FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液及其應(yīng)用

胡文軍， 向雄， 楊洪烈

FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液及其應(yīng)用

胡文軍， 向雄， 楊洪烈

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，廣東湛江524057）

胡文軍，向雄，楊洪烈.FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液及其應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2017，34（2）：15-20.

HU Wenjun, XIANG Xiong, YANG Honglie.Research and application of FLAT-PRO constant rheology synthetic base drilling fluid in deepwater operation[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2017，34（2）：15-20.

深水鉆井面臨低溫、安全密度窗口窄、淺層氣易形成氣體水合物、井壁易失穩(wěn)等技術(shù)難題，對(duì)深水鉆井液提出了更高的要求。以Saraline 185V氣制油為基油，通過優(yōu)選乳化劑、有機(jī)土、降濾失劑及其他處理劑，構(gòu)建了一套適合深水鉆井的FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液體系。綜合性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明：該鉆井液在4～65 ℃下流變性能穩(wěn)定，具有恒流變特性，能有效保護(hù)儲(chǔ)層，其滲透率恢復(fù)值大于90%，能抗10%海水、15%鉆屑污染，易降解，滿足環(huán)保要求。南海LS-A超深水井水深為1 699.3 m，預(yù)測(cè)主要目的層溫度為34.6～36 ℃，φ508 mm套管鞋處的地層承壓能力系數(shù)低于1.14，安全密度窗口窄，如何控制ECD值、預(yù)防井漏是該井的作業(yè)控點(diǎn)，因此選擇密度為1.03 g/cm3的FLAT-PRO鉆井液開鉆。鉆進(jìn)過程中，使用FSVIS調(diào)整流變性，維護(hù)黏度在50～70 s，動(dòng)切力在8～15 Pa，φ6讀數(shù)為7～15，φ3讀數(shù)為6～12，用2%PF-HFR控制濾失量，應(yīng)用井段起下鉆順利，電測(cè)順利，井徑規(guī)則，沒有出現(xiàn)任何復(fù)雜情況。應(yīng)用結(jié)果表明，F(xiàn)ALT-PRO深水恒流變合成基鉆井液在不同溫度下的流變性能穩(wěn)定，抑制性好，潤(rùn)滑性強(qiáng)，能獲得較低的ECD值，滿足深水鉆井的要求。

深水鉆井；合成基鉆井液；氣制油；恒流變鉆井液；鉆井液配方；南海油田

Key words Deepwater drilling; Synthetic base drilling fuid; GTL; Constant rheology drilling fuid; Drilling fuid formulation; Nanhai oil feld

0 引言

深水區(qū)油氣資源豐富，目前海洋油氣勘探開發(fā)已從淺海走向深海甚至超深海，但深水鉆井面臨井壁穩(wěn)定性、鉆井液低溫流變性、安全密度窗口窄、鉆井液用量大、井眼清洗困難、高壓淺層流和天然氣水合物等技術(shù)難題，對(duì)深水鉆井液技術(shù)提出了更高的要求[1-2]。常規(guī)水基鉆井液的低溫流變性在深水鉆井作業(yè)過程中很難控制，由此引起當(dāng)量循環(huán)密度（ECD）高，壓力控制難，鉆進(jìn)、起下鉆、下套管和固井過程中易發(fā)生井漏等一系列問題[3-8]。深水合成基鉆井液具有可提高機(jī)械鉆速、可生物降解、在較大的溫度變化范圍內(nèi)接近恒流變等特點(diǎn)，在國(guó)外深水勘探開發(fā)作業(yè)中已大量應(yīng)用。

氣制油（GTL）是以天然氣為原料，經(jīng)催化聚合（費(fèi)-托法合成）反應(yīng)制成的大分子組成的烷烴類物質(zhì)。通過控制反應(yīng)條件，可以控制產(chǎn)物分子的組成分布和形態(tài)。合成法生產(chǎn)的氣制油與蒸餾法制得的礦物油相比，其組分和性能具有更好的穩(wěn)定性。鉆井液用的氣制油按照組分和性能的不同，可以分為以下幾種型號(hào)： Saraline 185V、Sarapar 147、Saraline 98V 和 Saraline 200，其中Saraline 185V廣泛用作鉆井液基礎(chǔ)油。Saraline 185V的黏度和芳烴含量均較低，能達(dá)到較好的效果，并具有很好的環(huán)保性能和低的毒性。同時(shí)Saraline 185V的運(yùn)動(dòng)黏度較低，有利于鉆井液性能的調(diào)控和提高機(jī)械鉆速。

