南海深水鉆井液的應(yīng)用探討

王衛(wèi)東(中海油田服務(wù)股份有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

深水工程主要是為了獲取石油，對(duì)深海當(dāng)中所蘊(yùn)含的石油進(jìn)行勘探和開發(fā)面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)這也是一項(xiàng)高收入的產(chǎn)業(yè)。世界海洋工程的勘測(cè)范圍逐漸由淺海地區(qū)向深海地區(qū)進(jìn)軍。南海蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，在未來天然氣資源開發(fā)的工程中，具有極大的潛力和價(jià)值。獲取深水油氣資源，首先需要開發(fā)深水鉆井，為了進(jìn)一步提高勘探和開發(fā)效率，應(yīng)該合理采用多種鉆井液體系。

1 深水鉆井液概念

深水鉆井液是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)高難度系數(shù)較高的勘測(cè)技術(shù)，由于國(guó)外技術(shù)服務(wù)公司早在一開始就進(jìn)行了相關(guān)的研究，而且我國(guó)關(guān)于此技術(shù)的研究相對(duì)來說起步較晚，因此，技術(shù)在實(shí)施方面與國(guó)外先進(jìn)水平存在很大的差距。在淺水區(qū)勘測(cè)資源所采用的技術(shù)受到環(huán)境因素的影響很小，但是由于深水區(qū)環(huán)境嚴(yán)峻而且較為特殊，深水鉆井液技術(shù)的實(shí)施面臨許多問題。尤其是需要考慮到深水地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜狀況，鉆井液技術(shù)實(shí)施過程當(dāng)中所面臨的低溫流變性調(diào)控問題以及環(huán)境保護(hù)問題等。隨著水深的增加，離海平線越遠(yuǎn)的地段就會(huì)出現(xiàn)越低的溫度，同時(shí)也會(huì)影響鉆井液體系的應(yīng)用情況。在深水井上部井段通常會(huì)采用海水加稠塞方式來持續(xù)鉆進(jìn)，但是在這種情況下，可能會(huì)造成井壁不穩(wěn)定的現(xiàn)象[1]。必須要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的水基鉆井液體系，添加充分的抑制劑來防止生成水合物，根據(jù)鉆井開采所面臨的技術(shù)問題，選擇合適的鉆井液體系。

2 深水鉆井液面臨的主要技術(shù)問題

深水鉆井液在南海深水區(qū)實(shí)施過程中會(huì)面臨一些技術(shù)方面的問題，可能會(huì)影響到實(shí)際勘測(cè)和開發(fā)的效率，必須要采取有效的對(duì)策來進(jìn)行解決。

2.1 深水地質(zhì)條件的復(fù)雜性

深水地質(zhì)條件較為復(fù)雜，而且常由于海底地層較為疏松可能導(dǎo)致出現(xiàn)井壁失穩(wěn)或者滲漏的問題，導(dǎo)致整個(gè)地層穩(wěn)定性較差，承載能力不理想，容易引發(fā)井壁坍塌。

2.2 鉆井液低溫流變性調(diào)控問題

水深增加會(huì)導(dǎo)致深部地段的溫度越來越低，水深超過一定深度的時(shí)候就會(huì)造成巨大的溫差，而且會(huì)導(dǎo)致鉆井液黏度提升，從而造成油基鉆井液容易出現(xiàn)膠凝情況，那么就會(huì)導(dǎo)致當(dāng)量循環(huán)密度提升造成井漏。因此應(yīng)當(dāng)有效調(diào)控鉆井液流變性，有效控制好當(dāng)量循環(huán)密度，來解決所面臨的技術(shù)問題。

2.3 天然氣水合物的生成與抑制問題

深水區(qū)海底溫度和靜水壓力可能會(huì)導(dǎo)致鉆井液內(nèi)部更容易生成天然氣水合物，那么積累一定量的時(shí)候機(jī)會(huì)堵塞節(jié)流或者壓井噴線，導(dǎo)致無法監(jiān)測(cè)內(nèi)部的井內(nèi)壓力，或者導(dǎo)致防噴器無法正常開關(guān)，那么就會(huì)延長(zhǎng)作業(yè)周期，容易引發(fā)安全事故。

2.4 大環(huán)空低速梯度下攜巖與井眼清洗問題

鉆井液循環(huán)返海的過程中可能會(huì)受到隔水管直徑的影響，直徑過大可能導(dǎo)致返速難以攜帶巖屑出去，因此導(dǎo)致井眼清洗問題特別突出。而井眼傾斜角過大也會(huì)導(dǎo)致井眼難以有效的清洗。

