高動(dòng)塑比油基鉆井液體系研究及應(yīng)用

謝華，張偉國(guó) （中海石油 （中國(guó)）有限公司深圳分公司鉆完井部，廣東 深圳518067）

嚴(yán)海源 （中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，廣東 深圳518067）

番禺34-1氣田位于中國(guó)南海北部海域珠江口盆地，該氣田共鉆井7口，其中包括5口水平井和2口定向井，平均井深為5229m，最大井深為6312m，最大水平位移為4865m，屬于典型的超大位移井，地溫梯度為4．08℃／100m，地層最高溫度為150℃。

1 番禺34-1氣田鉆井液難點(diǎn)及技術(shù)對(duì)策

1）扭矩 該氣田最大水平位移為4865m，大位移水平井中鉆具與井壁的旋轉(zhuǎn)阻力隨著井眼的加長(zhǎng)而成比例地增加，而鉆井平臺(tái)的頂驅(qū)能力會(huì)由于阻力的進(jìn)一步增加而無法驅(qū)動(dòng)鉆具的旋轉(zhuǎn)。因此，只有鉆井液具有足夠的潤(rùn)滑性能，才能夠有效地降低扭矩與阻力。

3）井眼凈化 大位移水平井由于井段較長(zhǎng)，且具有一定的傾角或水平段，鉆屑容易沉積在井眼底部，一旦沉積，再?zèng)_刷起來將非常困難。因此，要求鉆井液的流變性具有良好的攜砂與井眼清潔的能力。

4）泵壓與壓耗 大位移井延伸較長(zhǎng)，隨著不斷的鉆進(jìn)，泵壓持續(xù)升高，帶來壓力激動(dòng)、甚至壓漏地層等問題。因此要求鉆井液必須具有較低的塑性黏度，同時(shí)為了滿足攜砂的要求，要求高動(dòng)切力，即動(dòng)塑比高。

2 高動(dòng)塑比油基鉆井液體系研究

為解決以上問題，采用油基鉆井液進(jìn)行鉆進(jìn)，但油基鉆井液普遍存在切力低等問題，為此室內(nèi)研究了油基鉆井液體系的流型調(diào)節(jié)劑。該流型調(diào)節(jié)劑具有降低塑性黏度、提高動(dòng)切力等作用，能夠有效調(diào)節(jié)油基鉆井液體系的流變性能，并最終形成了適合于大位移井的油基鉆井液體系。

2.1 流型調(diào)節(jié)劑性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)了流型調(diào)節(jié)劑對(duì)油基鉆井液體系流變性能的影響。評(píng)價(jià)配方：3＃白油＋2．5%主乳化劑HIEMUL＋0．5%輔乳化劑 HICOAT＋HIRHEO-A 流型調(diào)節(jié)劑 ＋2．0%氧化鈣 ＋1．0%有機(jī)土MOGEL＋1．0%增黏劑HIVIS＋3．0%降濾失劑HIFLO＋水相 （26%氯化鈣溶液）＋重晶石調(diào)節(jié)密度至1．30g／cm3（配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），油水體積比為80∶20。從表1可以看出，流型調(diào)節(jié)劑HIREHO-A的加入，能夠顯著提高油基鉆井液的動(dòng)塑比，降低塑性黏度，提高動(dòng)切力。高的動(dòng)塑比以及較低的塑性黏度有利于降低泵壓，減小環(huán)空壓耗。

表1 流型調(diào)節(jié)劑性能評(píng)價(jià)

2.2 抗溫性能評(píng)價(jià)

溫度對(duì)乳狀液產(chǎn)生較大的影響，當(dāng)溫度超過乳化劑的耐溫能力時(shí)，乳化劑就會(huì)裂解而失掉應(yīng)有的效用，因此在配制乳狀液時(shí)應(yīng)該考慮乳化劑的抗溫能力，選擇抗高溫的乳化劑。在不同的熱滾老化溫度時(shí)，鉆井液體系會(huì)表現(xiàn)出不同的性能。因此，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用過程中，由于地層溫度的不同，要求所采用的油基鉆井液體系具有相對(duì)廣泛的溫度適應(yīng)范圍，以滿足不同溫度條件下鉆井施工作業(yè)的需要。

表2 油基鉆井液體系抗溫性能

從表2可以看出，該體系具有較好的抗溫性能，即使溫度達(dá)到150℃時(shí)性能依然較為優(yōu)異，尤其是高溫高壓濾失量較低。

2.3 抗污染性能評(píng)價(jià)

鉆井液的一個(gè)重要功能是攜帶鉆屑，但是鉆井液抗污染能力必須足夠強(qiáng)，才能夠避免鉆屑、鹽水等侵污造成性能惡化等事件的發(fā)生，實(shí)驗(yàn)室采用現(xiàn)場(chǎng)番禺34-1氣田的鉆屑進(jìn)行侵污試驗(yàn)，鉆屑過100目篩，其侵污性能如表3所示。該體系抗污染能力較強(qiáng)，即使侵入質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的鉆屑 （有害固相）后，其性能依然較好。

2.4 抑制性及潤(rùn)滑性

抑制性主要反映的是鉆井液穩(wěn)定井壁的能力，室內(nèi)通過滾動(dòng)回收率進(jìn)行了抑制性評(píng)價(jià)。105℃烘干6～10目鉆屑，在150℃老化16h后，過40目篩，篩余在105℃烘干即為回收率，測(cè)定第一次回收率為99．5%；再將回收后的鉆屑繼續(xù)放入鉆井液中，測(cè)定第二次回收率為92．4%，說明體系具有較強(qiáng)的抑制性能。鉆井液的潤(rùn)滑性反映了現(xiàn)場(chǎng)扭矩的大小，摩阻因數(shù)越低，扭矩越小。室內(nèi)采用Fann公司的EP極壓潤(rùn)滑儀評(píng)價(jià)體系的潤(rùn)滑性，計(jì)算摩阻因數(shù)為0．07，可以滿足大位移井對(duì)潤(rùn)滑的要求。

表3 鉆屑侵污影響評(píng)價(jià)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

番禺34-1氣田共計(jì)7口井設(shè)計(jì)使用該油基鉆井液體系，截至2014年6月已完鉆一口井，鉆井工程非常順利，未出現(xiàn)井下復(fù)雜狀況。

3.1 鉆井液黏度隨井深變化

圖1為鉆井液黏度隨井深的變化情況。隨著井深的加深，密度也隨之增加，黏度略有上升，但變化較小，體系性能穩(wěn)定。

圖1 黏度隨井深的變化情況

3.2 扭矩隨井深的變化

圖2 為扭矩隨井深的變化情況。隨著井深的加深，扭矩逐漸增大，但增大趨勢(shì)較小且趨于穩(wěn)定，這說明該油基鉆井液體系的潤(rùn)滑性能較好。

3.3 泵壓隨井深的變化

圖3為泵壓隨井深的變化情況。隨著井深的加深，泵壓逐漸增大，但增大趨勢(shì)較小且趨于穩(wěn)定，這說明該油基鉆井液體系黏度控制較好。

4 結(jié)論及建議

1）研究的油基鉆井液動(dòng)塑比高，利于攜帶巖屑，且黏度低，利于降低泵壓與壓耗。

2）研究的體系具有良好的抗溫性能、良好的抗污染性能、良好的抑制性能及潤(rùn)滑性能，能夠滿足大位移井的鉆井需要。

3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該油基鉆井液體系的黏度、扭矩、泵壓等控制都較好，無任何井下復(fù)雜情況。

圖2 扭矩隨井深的變化情況

圖3 泵壓隨井深的變化情況

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