深水水基鉆井液研究

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研究院,新疆鄯善838202)

胡友林 (長江大學石油工程學院,湖北荊州434023)

隨著深水油氣產量的不斷增加,油氣勘探作業逐步由淺海向深水區域發展,深水鉆井液技術是深水油氣鉆井的關鍵技術之一。低溫流變性和氣體水合物是深水鉆井液面臨的主要問題,給深水鉆井液技術帶來了嚴峻挑戰[1-4]。深水鉆井環境溫度低,鉆井液的流變性發生較大變化,鉆井液的粘度和切力大幅度上升,甚至鉆井液有可能發生膠凝現象[5]。深水鉆井液中一旦形成氣體水合物,堵塞井筒、環空和防噴器等會造成鉆井事故,延長鉆井作業周期和增加鉆井作業成本等。為解決上述問題,筆者對深水水基鉆井液進行了研究。

1 深水水基鉆井液體系優選

通過對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。根據上述情況,海洋深水鉆井所需水基鉆井液應具有以下特性:①鉆井液應具有良好的低溫流變性;②鉆井液應具有很好的攜砂和潤滑能力;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

通過對海洋現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。試驗研究表明,加入20%氯化鈉+5%乙二醇可使冰點降至-14.5℃。在大量室內研究的基礎上,室內最終優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生膠凝現象。模擬深水鉆井作業溫度環境,使用粘度計測試了合成基鉆井液0、4、10、15、20℃時的流變性。試驗結果如表2、圖1所示。可見,深水水基鉆井液流變參數包括AV、PV、YP等隨溫度變化比較平穩,表明該鉆井液適合深水鉆井的技術要求。

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、環空和防噴器等,造成鉆井事故,延長鉆井作業周期和增加鉆井作業成本。DSC(差示掃描量熱法)是評價氣體水合物生成的新型技術,是一種快捷、方便、有效評價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評價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℃,儀器可自動檢測過程中是否有熱效應產生,如果該過程有氣體水合物生成,則在升溫過程中該氣體水合物必會分解產生吸熱峰。由于深水水基鉆井液在升溫過程中無吸熱峰出現 (見圖1),表明優選的深水水基鉆井液在20MPa、0℃條件下無氣體水合物生成。

圖1 優選的深水水基鉆井液DSC曲線

2 深水水基鉆井液性能評價

2.1 抗溫性能

室內對研究出的深水水基鉆井液進行了抗溫性能評價,試驗溫度范圍為60～120℃,熱滾16h,試驗結果如表3所示。從表3可以看出,在60～120℃條件下熱滾16h后優選的深水水基鉆井液性能基本無變化,具有較好的抗溫能力。

表3 優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

在鉆井過程中,鉆井液中會溶入一些無機鹽、劣質土等污染物,其性能有可能發生變化并影響鉆井安全。室內對深水水基鉆井液抗MgCl2、CaCl2、鉆屑粉 (過100目)污染能力進行了評價,試驗結果分別如表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,優選的深水水基鉆井液性能變化不大,說明優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 優選的深水水基鉆井液抗MgCl2污染性能

表5 優選的深水水基鉆井液抗CaCl2污染性能

表6 優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優選的深水水基鉆井液待測樣品中,在80℃條件下熱滾16h,用40目篩回收并計算回收率,試驗結果如表7所示。從表7可以看出,所選泥巖鉆屑水化、分散很強,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85%以上,而且回收鉆屑顆粒大、成形好,說明深水水基鉆井液具有優異的抑制性。

表7 優選的深水水基鉆井液的滾動回收率

2.4 儲層保護性能

根據文獻 [8],用JHDS高溫高壓動失水儀模擬鉆井條件對深水水基鉆井液的儲層保護效果進行評價。室內選擇2塊巖心進行儲層保護效果測試,測試結果如表8所示。從表8可知,2塊巖心在未切片前的滲透率恢復值在85%以上,切片0.5cm后的滲透率恢復值均超過了95%。因此,深水水基鉆井液具有較好的儲層保護效果。

表8 優選的深水水基鉆井液儲層保護能力評價

3 結 語

根據深水鉆井的技術要求,通過試驗優選出深水基鉆井液體系并進行性能評價,試驗研究結果表明,優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、抑制性能和儲層保護能力,可以應用于海洋深水鉆井。

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[8]SY/T6540-2002,鉆井液完井液損害油層室內評價方法[S].