2.5 海洋環(huán)保問題

海洋環(huán)保面臨著嚴(yán)格的規(guī)章制度和要求，因此南海深水開采必須要考慮到周圍環(huán)境的保護(hù)問題，油基鉆井液容易污染周圍環(huán)境，因此必須要對(duì)巖屑進(jìn)行嚴(yán)格的回收處理，并且用生物檢測(cè)法來嚴(yán)格檢測(cè)鉆井液的毒性。

3 深水鉆井液的具體應(yīng)用

在南海深水區(qū)的不同地段需要根據(jù)環(huán)境情況，采用合理的深水鉆井液體系，本文主要從南海深水上部井段以及南海深水隔水管段兩個(gè)部分來探討深水鉆井液的具體應(yīng)用措施。

3.1 南海深水上部井段鉆井液應(yīng)用

在我國(guó)南海已經(jīng)鉆探的幾口深水井工程中，許多都是采用水基鉆井液。深水上部井段主要指的是安裝深水鉆井防噴器以及隔水管之前的部分，由于環(huán)境沒有設(shè)立循環(huán)道路，讓鉆井液能夠循環(huán)順而返回到海底，因此深水上部的特殊環(huán)境就決定了必須要采用水基鉆井液結(jié)束。一般來說，具體實(shí)施過程是由海水來輔助鉆進(jìn)，每鉆進(jìn)半根或者一整根立柱就可以用稠漿來對(duì)井眼進(jìn)行清洗，維護(hù)井眼周圍的環(huán)境，進(jìn)而繼續(xù)鉆進(jìn)，直到深入到所設(shè)計(jì)的井深目標(biāo)。在井底需要鋪設(shè)墊底的稠漿防止?jié)B水，然后將套管順利下入井底，來保證井壁的穩(wěn)定。目前我國(guó)南海地區(qū)所開采的深水井都是采用這種技術(shù)，所制作的清掃稠漿主要是由瓜膠或者膨潤(rùn)的土漿所組成的，墊底稠漿的成分有一點(diǎn)差異，主要是由氯化鈣鹽水經(jīng)過稀釋處理之后制成的，有時(shí)候也會(huì)采用膨潤(rùn)的土漿來進(jìn)行。淺層地質(zhì)災(zāi)害問題主要是由淺層氣和淺水流所造成的，這些現(xiàn)象在90 m到800 m處都能夠發(fā)現(xiàn)。當(dāng)孔隙壓力大于海水梯度的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生淺層地質(zhì)災(zāi)害問題，嚴(yán)重的話甚至?xí)g井口周圍的海床，導(dǎo)致鉆井失去使用性能[2]。因此在開采和勘探的過程中，必須要充分考慮到地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和應(yīng)急措施問題。在南海新區(qū)塊當(dāng)中，如果不能很好把握淺層是否會(huì)存在地質(zhì)災(zāi)害的問題，那么就應(yīng)該采用動(dòng)態(tài)壓井鉆井技術(shù)或者PAD技術(shù)。我國(guó)南海第一口高達(dá)千米的深水井就采用了動(dòng)態(tài)壓井鉆井設(shè)備，主要是在上部井段鉆進(jìn)，通過采用這種技術(shù)能夠防止遭遇淺層氣的影響。一般來說，會(huì)采用專門制作的鉆井液來代替海水加稠漿，那么就需要配置大量的鉆井液，以確保后勤供應(yīng)工作能夠連續(xù)不斷地進(jìn)行供應(yīng)。這個(gè)時(shí)候所采用的鉆井液主要是預(yù)先配置好的，有鹽水、海水以及高密度的鉆井液等比例混合稀釋而成，但是采用這種技術(shù)就會(huì)給后勤部門的工作提出更大的挑戰(zhàn)。

3.2 南海深水隔水管段鉆井液應(yīng)用

在探討南海深水隔水管段鉆井液運(yùn)用的過程中，我們主要從傳統(tǒng)深水鉆井液體系以及新型深水鉆井液體系兩個(gè)方面展開分析。高鹽聚合物鉆井液體系在我國(guó)已經(jīng)運(yùn)用了幾十年，所采用的處理劑成分包括氯化鈉、氯化鉀、乙二醇等，由于所含鹽的濃度較高，因此能夠有效抑制鉆井液當(dāng)中水合物的生成。這種鉆井液體系半致死率符合國(guó)家環(huán)保要求，在一定程度上能夠解決海洋污染的問題。我國(guó)南海所開采的第二口深水井，在開采井眼以及鉆進(jìn)擴(kuò)眼的過程中，都采用了高鹽聚合物體系，并且促進(jìn)整個(gè)井段的鉆進(jìn)工作得到順利進(jìn)行。

