超高溫高密度鉆井液體系的研究與應(yīng)用

陳連全

中原石油工程有限公司鉆井二公司，中國·河南 濮陽 457001

1 引言

在油氣資源的開發(fā)的方面，當(dāng)今全球領(lǐng)域已獲得了很多成就以及勘探技術(shù)的進步。隨著勘探工作逐漸深化，油氣勘探的難度也隨之加大，較為極端的高壓、高溫地層每年都有所增加，傳統(tǒng)的鉆井液體系已經(jīng)無法滿足難度較大的工作要求。所以相關(guān)工作人員應(yīng)加大力度研發(fā)超高溫高密度分層液體，推動油氣勘探工作得到進一步的發(fā)展。

2 高溫地層鉆井液體系難點

當(dāng)今油氣勘探的井深越來越大，井底的環(huán)境也愈加多變。在實際勘探時很有可能會遭遇到高壓、高溫油氣層的狀況。所以就要求鉆井液在這種相對復(fù)雜、極端的情況下，能夠保持其性能的穩(wěn)定性。當(dāng)前使用的鉆井液體系在降率失效果以及抗高溫等方面還有著較大的提升空間，所以需要相關(guān)部門對性能更高的鉆井液進行研發(fā)[1]?，F(xiàn)在較為常用的油基鉆井液具有潤滑性較強及耐高溫性能強的特點。與此同時，油氣鉆井液也存在著成本較高等較為突出的問題，且使用油基鉆井液具有較大的安全風(fēng)險。所以，當(dāng)今的超高溫油水基的鉆井液引起了相關(guān)人員的關(guān)注。超高溫的鉆井液處理劑是超高溫高密度鉆井液的重點，特別是抗高溫降濾失劑研發(fā)的穩(wěn)定性。由于當(dāng)今的鉆井液在抗高溫降濾失劑的研發(fā)工作開始比較晚，歷經(jīng)幾十年的研發(fā)，卻依舊存在著相應(yīng)的問題制約著超高溫高壓鉆井技術(shù)的發(fā)展。所以，為使超高壓高溫深井的鉆井需求得到滿足，研發(fā)出與實際鉆井操作相符的抗高溫高壓的降濾失劑，以保障在超高溫下的鉆井液流變性得到充分的發(fā)展，并保障超高溫高壓的鉆井操作過程中的安全性。

1 引言

在油氣資源的開發(fā)的方面，當(dāng)今全球領(lǐng)域已獲得了很多成就以及勘探技術(shù)的進步。隨著勘探工作逐漸深化，油氣勘探的難度也隨之加大，較為極端的高壓、高溫地層每年都有所增加，傳統(tǒng)的鉆井液體系已經(jīng)無法滿足難度較大的工作要求。所以相關(guān)工作人員應(yīng)加大力度研發(fā)超高溫高密度分層液體，推動油氣勘探工作得到進一步的發(fā)展。

2 高溫地層鉆井液體系難點

當(dāng)今油氣勘探的井深越來越大，井底的環(huán)境也愈加多變。在實際勘探時很有可能會遭遇到高壓、高溫油氣層的狀況。所以就要求鉆井液在這種相對復(fù)雜、極端的情況下，能夠保持其性能的穩(wěn)定性。當(dāng)前使用的鉆井液體系在降率失效果以及抗高溫等方面還有著較大的提升空間，所以需要相關(guān)部門對性能更高的鉆井液進行研發(fā)[1]?，F(xiàn)在較為常用的油基鉆井液具有潤滑性較強及耐高溫性能強的特點。與此同時，油氣鉆井液也存在著成本較高等較為突出的問題，且使用油基鉆井液具有較大的安全風(fēng)險。所以，當(dāng)今的超高溫油水基的鉆井液引起了相關(guān)人員的關(guān)注。超高溫的鉆井液處理劑是超高溫高密度鉆井液的重點，特別是抗高溫降濾失劑研發(fā)的穩(wěn)定性。由于當(dāng)今的鉆井液在抗高溫降濾失劑的研發(fā)工作開始比較晚，歷經(jīng)幾十年的研發(fā)，卻依舊存在著相應(yīng)的問題制約著超高溫高壓鉆井技術(shù)的發(fā)展。所以，為使超高壓高溫深井的鉆井需求得到滿足，研發(fā)出與實際鉆井操作相符的抗高溫高壓的降濾失劑，以保障在超高溫下的鉆井液流變性得到充分的發(fā)展，并保障超高溫高壓的鉆井操作過程中的安全性。

3 抗高溫降濾失劑

3.1 抗高溫降濾失劑分子結(jié)構(gòu)

抗高溫降濾分子設(shè)計包含官能團、鏈結(jié)構(gòu)以及分子量的設(shè)計工作[2]?？垢邷亟禐V失劑分子中存在各樣的基團構(gòu)成及分子結(jié)構(gòu)。吸附基團的作用是在黏土顆粒上實行吸附工作。吸附基團有兩種，分別是非離子基團和陽離子基團；水化基團主要起到使分子水化的作用，更加有助于分子分散在鉆井液中；選擇性基團是為了達成有針對性的目的，引進分子中的有著選擇作用的基團，僅在特定情況下起作用。

3.2 降濾失劑分子結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計

使用相應(yīng)的軟件對降濾失劑的分子結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，在將鏈烷基磺酸基、環(huán)狀結(jié)構(gòu)以及含有能夠發(fā)生反應(yīng)的活性樹狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)引進分子中時，運用接枝共聚以及微交聯(lián)的工藝，使有著可溶脹封堵以及抗高溫且具有吸附性的抗高溫降濾失劑合成出來。在此分子結(jié)構(gòu)當(dāng)中，利用交聯(lián)聚合物所構(gòu)成的體型溶脹微區(qū)將作為封堵粒子，微區(qū)的附近存在線型聚合物分子，該分子有著水溶以及吸附的作用，其分子結(jié)構(gòu)詳見圖1。

