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海洋深水钻井钻井液研究进展

来源:用户上传      作者: 张玉婵 刘平安 唐馨 黄彪

  [摘 要]世界上许多国家都开始对深水钻井的钻井液技术方面的问题进行研究,并在一些地区取得了现场应用上的成功。而在国内,深水钻井钻井液技术方面的研究还处于起步阶段,有必要对深水钻井钻井液技术进行调研。通过调研大量的文献资料,目前常用的适用于深水钻井的钻井液体系有以下两种:1、高盐/PHPA(部分水解聚丙烯酰胺)聚合物加聚合醇钻井液体系;2、合成基钻井液体系。这两种钻井液体系在海洋深水钻井过程中得到了广泛的应用。
  [关键词]深水;钻井液;流变性;低温
  中图分类号:TE254.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)27-0101-01
  1 前言
  随着海洋石油储量采出比例的不断增加,油气勘探作业逐渐由滨海向海洋深水处转移,目前世界上深水钻井最活跃的地区主要包括墨西哥湾、西非和巴西等地。和浅水区域相比,深水钻井所涉及的钻井环境温度低、钻井液用量大、海底页岩的稳定性、井眼清洗、浅水流动、气体水合物的形成等一系列问题,给钻井工作带来了诸多困难,这对钻井液技术也提出了更高的要求。
  2 深水钻井技术面临的主要问题
  2.1 井壁不稳定性
  深水区域远离海岸,风、河水和海水携带的沉积物细小,其沉积速度、压实方式以及含水量与陆地明显不同,因而活性大、欠压实,常表现为易膨胀、分散性高、易漏失等,这将会导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中。同时,随着水深的增加,地层孔隙压力梯度和破裂压力梯度之间的余量就小的多,更加增加了地层失稳的可能性。
  2.2 钻井液用量大
  在深水环境下钻井作业需采用隔水管,由于水深增加,光隔水管内的体积至少就达约300m3;为了避免复杂情况的发生,一般要多下几层套管,所需的井眼直径相应也增大,需要的钻井液体积就要比其他同样地下深度的钻井液循环总量要大的多。同时考虑到钻井过程中对钻井液需要采取适当的稀释以调控泥浆性能,也增加了钻井液的用量。
  2.3 井眼清洗难
  深水钻井时,由于开孔直径、套管和隔水管的直径较大,如果钻井液流速不足,就难以达到清洗井眼的目的。对大直径的井段,钻井液上返流速不足以达到清洗井眼的目的。因此一般采用稠浆清洗、稀浆清洗、联合清洗、增加低剪切速率粘度,以及有规律地短程起下钻具等方法来清除钻屑。
  2.4 低温影响严重
  随着水深加大,海水温度也将越来越低。在低温情况下,钻井液的流变性会发生较大变化:粘度、切力大幅度上升,而且还可能出现显著的胶凝现象,增加了形成天然气水合物的可能性。另外,受“热胀冷缩”特性控制,低温下钻井液密度必然要发生变化。在天然气水合物勘探中,低温会引起钻井液中粘土颗粒水化膜变薄,颗粒间距减小,导致单位体积颗粒含量增大,也会引起钻井液密度增大。同时,在天然气水合物勘探中钻井液由井底至井口的温度是逐渐升高的,会造成井底与井口钻井液密度的不等,对钻井液整体稳定不利。
  2.5 易形成气体水合物
  在深水钻井作业中,海底较高的静水压力和较低的环境温度增加了生成气体水合物的可能性,在节流管线、钻井隔水导管、防喷器以及海底的井口里,一旦形成气体水合物,就会堵塞气管、导管、隔水管和海底防喷器(BOP)等,从而给正常钻进和井控工作带来严重影响。
  3 适用于深水钻井的钻井液体系
  通过分析在海洋深水钻井过程中钻井液面临的主要问题和困难,所需钻井液体系必须能够解决以下几个问题:1、能够有效地抑制气体水合物的产生;2、在大直径井眼(尤其是大位移井)中应具有良好的悬浮和清除钻屑能力;3、具有良好的页岩稳定性,能有效稳定弱胶结地层;4、在低温下具有良好的流变特性,与常温条件下流变性差别不大;5、能够满足环保的要求;6、综合成本低。
  3.1 高盐/PHPA(部分水解聚丙烯酰胺)聚合物钻井液体系
  高盐/PHPA(部分水解聚丙烯酰胺)聚合物钻井液体系在PH值为中性时抑制岩屑效果最好,盐度可以达到饱和,在高盐环境下其使用效果最好。使用这种高盐/PHPA钻井液体系也可以抑制气体水合物。并且这一体系具有良好的剪切稀释性,这种良好的剪切稀释性有助于提高机械钻速。但是,由于该体系中含有高浓度的盐类,因此该钻井液体系无法获得低于1.198g/cm3的密度。使用高盐/PHPA聚合物钻井液体系主要由如下优点:1、生物毒性低;2、相对较快的生物降解;3、能够有效抑制气体水合物的生成。在使用高盐/PHPA(部分水解聚丙烯酰胺)聚合物钻井液体系时,为了确保井眼清洁,并维护钻井液的性能,必须经常进行短程的起下钻,这将很大程度上减慢钻速,大大增加钻井时间,从而加大了钻井的成本。
  3.2 合成基钻井液体系
  合成基钻井液体系具有合适的流变性,能够满足井眼和钻井隔水管之间温差的巨大变化,在深水钻井甚至是在进行小井眼侧钻井这样的复杂井时,都表现出很好的效果。使用合成基钻井液主要有以下几方面优点:1、钻速快;2、抑制性好;3、优异的钻屑悬浮能力;4、好的润滑性;5、井壁稳定;6、降低压差卡钻的发生率;7、性能稳定,便于调控。但使用合成基钻井液也存在着一定的局限性,主要表现为:1、本身成本相对较高;2、容易造成井漏;3、影响地层评价。
  4 结论及认识
  1、深水钻井钻井环境温度低、钻井液用量大、海底页岩的稳定性、井眼清洗、易形成天然气水合物。其中主要问题是抑制天然气水合物的生成问题以及低温条件下钻井液的流变性调控问题。
  2、在低温条件下,钻井液的表观粘度和塑性粘度随着温度减低而增大,钻井液的静切力和动切力随着温度减低而增大;钻井液的触变性有向着凝聚方向转化的趋势;钻井液密度会随温度的降低而增加。
  3、设计的钻井液体系必须具有较好的低温流变性和抑制天然气水合物生成能力;同时也应该具有较好的抗温性、抗无机盐污染、抗劣质土污染以及储层保护能力。
  4、钻井液流变性在整个钻进过程中对冷却钻头、携带岩屑、保证井眼和井底的清洁、提高机械钻速以及保持井眼的规则和保证井下的安全具有非常重要的作用,因此应研究相应的化学处理剂不断的优化钻井液的流变性,从而满足海洋深水钻井的要求。
  参考文献
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