使用粘度計(jì)測(cè)試了合成基鉆井液0、4、10、15、20℃時(shí)的流變性。試驗(yàn)結(jié)果如表2、圖1所示?？梢?jiàn),深水水基鉆井液流變參數(shù)包括AV、PV、YP等隨溫度變化比較平穩(wěn),表明該鉆井液適合深水鉆井的技術(shù)要求。

表1 鉆井液體系基本性能

表2 深水水基鉆井液體系低溫性能

1.3 鉆井液抑制氣體水合物能力

深水鉆井液中一旦形成氣體水合物,堵塞井筒、環(huán)空和防噴器等,造成鉆井事故,延長(zhǎng)鉆井作業(yè)周期和增加鉆井作業(yè)成本。DSC(差示掃描量熱法)是評(píng)價(jià)氣體水合物生成的新型技術(shù),是一種快捷、方便、有效評(píng)價(jià)深水鉆井液抑制氣體水合物方法,不受鉆井液的密度、粘度和固相的影響[7]。采用DSC評(píng)價(jià)了深水水基鉆井液氣體水合物抑制能力。在20MPa甲烷氣體壓力下,深水水基鉆井液快速降溫至0℃并靜置5h,再緩慢升溫至20℃,儀器可自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中是否有熱效應(yīng)產(chǎn)生,如果該過(guò)程有氣體水合物生成,則在升溫過(guò)程中該氣體水合物必會(huì)分解產(chǎn)生吸熱峰。由于深水水基鉆井液在升溫過(guò)程中無(wú)吸熱峰出現(xiàn) (見(jiàn)圖1),表明優(yōu)選的深水水基鉆井液在20MPa、0℃條件下無(wú)氣體水合物生成。

圖1 優(yōu)選的深水水基鉆井液DSC曲線

2 深水水基鉆井液性能評(píng)價(jià)

2.1 抗溫性能

室內(nèi)對(duì)研究出的深水水基鉆井液進(jìn)行了抗溫性能評(píng)價(jià),試驗(yàn)溫度范圍為60～120℃,熱滾16h,試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表3可以看出,在60～120℃條件下熱滾16h后優(yōu)選的深水水基鉆井液性能基本無(wú)變化,具有較好的抗溫能力。

表3 優(yōu)選的深水水基鉆井液抗溫性能

2.2 抗MgCl2、CaCl2、鉆屑粉污染性能

在鉆井過(guò)程中,鉆井液中會(huì)溶入一些無(wú)機(jī)鹽、劣質(zhì)土等污染物,其性能有可能發(fā)生變化并影響鉆井安全。室內(nèi)對(duì)深水水基鉆井液抗MgCl2、CaCl2、鉆屑粉 (過(guò)100目)污染能力進(jìn)行了評(píng)價(jià),試驗(yàn)結(jié)果分別如表4、表5及表6所示。從表4、表5及表6可知,隨著MgCl2、CaCl2、鉆屑加量的增加,優(yōu)選的深水水基鉆井液性能變化不大,說(shuō)明優(yōu)選的深水水基鉆井液具有很好的抗MgCl2、CaCl2、鉆屑污染能力。

表4 優(yōu)選的深水水基鉆井液抗MgCl2污染性能

表5 優(yōu)選的深水水基鉆井液抗CaCl2污染性能

表6 優(yōu)選的深水水基鉆井液抗鉆屑污染性能

2.3 抑制性能

將泥巖鉆屑過(guò)6～10目,稱取50g荔灣3-2-1井韓江組、珠江組和珠海組泥巖鉆屑并加入350ml優(yōu)選的深水水基鉆井液待測(cè)樣品中,在80℃條件下熱滾16h,用40目篩回收并計(jì)算回收率,試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。從表7可以看出,所選泥巖鉆屑水化、分散很強(qiáng),在海水中回收率為2.38%,但在深水水基鉆井液中的熱滾回收率高達(dá)85%以上,而且回收鉆屑顆粒大、成形好,說(shuō)明深水水基鉆井液具有優(yōu)異的抑制性。

表7 優(yōu)選的深水水基鉆井液的滾動(dòng)回收率

2.4 儲(chǔ)層保護(hù)性能

根據(jù)文獻(xiàn) [8],用JHDS高溫高壓動(dòng)失水儀模擬鉆井條件對(duì)深水水基鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。室內(nèi)選擇2塊巖心進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)效果測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表8所示。從表8可知,2塊巖心在未切片前的滲透率恢復(fù)值在85%以上,切片0.5cm后的滲透率恢復(fù)值均超過(guò)了95%。因此,深水水基鉆井液具有較好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

表8 優(yōu)選的深水水基鉆井液儲(chǔ)層保護(hù)能力評(píng)價(jià)

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)深水鉆井的技術(shù)要求,通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選出深水基鉆井液體系并進(jìn)行性能評(píng)價(jià),試驗(yàn)研究結(jié)果表明,優(yōu)選的深水水基鉆井液具有較好的低溫流變性、抑制氣體水合物生成能力、抗溫性、抗污染能力、抑制性能和儲(chǔ)層保護(hù)能力,可以應(yīng)用于海洋深水鉆井。

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