空心玻璃微珠鉆井液在海洋深水鉆井中的應用研究

王都謝志濤羅斐

（1.長江大學石油工程學院，湖北武漢，430100）

（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.新疆油田公司工程技術研究院方案規劃研究所,新疆 克拉瑪依 834000

（4.昆侖能源湖北黃岡液化天然氣有限公司，湖北 黃岡 438000）

空心玻璃微珠鉆井液在海洋深水鉆井中的應用研究

王都1,2謝志濤3羅斐4

（1.長江大學石油工程學院，湖北武漢，430100）

（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.新疆油田公司工程技術研究院方案規劃研究所,新疆 克拉瑪依 834000

（4.昆侖能源湖北黃岡液化天然氣有限公司，湖北 黃岡 438000）

海洋深水淺部地層破裂壓力低，在鉆進過程中面臨窄密度窗口的難題，通過添加空心玻璃微珠的密度減輕技術在海洋深水鉆井中應用得越來越廣泛，本文首先在實驗室研究了空心玻璃微珠P62的性能，再通過現場應用，在鉆進過程中加入空心玻璃微珠，有效的減輕了鉆井液比重。此方法有實用價值，值得推廣。

空心玻璃微珠;破裂壓力低;操作簡單

隨著石油工業的不斷發展，石油勘探開發已經由淺水逐步轉向了深水，與常規陸地、淺水勘探開發相比，海洋深水鉆井面臨的裝備要求高，成本大，風險高。據統計，鉆井過程中每年因井壁失穩的經濟損失超過10億美元[1]對于深水鉆井，其中鉆井液安全密度窗口窄就是一個十分突出的問題，發生井壁失穩的風險更大[2]，能夠在關鍵時間降低鉆井液密度顯得尤為重要。而空心玻璃微珠就是一種密度小、穩定性好、抗壓強度高、能夠有效降低鉆井液密度的硅酸鹽納米級材料。

1 海洋深水鉆井難點

在深水鉆井中，泥漿密度窗口窄的問題是由于海洋地層上部被海水替代，且下部地層主要是由固結程度較低的土壤和泥土組成，強度相對較低，與陸地地層相比其上覆巖層壓力較低，此類環境下壓實程度較差，往往表現出破裂壓力較低，導致鉆井液安全密度窗口窄，極易發生井漏、坍塌等事故。

2 空心玻璃微珠鉆井液性能評價及應用

2.1 物理性質

空心玻璃微珠為單胞堿石灰硅酸硼類，能抗高溫高壓，PH值為9.0—9.8[3].筆者在實驗中選用的是P62，P62是一種高性能空心玻璃微珠，壁厚1～3.5μm，

球體內充有稀薄的氮氣、二氧化碳等氣體，是一種新型的無機非金屬填充型材料。具有粒徑為10～120μm的球體，流動性好，易泵送；真密度0.20g/cm3～0.60g/cm3；抗壓強度可達60MPa，不易壓縮等特點。

2.2 穩定性

將空心玻璃微珠加入到不同水基鉆井液靜置觀察，24h后觀察未出現分層、上浮現象。對分別含有0～45%的P62聚合物鉆井液在常溫下進行鉆井液性能測試，結果如下表1

表1 空心玻璃微珠加量對鉆井液性能的影響

實驗表明玻璃微珠從0加到45%，鉆井液密度可以降到0.59g/cm3,API失水量在加量0到30%時失水量從6ml～14.6ml，而當加量在45%時，失水量降到10.8，由此說明加入空心玻璃微珠對鉆井液API漏失量影響較小。

2.3 配伍性

為了考察P62與不同鉆井液的配伍性，在聚合物鉆井液、油基鉆井液和海水中分別加入0～45%的P62，然后測定其常溫下的流變性。鉆井液動切力和塑性粘度隨著P62的加量變化情況分別如下圖3和圖4

圖3 不同鉆井液中玻璃微珠加量塑性粘度的關系

圖4 鉆井液中玻璃微珠加量與動切力的關系

由圖3和圖4可以看出，在空心玻璃微珠的加量在0～45%時，對不同鉆井液的塑性粘度與動切力影響效果小，說明其配伍性好。

2.4 應用效果評價

南海鶯歌海盆地某勘探井水深1713米，海底溫度大約5℃。在鉆進井深2625米時，使用深水鉆井液體系HEM，測得鉆井液密度為1.06～1.1，在鉆進時需要降低鉆井液密度。為滿足設計密度要求，加量5%P62玻璃微珠，此時測得入口端鉆井液密度1.01～1.07，結果表明P62玻璃微珠在需要降低密度時使用，效果明顯。

3 結語

3.1 優選出的P62高性能空心玻璃微珠，流動性好，易泵送，密度為0.2g/cm3～0.6g/cm3,抗壓強度可以達到60MPa，適用于深水鉆井設備，能夠有效的降低鉆井液密度。

3.2 空心玻璃微珠的穩定性好，能夠保持鉆井液純液相狀態，易于控制其性能，而且能夠回收利用，減少鉆井液配制成本。

3.3 添加空心玻璃微珠簡單，易操作，設備要求低，能夠降低海洋深水鉆井的風險。

[1]蔚寶華，鄧金根等.深水鉆井井壁穩定性評估技術及其應用[J].石油鉆采工藝，2011，33（6）：1-4.

[2]孫清華，鄧金根等.深水淺層破裂壓力計算方法[J].中南大學學報，2015,46（4）：1402-1408.

[3]李燕梅，浦曉林，候勤立等.空心玻璃微珠球低密度水基鉆井液技術[J].2008,25(1):18-20.