魏攀峰　鄭力會，2　李博文　張萬杰（.中國石油大學（北京），北京　02249；2.油氣鉆井技術國家工程實驗室防漏堵漏研究室，湖北武漢　4000；.海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島　266000）

絨囊鉆井流體在深水油氣井中應用的可行性

魏攀峰1鄭力會1，2李博文1張萬杰3
（1.中國石油大學（北京），北京102249；2.油氣鉆井技術國家工程實驗室防漏堵漏研究室，湖北武漢430100；3.海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島266000）

研究不受溫度影響的鉆井流體對于深水油氣田安全高效鉆井具有重要意義。室內采用流變性測量儀10~70 ℃、六速黏度計0 ℃，測定密度分別為0.74 g/cm3、0.80 g/cm3和0.84 g/cm3絨囊鉆井流體在不同剪切速率下的剪切應力或黏度，然后擬合絨囊鉆井流體在不同溫度下的流變曲線和方程，發(fā)現絨囊鉆井流體動切力較大，且隨溫度變化不大，因而懸浮能力較強；絨囊鉆井流體的黏度隨剪切速率的增大而增大，隨溫度的降低而小幅增大，表明絨囊鉆井流體在研究溫度范圍內變化時能夠保持良好性能。絨囊流體低溫下應用于SZ36-1油田X井修井、遼河油田Y井堵水、長慶氣田陜Z井修井，在–20 ℃環(huán)境中配制存放，注入井筒前測量結果和室內實驗結果一致，且施工順利。因此，絨囊鉆井流體流變性滿足深水作業(yè)需求。

鉆井流體；深水；低溫；流變性

深水鉆井存在很多難點。其中，低溫影響鉆井流體流變性能，進而影響懸浮攜帶能力就是其中的重要問題之一［1］。水深達到609.6 m，泥線水溫降至4 ℃［2］。如果鉆井流體在高低溫時的黏度變化幅度較大，則從井底流向泥線附近時，其黏度驟變，影響泵的注入能力、攜帶能力等，進而影響鉆井效率。田榮劍等［3］室內測定深水條件下水基鉆井流體和油基鉆井流體流變性，發(fā)現溫度對其流變性影響較大；李懷科等［4］研究氣制油鉆井流體在深水條件下得到相同的結論。因此，深水鉆井中，流變性不受溫度影響是鉆井流體完成深水作業(yè)的重要條件之一。

在模糊封堵理論［5］指導下開發(fā)的絨囊鉆井流體［6］，冬季已在海上修井作業(yè)中應用［7］，在溫度變化極大的鄂爾多斯盆地煤層氣鉆井中無論冬季和夏季，都有應用［8］，流動和注入都很順利。YANG Chen等［9］在室內優(yōu)化絨囊工作流體作為轉向壓裂封堵劑時，發(fā)現絨囊鉆井流體在高剪切速率下表觀黏度較小，流動性好；SUN Jianrong［10］在磷礦反井導向鉆孔中使用絨囊鉆井流體有效控制漏失速率，泵注條件較差時仍能順利注入，再次表明其良好的流動性。近五年來，絨囊工作流體應用環(huán)境從–20 ℃到120℃，流動性能很好。若其流變性能夠滿足深水鉆井要求，可為深水鉆井提供一種可選技術。

1　室內實驗

1.1實驗儀器及方法

室內用Thermo6000型流變儀，分別測定密度為0.74 g/cm3、0.80 g/cm3和0.84 g/cm3的3種現場用絨囊鉆井流體在0~70℃時5 s–1、10 s–1、100 s–1、300 s–1、500 s–1、1 000 s–1下的表觀黏度。對照0 ℃以下野外環(huán)境里用DNN-D6六速旋轉黏度計測量的3種密度絨囊鉆井流體600 r/min和300 r/min下讀數。

1.2實驗結果與分析

1.2.1絨囊鉆井流體流變特性利用流變性測量儀測定的上述6個剪切速率下應力大小，構建剪切速率和剪切應力關系曲線，發(fā)現不同密度鉆井流體的流變特性曲線變化趨勢一致。圖1是0.74 g/cm3絨囊鉆井流體0~70 ℃的流變特性曲線。

