海洋深水表層動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系研究

吳 彬 （荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州434000）

向興金，舒福昌 （長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 荊州434000）

李自立，田榮劍 （中海油服油化事業(yè)部，河北 燕郊101149）

李嗣貴，殷志明 （中海石油研究總院，北京100027）

海洋深水表層動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系研究

吳 彬 （荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州434000）

向興金，舒福昌 （長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 荊州434000）

李自立，田榮劍 （中海油服油化事業(yè)部，河北 燕郊101149）

李嗣貴，殷志明 （中海石油研究總院，北京100027）

為了滿(mǎn)足海洋深水鉆井液用量大以及作業(yè)平臺(tái)的限制，動(dòng)態(tài)壓井作業(yè)模式被廣泛應(yīng)用。針對(duì)動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系，采用可鈍化激活的增粘劑開(kāi)展了研究，構(gòu)建了動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系。室內(nèi)研究表明：構(gòu)建的動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系基漿具有良好的可泵送性，經(jīng)海水稀釋并激活后，能滿(mǎn)足深水鉆井的需求。

深水表層；動(dòng)態(tài)壓井；鉆井液；增粘劑；激活

海洋深水是近年來(lái)石油勘探與開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)［1～4］。由于水深和淺部地層復(fù)雜情況，在深水作業(yè)中所采用的井身結(jié)構(gòu)與淺水作業(yè)相比要復(fù)雜得多，且初期表層鉆進(jìn)采用的是開(kāi)路循環(huán)，這就導(dǎo)致鉆井液用量非常大。國(guó)外針對(duì)海洋深水表層鉆井一般均采用動(dòng)態(tài)壓井鉆井方式［5～7］，即配置滿(mǎn)足泵送要求的高密度基漿 （1.92g/cm3），再通過(guò)用大量的海水稀釋后 （通常為1.32g/cm3）直接泵入井中。然而大量的海水稀釋勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致稀釋后的鉆井液粘度大幅度下降。為了實(shí)現(xiàn)稀釋后的鉆井液滿(mǎn)足攜砂的要求，室內(nèi)對(duì)動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系進(jìn)行了研究。

1 動(dòng)態(tài)壓井鉆井液增粘劑的評(píng)價(jià)

為滿(mǎn)足基漿能夠泵送以及稀釋后的鉆井液滿(mǎn)足鉆進(jìn)要求，室內(nèi)研制了滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)壓井鉆井液需求的增粘劑ZVS。在基漿中加入一定量的增粘劑ZVS，并附之以一定量的鈍化劑后，使增粘劑ZVS在基漿中不起增稠作用，這有利于配置基漿過(guò)程中不使基漿的粘度過(guò)高；然后在與海水稀釋過(guò)程中，通過(guò)在海水當(dāng)中加入一定量的激活劑輔劑，使基漿中的增稠劑激活，從而起到增粘效果，彌補(bǔ)由于大量海水稀釋造成的粘度降低，從而維持稀釋后泥漿整體的穩(wěn)定性。

1.1 動(dòng)態(tài)壓井增稠劑ZVS單劑性能評(píng)價(jià)

室內(nèi)對(duì)研制的動(dòng)態(tài)壓井增稠劑ZVS不同加量在海水和海水土漿中的變化進(jìn)行了評(píng)價(jià)，表1、2分別給出了加入激活劑前后不同增稠劑加量在海水中的流變性變化數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)基本配方：海水＋0.3%鈍化劑＋增稠劑ZVS。

表1 未加入激活劑時(shí)不同增稠劑ZVS加量在海水中的流變性變化

從表1可以看出，在未加入激活劑前，不同加量的增稠劑ZVS加入海水中后粘度基本沒(méi)有變化，表觀粘度很低，表明增稠劑在未加入激活劑前基本不起作用。

表2 加入激活劑后不同增稠劑加量在海水中的流變性變化

從表2可以看出，在加入激活劑后，不同加量的增稠劑加入海水中后粘度變化非常明顯。其中增稠劑加量為1%時(shí)，表觀粘度從3.5mPa·s上升到了11.5mPa·s；而隨著增稠劑加量的增加，表觀粘度上升幅度尤其明顯，當(dāng)增稠劑加量為4%時(shí)，表觀粘度從4.5mPa·s上升到了50.5mPa·s；同時(shí)6/3也從未激活前的0/0變?yōu)榱?3/11，這表明室內(nèi)研制的增稠劑在加入激活劑后明顯被激活，起到了增稠的作用。

同時(shí)室內(nèi)對(duì)研制的動(dòng)態(tài)壓井增稠劑ZVS不同加量在海水土漿中的變化進(jìn)行了評(píng)價(jià)，表3、4分別給出了加入激活劑前后不同增稠劑加量在土漿中的流變性變化數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)基本配方：2%海水漿＋0.3%鈍化劑＋增稠劑ZVS。

表3 未激活時(shí)不同增稠劑加量在土漿中的流變性變化

從表3可以看出，在未加入激活劑前，不同加量的增稠劑加入土漿中后粘度基本沒(méi)有變化，表觀粘度的提高基本上由土般土引起，表明增稠劑在未加入激活劑前基本不起作用。

表4 加入激活劑后不同增稠劑加量在土漿中的流變性變化

從表4可以看出，在加入激活劑后，不同加量的增稠劑加入土漿中后粘度變化非常明顯，其中增稠劑加量為1%時(shí)，表觀粘度從10mPa·s上升到了15.5mPa·s，而隨著增稠劑加量的增加，表觀粘度上升幅度尤其明顯，當(dāng)增稠劑加量為4%時(shí)，表觀粘度從10.5mPa·s上升到了70mPa·s；同時(shí)6/3也從未激活前的3/2變?yōu)榱?2/27，這表明室內(nèi)研制的增稠劑在加入激活劑后明顯被激活了，起到了增稠的作用。