在我國(guó)南海地區(qū)以及西北地區(qū)主要采用的鉆井液體系為油基鉆井液，這種鉆井液主要是由低毒礦物油所組成的，由于毒性較低，所以在深水鉆井作業(yè)當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。尤其是能夠有效地抑制水合物的生成，確保井壁達(dá)到一定的穩(wěn)定性。而且由于高溫高壓在過濾過程當(dāng)中所流失的量較低，因此能夠造成韌性更好的井壁。井液返速符合國(guó)家要求能夠更好地?cái)y帶巖屑，而且具備一定的懸浮能力氣能夠更好地完成井眼的清洗工作。在采用油基鉆井液體系的過程中，必須要對(duì)油基鉆井液的成分進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定毒性含量，如果不符合國(guó)家要求就不能直接排入海中。在鉆井工作完成之后，油基鉆井液必須要得到回收處理，一般來說都是運(yùn)回陸地進(jìn)行統(tǒng)一的處理。同時(shí)應(yīng)該將井筒內(nèi)部的油基鉆井液及時(shí)通過水泥塞封存在井下。必須要嚴(yán)格按照國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)鉆屑進(jìn)行處理，符合要求之后再進(jìn)行排海。

我國(guó)南海第二口深水井主要采用的是垂直式巖屑甩干機(jī)，對(duì)有機(jī)鉆井液當(dāng)中所包含的鉆屑及時(shí)進(jìn)行甩干處理，回收處理之后的油基鉆井液返送到容器當(dāng)中，然后由常規(guī)離心機(jī)來進(jìn)行分離固相。在新型的深水鉆井液體系中，主要采用高性能的水機(jī)鉆井液體系，這種鉆井液在近幾年經(jīng)過開發(fā)出來就得到了廣泛的應(yīng)用。高性能水機(jī)鉆井液主要由包被劑、頁(yè)巖抑制劑等成分組成，從實(shí)質(zhì)上來看，其實(shí)就是一種新型胺基聚合物。這種體系相對(duì)于傳統(tǒng)鉆井液體系來說，具有更多的優(yōu)良性能，而且能夠有效控制配漿成本同時(shí)也能夠保護(hù)環(huán)境。

我國(guó)南海第一口超過千米的深水井在隔水管段鉆進(jìn)的時(shí)候，所采用的就是這類鉆井液體系。在基地碼頭泥廠用淡水配置好所需要的鉆井液之后運(yùn)輸?shù)骄?，為了更好地滿足稀釋和調(diào)整的要求，應(yīng)該準(zhǔn)備好充足的鉆井水。這種鉆井液體系相比較于油基鉆井液體系來說，具有更好的潤(rùn)滑性能，因此能夠快速達(dá)到機(jī)械的鉆速要求以及膜效應(yīng)，達(dá)到較強(qiáng)的井壁穩(wěn)定性。采用這種鉆井液技術(shù)能夠有效防止天然氣水合物的生成，更好地確保井壁的穩(wěn)定性，同時(shí)能夠有效防止出現(xiàn)井漏的問題。由于深水低溫會(huì)對(duì)鉆井液產(chǎn)生巨大的影響，因此，近些年來鉆井行業(yè)也在不斷地研究和開發(fā)能夠適應(yīng)環(huán)境的高效的鉆井液體系[3]。平流變鉆井液體系能夠有效抵抗環(huán)境溫度所帶來的影響，而且屈服值所受溫度的影響也微乎其微。這種鉆井液體系在我國(guó)南海深水井開采工作當(dāng)中應(yīng)用的非常廣泛，同時(shí)表現(xiàn)出了良好的性能，這種鉆井液體系采用了新型的潤(rùn)濕和乳化劑成分，能夠有效在深水低溫條件下實(shí)現(xiàn)平流變性。因此，在鉆井作業(yè)當(dāng)中這類深水鉆井液體系能夠表現(xiàn)出較低的當(dāng)量循環(huán)密度，能夠有效清潔井眼。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從整體來看中國(guó)深水鉆井液技術(shù)的相關(guān)研究起步相對(duì)來說較晚，而且由于耗資巨大所面臨的風(fēng)險(xiǎn)較高，在今后的應(yīng)用過程當(dāng)中，必須要重視探究深水鉆井液技術(shù)的發(fā)展方向。南海深水地區(qū)大力應(yīng)用深水鉆井液技術(shù)，有助于提高天然氣資源的開發(fā)和勘探效率，根據(jù)不同的井段和管段，采用不同的處理方式有助于更好地完善鉆井液體系。