深水高溫鉆井液體系研究

劉俊彥 ，周家雄，黃凱文，徐一龍，陳江華，崔應(yīng)中，王 薦，向興金

（1.中海油田服務(wù)股份有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 610500；3.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北荊州 434023；4.湖北省油田化學(xué)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，湖北荊州 434000）

海上已作業(yè)深水井情況表明，高溫、井壁失穩(wěn)井漏、氣體水合物是目前困擾深水鉆井作業(yè)安全的主要問(wèn)題，地層存在膠結(jié)薄弱地層，如上部地層普遍膠結(jié)相對(duì)疏松承壓能力較弱，而下部地層存在滲透性好的高孔滲地層也有微裂縫發(fā)育的情況存在；地層存在多壓力體系，淺層氣和深層異常高壓情況存在，多壓力體系并存，導(dǎo)致深水作業(yè)井噴漏風(fēng)險(xiǎn)并存，因此，急需一套能夠滿(mǎn)足高溫深水作業(yè)的鉆井液體系，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，減少開(kāi)發(fā)成本。

1 深水高溫鉆井液體系構(gòu)建

深水高溫鉆井液體系構(gòu)建思路：（1）引入抗高溫的合成聚合物增黏劑HTV-8 提供高溫懸浮攜巖能力；（2）針對(duì)井壁封堵承壓，使用納微米封堵材料，減少液相侵害同時(shí)加固井壁；（3）使用甲酸鉀和氯化鈉來(lái)提供氣體水合物抑制能力。再根據(jù)需要配合使用高溫降濾失劑和潤(rùn)滑劑，保障濾失性能和潤(rùn)滑性能，加重采用重晶石加重。

2 深水高溫鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

2.1 基本性能（見(jiàn)表1）

深水高溫高壓鉆井液體系配方：1.5 %～2 %海水土漿+0.1 %～0.2 % 純堿+0.2 %～0.3 % 燒堿+0.2 %～0.3 % PAC-LV+1.8 %溫敏聚合物HTV-8+0.5 %Dristemp+4 %降濾失劑MP-2+4 %降濾失劑SPNH+2 %納微固壁劑HGW+1%膠束封堵劑HSM+5%NaCl+10%KCOOH +3 %～5 % 潤(rùn)滑劑HLB+重晶石加重。

高溫老化前后，鉆井液體系流變性變化不大性能穩(wěn)定，開(kāi)罐后漿體均勻無(wú)沉降，高溫高壓濾失量都很小，表明封堵承壓鉆井液體系具有良好的高溫流變性、穩(wěn)定性、濾失性。

2.2 抗鉆屑污染性能

分別對(duì)1.50 g/cm3和2.20 g/cm3封堵承壓深水高溫高壓鉆井液體系進(jìn)行了抗鉆屑污染性能評(píng)價(jià)，室內(nèi)用八嶺山巖屑代替現(xiàn)場(chǎng)巖屑進(jìn)行污染評(píng)價(jià)（見(jiàn)表2、表3）。

高溫老化前后，鉆井液體系流變性變化不大性能穩(wěn)定，開(kāi)罐后漿體均勻無(wú)沉降，高溫高壓濾失量都很小，表明封堵承壓鉆井液體系具有良好的抗鉆屑污染能力。

2.3 高低溫流變性能

分別對(duì)1.50 g/cm3和2.20 g/cm3封堵承壓深水高溫高壓鉆井液體系進(jìn)行了高低溫流變性評(píng)價(jià)，從低溫2 ℃到180 ℃在90 MPa 高壓條件下，測(cè)試深水鉆井液流變性能（見(jiàn)圖1、圖2）。

表1 鉆井液基本性能

表2 深水鉆井液體系（1.50 g/cm3）抗鉆屑污染性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

表3 深水鉆井液體系（2.20 g/cm3）抗鉆屑污染性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

圖1 深水高溫高壓鉆井液體系（1.50 g/cm3）高溫高壓流變參數(shù)變化曲線(xiàn)

圖2 深水高溫高壓鉆井液體系（2.20 g/cm3）高溫高壓流變性能數(shù)據(jù)

從圖1、圖2 中曲線(xiàn)可以看出，表觀黏度和塑性黏度隨溫度升高呈下降趨勢(shì)，動(dòng)切力有所變化但是總體穩(wěn)定，表明鉆井液體系具有很好的高低溫動(dòng)態(tài)攜巖能力。

表4 鉆井液高滲巖心封堵性能數(shù)據(jù)

2.4 封堵承壓性能

高滲人造巖心（2 000 mD 滲透率水平）評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)步驟：（1）先將評(píng)價(jià)用深水鉆井液體系樣品在“180 ℃×16 h”條件下熱滾老化；（2）將高滲巖心放入HTHP 動(dòng)失水儀的巖心夾持器中，裝好；（3）加環(huán)壓，保證巖心與橡膠筒之間密封性；（4）將鉆井液倒入釜體，裝上蓋子，連接好加壓管路；（5）開(kāi)始升溫，升溫到實(shí)驗(yàn)溫度后，加壓至實(shí)驗(yàn)壓力，然后打開(kāi)濾失閥門(mén)；在不同壓力參數(shù)條件下，開(kāi)始進(jìn)行封堵和漏失測(cè)試實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表4）。

實(shí)驗(yàn)加壓過(guò)程中和穩(wěn)壓過(guò)程中，基本上在濾失閥門(mén)處檢測(cè)不到明顯的濾液放出，有些僅有幾滴濾失滴出，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的進(jìn)行，沒(méi)有檢測(cè)到漏失現(xiàn)象，高達(dá)30 MPa 的壓差條件下，僅有1 mL～3 mL 濾液流出。鉆井液體系具有良好的封堵承壓性能。

2.5 水合物抑制性能

根據(jù)陵水區(qū)塊已鉆井水深和最大鉆井液密度，預(yù)測(cè)海底泥線(xiàn)深度靜液竹壓力接近21 MPa，泥線(xiàn)溫度范圍2 ℃～4 ℃。室內(nèi)在模擬地層溫度和壓力條件，評(píng)價(jià)了1.50 g/cm3和2.20 g/cm3封堵承壓深水高溫高壓鉆井液體系的水合物抑制性能（見(jiàn)表5）。

表5 深水鉆井液體系的水合物抑制性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)顯示溫度壓力變化穩(wěn)定，無(wú)明顯波動(dòng)。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，深水鉆井液體系均沒(méi)有水合物生成，表明封堵承壓深水高溫高壓鉆井液體系具有良好的水合物抑制性能，能夠有效預(yù)防作業(yè)過(guò)程中的水合物的生成。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）針對(duì)深水作業(yè)面臨的高溫、井壁失穩(wěn)井漏、氣體水合物問(wèn)題，研究人員通過(guò)引入高溫增粘劑、納微封堵固壁劑和水合物抑制劑關(guān)鍵材料構(gòu)建了一套深水高溫鉆井液體系。

（2）深水高溫高壓鉆井液體系經(jīng)測(cè)試具有良好的高溫穩(wěn)定、高低溫流變、抗污染、水合物抑制一系列性能，而能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)基本需求，有利于降低深水作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。