筆者以Saraline 185V作為基礎(chǔ)油，通過優(yōu)選乳化劑、潤(rùn)濕劑和降濾失劑，構(gòu)建了一套適合深水鉆井的FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液體系，并對(duì)其綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，介紹了該鉆井液在南海LS-A超深水井的應(yīng)用情況。

1 FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液配方優(yōu)選

1.1 乳化劑加量的優(yōu)選

根據(jù)乳狀液的穩(wěn)定性機(jī)理和合成基鉆井液乳化劑的選擇原則，采用復(fù)配乳化劑形成的復(fù)合膜比單一膜更結(jié)實(shí)，強(qiáng)度更大，會(huì)使乳狀液更穩(wěn)定。采用均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)選了乳化劑。每組實(shí)驗(yàn)選取2種乳化劑，主乳化劑考察加量分別為0.6%、0.8%、1.0%、1.5%；輔乳化劑考察加量分別為0.8%、1.0%、1.2%、1.8%，即兩因素四水平。選用了油包水表面活性劑FSEMUL作為主乳化劑，水包油表面活性劑FSCOAT作為輔乳化劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 乳化劑加量?jī)?yōu)選實(shí)驗(yàn)

從表1可以看出，主乳化劑和輔乳化劑的總加量在1.8%～2.2%之間，樣品的破乳電壓在400～500 V，低于該總加量，破乳電壓低于300 V，可能是由于乳狀液不夠穩(wěn)定，高于該總加量，破乳電壓高于500 V，乳化劑加量高會(huì)導(dǎo)致體系的黏度偏高，對(duì)流變性、ECD控制不利。最終確定主乳化劑和輔乳化劑的配比在1.0～1.2之間，總加量控制在1.8%～2.2%之間。

1.2 有機(jī)土加量的優(yōu)選

對(duì)比了加不同量有機(jī)土的基液老化前后的高低溫流變性能變化，結(jié)果見表2。從表2可以看出，有機(jī)土加量在1.5%～2.0%之間時(shí)，體系的流變性、破乳電壓及高溫高壓濾失量較好。

1.3 降濾失劑的優(yōu)選

合成基鉆井液乳化好的乳滴作為變形粒子具有封堵作用，體系本身的濾失量較小。合成基鉆井液用降濾失劑作用機(jī)理包括油分散型封堵或油溶性提高液相黏度。實(shí)驗(yàn)選用PF-HFR作為降濾失劑，加量為2%。測(cè)得鉆井液在40 ℃老化16 h后的濾失量為2.4 mL，小于加入其他降濾失劑體系的濾失量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 有機(jī)土加量?jī)?yōu)選實(shí)驗(yàn)

表3 降濾失劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

1.4 其他處理劑的優(yōu)選

通過對(duì)比FSVIS、PF-HSV、PF-MOVIS 3種流型調(diào)節(jié)劑的對(duì)比評(píng)價(jià)，優(yōu)選出了FSVIS作為合成基鉆井液的流型調(diào)節(jié)劑。通過對(duì)3種潤(rùn)濕劑進(jìn)行優(yōu)選，得到潤(rùn)濕劑FSWET的效果最好。最終優(yōu)選出FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液的配方如下。

Saraline 185V+（0.8%～1.0%）FSEMUL+（1.0%～1.2%）FSCOAT+1.2%FSWET+2%有機(jī)土FSGEL+25%CaCl2鹽水+2.5%PF-MOALK+2% PF-HFR+0.1%FSVIS+重晶石，油水比為（70∶30）～（85∶15）。

1.5 環(huán)境保護(hù)性能

生物毒性測(cè)試數(shù)據(jù)表明：FLAT-PRO合成基鉆井液體系對(duì)裸項(xiàng)蝦虎魚仔魚96 h半致死濃度為39 680 mg/L，對(duì)凡納濱對(duì)蝦仔蝦96 h半致死濃度大于16 000 mg/L，表明其是一種無害化環(huán)境保護(hù)鉆井液體系，其降解曲線如圖1所示。

圖1 FLAT-PRO合成基鉆井液體系的降解曲線

2 FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液的性能評(píng)價(jià)

2.1 鉆井液的恒流變特性

配制FLAT-PRO恒流變合成基鉆井液，在不同溫度下測(cè)定其流變性，從圖2和圖3可以看出，在4、25、65 ℃下，F(xiàn)LAT-PRO鉆井液的動(dòng)切力、φ6讀數(shù)、靜切力變化平穩(wěn)，說明該鉆井液具有恒流變的特性。