圖1　0.74 g/cm3絨囊鉆井流體流變特性曲線

試驗流體不同溫度下流變模式相同，基本符合H-B模型，即帶有動切力的冪律模式；同一溫度時，250 s–1前剪切應力較大。說明流體在低速區(qū)能形成較強凝膠強度，適于深水井筒直徑變化較大的井，有效懸浮鉆屑；相同剪切速率下，溫度越低，流體剪切應力越大，表明低溫對鉆井流體有一定影響，但溫度變化較小時，剪切應力相對變化小。即流體從井底高溫經海底泥線時被海水吸收部分熱量，降低一定溫度，由于吸熱過程需要時間，溫度不會大幅下降，黏度變化不會太大，因此，流動能力仍較好。

不同密度下流變特性規(guī)律一致，利用MATLAB軟件擬合不同溫度剪切應力與剪切速率的流變方程為τ=（6.14~9.87）+（1~21）γ（0~0.5），相關性系數大于0.95，滿足工程需要。由此得3種不同密度絨囊鉆井流體不同溫度動切力變化曲線（圖2）?？煽闯觯煌芏冉q囊鉆井流體動切力隨溫度變化并不明顯。說明絨囊鉆井流體動切力保持相對穩(wěn)定，能在深水鉆井中維持較強的懸浮能力。

圖2　絨囊鉆井流體動切力與溫度的關系

1.2.2溫度對表觀黏度影響3種密度絨囊鉆井流體不同溫度下流體黏度隨剪切速率的變化趨勢相同。密度為0.74 g/cm3絨囊鉆井流體0~70 ℃表觀黏度與剪切速率的關系曲線，如圖3。

圖3　密度為0.74 g/ cm3絨囊鉆井流體黏度與剪切速率關系

從圖3可看出，絨囊鉆井流體黏度隨剪切速率增大而減小。相同剪切速率下，尤其在高剪切速率區(qū)，表觀黏度基本不受溫度影響，全部呈較低黏度。而在低剪切速率區(qū)，流體的黏度大幅增加，即低剪切下的高黏度和高剪切下的低黏度，剪切稀釋能力較好。3種密度絨囊鉆井流體0 ℃時表觀黏度，也反映絨囊鉆井流體強剪切稀釋性（圖4），再次說明剪切稀釋性良好。在低速區(qū)絨囊鉆井流體表觀黏度較高，具有較強懸浮能力；高速區(qū)表觀黏度較低，能夠提高鉆井泵水功率。對比3種密度絨囊鉆井流體0~70℃時剪切速率分別為5 s–1和1 000 s–1的表觀黏度（圖5、6）?？煽闯?，不同密度絨囊鉆井流體在不同剪切速率時，溫度降低，絨囊鉆井流體表觀黏度小幅增大。低剪切速率時絨囊鉆井流體表觀黏度遠大于高剪切速率時的表觀黏度，驗證了絨囊鉆井流體的強剪切稀釋性。同時，絨囊鉆井流體流動性基本不受溫度影響。因此，在深水鉆井中溫度從低溫到中溫變化，絨囊鉆井流體表觀黏度與剪切速率的關系穩(wěn)定，能夠保證順利鉆進。

圖4　絨囊鉆井流體0 ℃時表觀黏度變化

圖5　剪切速率為5 s–1流體表觀黏度與溫度關系

圖6　剪切速率為1 000 s–1流體表觀黏度與溫度關系

2　應用實例

（1）SZ36-1海上油田X井初冰期修井。流體密度1.01 g/cm3，綏中地區(qū)最低溫度1 ℃，靜置一夜后施工，暫堵液注入順利，封堵效果良好。

（2）遼河油田Y井20 ℃堵水。流體密度0.73~0.84 g/cm3，注入順利?，F場絨囊流體表觀黏度與室內0℃測量結果基本吻合。

（3）長慶氣田陜Z井約0 ℃修井。流體密度0.90~0.93 g/cm3，現場溫度–1~7 ℃，作業(yè)10 d，多次反復注入，施工順利。

3　結論與建議

（1）絨囊鉆井流體流變模式符合H-B三參數模式。同一剪切速率下，表觀黏度和動切力隨溫度變化較小，但低剪切速率下表現為高黏度和高動切力。在低溫和中溫變化過程中能保持較強懸浮能力。

（2）絨囊鉆井流體表觀黏度隨溫度下降小幅增大。同一溫度下，表觀黏度在低剪切速率區(qū)隨剪切速率增大急劇降低，在高剪切速率區(qū)趨于穩(wěn)定。流體在低溫與中溫的變化中表現出良好的剪切稀釋性。