1.2 攪拌時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)壓井增稠劑ZVS性能影響評(píng)價(jià)

考慮到在動(dòng)態(tài)壓井中基漿與海水混合時(shí)攪拌速率快，且要求時(shí)間短，因此在短時(shí)間內(nèi)激活劑是否能對(duì)動(dòng)態(tài)壓井增稠劑完成激活作用是室內(nèi)研究的一個(gè)方面，室內(nèi)研究在土漿中對(duì)2%加量的增稠劑在不同攪拌時(shí)間內(nèi)激活后的流變性變化進(jìn)行了研究。表5給出了攪拌時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)壓井增稠劑單劑影響評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)基本配方：2%海水漿＋0.3%鈍化劑＋2%增稠劑ZVS＋0.2%激活劑JH－1。

表5 攪拌時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)壓井增稠劑單劑影響評(píng)價(jià)

從表5可以看出，在加入2%動(dòng)態(tài)壓井增稠劑的2%土漿中加入激活劑后，瞬間即完成了激活，且時(shí)間的變化流變性幾乎不發(fā)生變化，這表明激活劑對(duì)動(dòng)態(tài)壓井增稠劑的激活作用基本上不隨時(shí)間而改變。

2 動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系構(gòu)建

將主添加劑 （ZVS增稠劑）與海水、降濾失劑、鈍化劑、加重劑等添加劑構(gòu)建一套可泵性強(qiáng)的高密度基漿，通過(guò)動(dòng)態(tài)壓井鉆井液 （DKD）與輔添加劑 （激活劑）和海水混合，形成滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)壓井鉆井作業(yè)性能需求的鉆井液。

經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)，分別確定了有粘土相動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系及無(wú)粘土相動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系。

有粘土相基漿配方：4%海水漿＋0.4%LV－PAC＋0.3%XC＋0.3%鈍化劑＋6%增稠劑ZVS（重晶石加重到密度為1.92g/cm3。

無(wú)粘土相基漿配方：海水＋0.2%～0.4%LV－PAC＋0.5%～0.6%XC＋0.3%鈍化劑＋6%～12%增稠劑ZVS（重晶石加重到密度為1.92g/cm3）。

二套鉆井液體系所用稀釋液均采用如下配方：海水＋0.2%激活劑JH－1＋0.2%抑泡劑F－1。

配漿方法如下：先在海水土漿 （或海水）中分別加入LV－PAC、XC，高攪20min，再加入鈍化劑高攪5min，最后加入增稠劑ZVS，用重晶石加重到密度為1.92g/cm3，配制成基漿；再用稀釋液稀釋到所需密度。表6、7分別給出了有粘土相基漿和無(wú)粘土相基漿稀釋到不同鉆井液密度時(shí)鉆井液性能。

表6 有粘土相基漿動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系性能

表7 無(wú)粘土相基漿動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系性能

從表6、7可以看出，2套動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系基漿均具有良好的流變特性，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)泵送的要求，同時(shí)經(jīng)過(guò)稀釋液稀釋后，在不同密度條件下均具有良好的穩(wěn)定性，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）動(dòng)態(tài)壓井是國(guó)外海洋深水表層鉆井常用的鉆井技術(shù)。

2）室內(nèi)研制的動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系增粘劑具有鈍化后不增粘以及激活后迅速增粘的雙重特點(diǎn)。

3）室內(nèi)研究表明，構(gòu)建的動(dòng)態(tài)壓井鉆井液體系基漿具有良好的可泵送性，經(jīng)海水稀釋并激活后，能滿(mǎn)足深水鉆井的需求。

［1］胡友林，張巖，吳彬，等.海洋深水鉆井的鉆井液技術(shù)進(jìn)展 ［J］.鉆井液與完井液，2004，24（4）：83～86.

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［5］Charlez P A，Simondin A.A collection of innovative answers to solve the main problem encountered when drilling deep water prospects［C］.OTC15234，2003.

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［7］Michael J.Riserless drilling technique saves time and money by reducing logistics and maximizing borehole stability ［J］.SPE71752，2001.

Study on Dynamic Killing and Drilling（DKD）Fluids for Drilling in Deepwater Wells

WU Bin，XIANG Xing－jin，SHU Fu－chang，LI Zi－li，TIAN Rong－jian，LI Si－gui，YING Zhi－ming（First Author's Address：Jingzhou HANC New－tec Research Institute，Jingzhou434000，Hubei，China）

To meet the needs of using large quantity of drilling fluids for offshore deepwater drilling and restriction of operation on the platform，the operation mode of dynamic killing and drilling（DKD）fluids has been widely used.Based on the dynamic killing and drilling（DKD）fluids，a activated passivation viscosifier was used for studying，a dynamic killing and drilling（DKD）fluid system was established.Laboratory study shows that the fluid can be pumped easily.After adding the activator into the fluid and blending these heavy fluids with seawater，the viscosity can be increased quickly，it meet the requirements of deepwater drilling.

surface of deepwater；dynamic killing and drilling；drilling fluid；viscosifier；activation

TE254.6

A

1000－9752 （2012）03－0114－04

2011－12－18

國(guó)家 “863”計(jì)劃項(xiàng)目 （2007AA09A103－02）。

吳彬 （1973－），男，1993年江漢石油學(xué)院畢業(yè)，博士，現(xiàn)主要從事鉆井液、完井液技術(shù)研究工作。

［編輯］ 蘇開(kāi)科