2.2 鉆井液的穩(wěn)定性

在40 ℃對(duì)FLAT-PRO鉆井液分別老化16、36、72 h，測(cè)其在不同低溫下的性能，結(jié)果見表4?？梢钥闯觯篎LAT-PRO鉆井液在4～65 ℃下，其動(dòng)切力，φ6和φ3讀數(shù)變化都比較平穩(wěn)，且長(zhǎng)時(shí)間老

圖2 FLAT-PRO鉆井液在不同溫度下的動(dòng)切力與φ6值

圖3 FLAT-PRO鉆井液在不同溫度下的靜切力值

表4 FLAT-PRO鉆井液在40 ℃熱滾不同時(shí)間后不同溫度下的性能

化下，鉆井液性能穩(wěn)定。YP（最大）/YP（最?。ⅵ?（最大）/φ6（最?。ⅵ?（最大）/φ3（最?。┑谋戎捣謩e為1.17、1.11和1.28，說明低溫對(duì)鉆井液流變性能影響較小。

2.3 抗污染能力

在FLAT-PRO鉆井液中加入不同量的海水、鉆屑，測(cè)量其常規(guī)性能，結(jié)果見表5。從表5可知，F(xiàn)LAT-PRO鉆井液能抗10%海水污染和15%鉆屑污染，說明鉆井液抗海水和鉆屑污染的能力較強(qiáng)。

表5 FLAT-PRO鉆井液的抗污染能力評(píng)價(jià)

2.4 不同溫度壓力下鉆井液性能

使用Fann 77高溫高壓流變儀，在實(shí)驗(yàn)室模擬井下情況測(cè)量鉆井液流變性，數(shù)據(jù)如表6所示。從表6可以看出，大幅度變化溫度和壓力的情況下，F(xiàn)LAT-PRO鉆井液的流變性能變化不大，溫度、壓力對(duì)體系的流變性影響較小。

2.5 儲(chǔ)層保護(hù)能力

選取3塊人造巖心進(jìn)行測(cè)試，將巖心抽成真空，飽和標(biāo)準(zhǔn)鹽水，然后在室溫下測(cè)定鉆井液污染前后的煤油滲透率，根據(jù)SY/T 6540—2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》，采用JHDS高溫高壓動(dòng)失水儀，在300 r/min、100 ℃、3.0 MPa條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)污染實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表7所示。從表7可以看出，3塊巖心被FLAT-PRO鉆井液損害后，其滲透率恢復(fù)值均在90%以上，說明鉆井液能有效保護(hù)儲(chǔ)層。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

南海LS-A超深水井水深1 699.3 m，一開φ914.4 mm井段使用海水噴射鉆進(jìn)至1 811 m；二開φ660.4 mm井段使用海水開路鉆進(jìn)，稠膨潤(rùn)土漿清掃，中途完鉆后替入墊漿，鉆進(jìn)至井深2 130 m，下φ508 mm套管至井深2 123.83 m；三開φ444.5 mm井段使用FLAT-PRO鉆井液鉆進(jìn)至井深2 349 m，下φ339.7 mm套管至井深2 343.03 m；四開φ311.15 mm井段使用FLAT-PRO鉆井液鉆進(jìn)至井深2 483 m，完鉆，水深，井淺，是典型的超深水井。

表6 FLAT-PRO鉆井液Fann77流變性能

表7 FLAT-PRO鉆井液儲(chǔ)層保護(hù)能力評(píng)價(jià)

LS-A井從上而下鉆遇樂東組、鶯歌海組一段、鶯歌海組二段，樂東組及鶯歌海組一段以泥巖為主，主要目的層為鶯歌海組二段，目的層井段壓力系數(shù)為1.03。預(yù)測(cè)主要目的層溫度為34.6～36.0 ℃，井底溫度約為38.4 ℃。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)測(cè)，結(jié)合鄰井資料分析，該井φ508 mm套管鞋處的地層承壓能力系數(shù)低于1.14（實(shí)際地層承壓系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為1.10），安全密度窗口窄，地層漏失風(fēng)險(xiǎn)大，控制ECD值、預(yù)防井漏是該井的作業(yè)控點(diǎn)。因此選擇密度為1.03 g/cm3的FLAT-PRO鉆井液開鉆，以獲得低的ECD值。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)要點(diǎn)

①合成基鉆井液在基地泥漿站配漿，鉆井液到達(dá)平臺(tái)后，檢測(cè)鉆井液全套性能；②鉆進(jìn)過程中，使用FSVIS調(diào)整鉆井液的流變性，維護(hù)鉆井液黏度在50～70 s，動(dòng)切力在8～15 Pa，φ6/φ3讀數(shù)在（7～15）/（6～12）；③鉆進(jìn)過程中加入2%PF-HFR，控制鉆井液濾失量；④使用PF-MOALK調(diào)整鉆井液的堿度在1.5～2.5之間；⑤完鉆后，短程起下鉆，拉順井眼，以利于電測(cè)作業(yè)。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能