（3）絨囊流體在低溫現場環(huán)境中作業(yè)，注入順利，性能穩(wěn)定，表明絨囊流體在低溫下保持良好的流動性能和穩(wěn)定的作業(yè)性能，在深水鉆井作業(yè)潛力較大。

（4）實驗所用絨囊流體只是作業(yè)過程中特定井漿，實施深水作業(yè)，尚需針對施工井實際情況，開展絨囊鉆井流體流變性和其他性能評價。

［1］YUE Qiansheng, YANG Qingzhi, LIU Shujie, et al. Rheological properties of water based drilling fluid in deep water drilling conditions［J］. Applied Mechanics and Materials. 2013（318）: 507-512.

［2］ROJSAS J C, BERN P, PLUTT L J, et al. New constantrheology synthetic-based fluid reduces downhole losses in deepwater environment［R］. SPE109586, 2007.

［3］田榮劍，王楠，李松，等.深水作業(yè)中鉆井液在低溫高壓

條件下流變性［J］.鉆井液與完井液，2010， 27（5）：5-7.

［4］李懷科，王楠，田榮劍，等.深水條件下氣制油合成基

鉆井液流變性和流變模式研究［J］.中國海上油氣，2010，22（6）：406-408.

［5］鄭力會，張明偉. 封堵技術基礎理論回顧與展望［J］.石油鉆采工藝， 2012， 34（5）：1-9.

［6］ZHENG L H, KONG L C, CAO Y, et al. The mechanism

for fuzzy-ball working fluids controlling & killing lost circulation［J］. ChinseSci Bull, 2010, 55: 4074-4082.

［7］張媛.產油趨勢法評價絨囊修井液在海上SZ36-1 油田修井效果［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：61-63.

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［9］YANG Chen, ZHEN GLihui, ZHANG Jie, et al. Study on

the recycling of fuzzy ball bionic drilling fluid［J］. BioTechnology: An Indian Journal, 2013（7）: 499-503.

［10］SUN Jianrong. Study on controlling lost circulation of pilot hole in raise boring by using fuzzy ball drilling fluid ［J］ . Advanced Materials Research, 2014: 274-280.

〔編輯付麗霞〕

Rheological properties of fuzzy ball drilling fluidscan be met in deepwaterdrilling

WEI Panfeng1, ZHENG Lihui1,2,LI Bowen1, ZHANG Wanjie3
（1. China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Leak Proof and Plugging Laboratory, Oil and Gas Drilling Technology National Engineering Laboratory, Wuhan 430100, China; 3. Offshore Oil Engineering（QD）Co., Ltd., QingDao 266000, China）

Rheological properties of drilling fluid were influenced by temperature directly and then suspension property and carrying ability. The shear stress and apparent viscosity of fuzzy ball drilling fluids with density of 0.74 g/cm3, 0.80 g/cm3and 0.84 g/cm3were tested under different shear rate by rheological properties test machine with temperature of 10-70 ℃ and six speed rotary viscometer with temperature of 0 ℃. Rheological curve and function was fitted under different temperature. It is found yield point is large and hardly influenced by temperature. With shear rate increased and temperature decreased, the viscosity increased. It suggested fuzzy ball drilling fluids has strong suspension capacity and good properties within the change of temperature. Fuzzy ball working fluids were applied to SZ36-1 Oilfield X well, Liaohe Oilfield Y Well, Changqing Oilfield Z Well, and Fuzzy ball fluids were prepared and storage in somewhere below 20 ℃. Before injecting, the rheological properties were tested. The result was consistent with indoor test result. Therefore, fuzzy ball drilling fluids Rheological properties were applicable to deep-water working.

drilling fluid; deep water; low temperature; rheological properties

TE249

A

1000 – 7393（2015） 01 – 0080 – 03

10.13639/j.odpt.2015.01.020

國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體項目（批準號：51221003）。

魏攀峰，1990年生。在讀碩士研究生，主要從事非常規(guī)天然氣儲層傷害研究。E-mail：wei.panfeng@163.com。

2014-12-27）

引用格式：魏攀峰，鄭力會，李博文，等.絨囊鉆井流體在深水油氣井中應用的可行性［J］.石油鉆采工藝，2015，37（1）：80-82.