現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能如表8所示。從表8可以看出，LS-A井作業(yè)中，F(xiàn)LAT-PRO鉆井液性能穩(wěn)定，返出的巖屑，鉆頭切削齒痕明顯，形狀均勻，見圖4。

表8 LS-A井不同井深FLAT-PRO鉆井液性能

3.4 應(yīng)用效果

圖4 振動(dòng)篩返出的巖屑

FALT-PRO深水恒流變合成基鉆井液在LS-A井的應(yīng)用過程中，在不同溫度下鉆井液的流變性能穩(wěn)定，抑制性好，潤(rùn)滑性強(qiáng)，能獲得較低的ECD值。起下鉆順利，電測(cè)作業(yè)順利，井徑規(guī)則，下套管一次到位，沒有出現(xiàn)任何復(fù)雜情況，如圖5和圖6所示。LS-A井設(shè)計(jì)建井周期為28.5 d，實(shí)際建井周期為19.13 d，創(chuàng)海洋深水井建井周期最快記錄。

圖5 LS-A井鉆進(jìn)過程中ECD變化圖

圖6 LS-A井電測(cè)井徑

4 結(jié)論

1.通過對(duì)乳化劑、有機(jī)土、降濾失劑及其他處理劑進(jìn)行優(yōu)選，構(gòu)建了FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液體系。

2.室內(nèi)評(píng)價(jià)了FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液體系的基本性能，結(jié)果表明：該體系在4～65 ℃下流變性能穩(wěn)定，具有恒流變特性，能有效保護(hù)儲(chǔ)層，其滲透率恢復(fù)值在90%以上，抗海水、鉆屑污染能力強(qiáng)，易降解，滿足環(huán)境保護(hù)要求，可以滿足深水鉆井的要求。

3.南海LS-A超深水井應(yīng)用結(jié)果表明，該體系性能穩(wěn)定，ECD控制良好，電測(cè)井徑規(guī)則，完全能滿足超深水井作業(yè)需求。

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Research and Application of FLAT-PRO Constant Rheology Synthetic Base Drilling Fluid in Deepwater Operation

HU Wenjun, XIANG Xiong, YANG Honglie
(Diνision of Oilfeld Chemistry, COSL, Zhanjiang, Guangdong 524057)

Technical problems encountered in deepwater drilling, such as low temperature, narrow drilling window, formation of gas hydrate by shallow natural gas and hole sloughing etc. have posed rigorous requirements to drilling fuids. Using GTL Saraline 185V as the base fuid, a deepwater synthetic base drilling fuid, FLAT-PRO, was developed based on optimizing the emulsifer, organo-clay, flter loss reducer and other additives. Laboratory evaluation results showed that FLAT-PRO had stable constant rheology at 4-65 ℃. In permeability test, a permeability recovery of higher than 90% was obtained. This performed very well even when was contaminated with 10% seawater and 10% drilled cuttings. FLAT-PRO was easy to degrade, satisfying the need of environmental protection. An offshore well, LS-A, drilled in South China Sea, with water depth of 1,699.3 m, had formation (main target) temperatures between 34.6 ℃and 36 ℃. The coeffcient of formation pressure at the shoe of the ?508 mm casing string was lower than 1.14, indicating a narrow safe drilling window. How to control ECD and mud losses were the major concerns of the drilling operation. FLAT-PRO with a density of 1.03 g/cm3was used in spudding the well, and FSVIS was chosen to maintain the rheology of the drilling fuid. During drilling, rheological parameters of the drilling fuid were maintained as follows: FV = 50-70 s, YP = 8-15 Pa, φ6reading = 7-15, and φ3reading = 6-12. 2% of HFR was used in fltration control. Drilling, tripping and wireline logging were all successful performed. Filed application showed that the deepwater constant rheology FLAT-PRO drilling fuid had stable rheology at different temperatures, good inhibitive capacity, and superior lubricity, thereby maintaining low ECD during drilling and satisfying the needs for deepwater drilling.

TE254.3

A

1001-5620（2017）02-0015-06

2016-12-21；HGF=1702N1；編輯 王小娜）

10.3969/j.issn.1001-5620.2017.02.003

胡文軍，工程師，碩士，1978年生，畢業(yè)于江漢石油學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事鉆井液與完井液的技術(shù)管理與應(yīng)用工作。電話 （0759）3909815；E-mail：huwj10@cosl.com.cn。