圖1 抗高溫降濾失劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

該抗高溫降濾失劑和多種陰離子型與陽離子型以及兩性復(fù)合離子型的鉆井液處理劑進行配比時，其配伍性較好、使用量少、發(fā)揮作用的時效較長，并且維護工作也較為便利。相較于常見的聚合物降濾失劑來說，該抗高溫降濾失劑水溶液的黏度更低，其降濾失效果也更為突出。在220℃的溫度下經(jīng)過15個小時的老化后，測試到的180℃超高溫高壓環(huán)境下的濾失量低于20mL，其測試標準與相關(guān)規(guī)定的濾失量需求相符，將其使用于超高溫的條件下，其性能發(fā)揮更為明顯。

圖2為該抗高溫降濾失劑同相應(yīng)的中國與其他國家降濾失劑樣本的檢驗對比結(jié)果。該實驗的基礎(chǔ)配方為：3%膨潤土漿+13%評價土+0.3%燒堿+4%降濾失劑，在220℃的溫度下經(jīng)過15個小時的老化后，測試到的180℃條件下的抗高溫高壓的濾失量。檢驗結(jié)果證實，加入該降濾失劑進行配比的配方在超高溫高壓情況下的濾失量僅5mL，明顯比其他同類產(chǎn)品的效果更加顯著。

圖2 抗高溫降濾失劑樣品對比評價結(jié)果

4 超高溫高密度鉆井液體系鉆井液性能

4.1 在不同密度下的性能

在進行超高溫高密度鉆井液體系的性能檢驗時，使用基礎(chǔ)的配方，運用重晶石將其加重，以測試在不同的密度下經(jīng)過配比的鉆井液體系的性能，潤濕反轉(zhuǎn)劑的運用能夠有效地防止材料與劣質(zhì)的固相進入鉆井液體系之后產(chǎn)生的性能不穩(wěn)定狀況[3]。該鉆井液在超高溫的條件下，運用潤濕劑以及乳化劑將加重材料進行潤濕，能夠配制出密度為2.2～2.6g·cm-3的超高溫高密度鉆井液體系，并且該鉆井液有著良好的流變性以及乳化穩(wěn)定性。與此同時，該鉆井液還具有比較低的濾失量，可以滿足超高溫高密度井的施工的需要。

4.2 抗溫能力

室內(nèi)對高溫高密度油基鉆井液體系進行了不同溫度老化后的性能評價，體系采用基礎(chǔ)配方，用重晶石加重到2.4g·cm-3，測試結(jié)果表明，該超高溫高密度鉆井液體系有著較為優(yōu)良的抗溫性能，經(jīng)過160～220℃的溫度進行老化后，該鉆井液的塑性黏度比較低，在超高溫高壓的環(huán)境下其濾失量比較低，并且電穩(wěn)定性較高。

4.3 使用不同油相配制

使用各樣油相對超高溫高密度鉆井液體系進行配制并對其性能實施考察工作，鉆井液的配制依舊運用基礎(chǔ)的配方，使用重晶石將其加重至2.4g·cm-3。超高溫高密度鉆井液能夠依據(jù)具體的情況運用白油、氣制油等各類油相進行鉆井液的配制，配制成各類鉆井液，以滿足陸地以及海上等不同情況下對鉆井液的環(huán)境保護需求。

4.4 不同油水比相配制

在研發(fā)過程中，對不同油水比重的超高溫高密度鉆井液體系的性能進行了分析與評測。具體操作時運用基礎(chǔ)的配方，使用重晶石將其加重至2.4g·cm-3。鉆井液在使用時，其流變性以及乳化的穩(wěn)定性受到超高溫高密度鉆井液的油水比影響比較大，鉆井液的配制中水相占比越大，對乳狀液穩(wěn)定性能越不利。其油水比體系處于90:5到75:15的范圍內(nèi)有著較為優(yōu)越的性能。

5 超高溫高密度鉆井液體系實際應(yīng)用

中國新疆某盆地是較為典型的超高溫高壓的區(qū)域，通常情況下，該地區(qū)的井底溫度超過200℃[4]。并且該地地層的壓力較高，因此就需要進行具體操作時使鉆井液密度在2.2g·cm-3以上，并且該地井下的施工情況較為復(fù)雜，致使在進行鉆井工作的過程中常常出現(xiàn)卡鉆的情況。該地的18-3-1井是一口典型的超高溫高壓井，完鉆的實際井深為5500m，完井后對井下的溫度進行電測，測得最高的溫度高達224℃，井底壓力達89MPa。此前研制的超高溫高密度鉆井液體在此井中實施了具體應(yīng)用，并取得了成功。該井的操作時間達到115d，在實際鉆井時僅有一次水侵的極端條件的出現(xiàn)，但是并未發(fā)生井壁不穩(wěn)定的情況。該井的施工操作次數(shù)為32次，并未發(fā)生任何阻礙，操作過程暢通、安全，任何阻礙、復(fù)雜的狀況都未曾出現(xiàn)。

6 結(jié)語

該抗高溫高密度鉆井液體系的抗高溫性能高達220℃，其密度能夠達到2.4g·cm-3，與此同時，還具備較好的乳化性、穩(wěn)定性，在實際應(yīng)用過程中也具有比較低的濾失量。該抗高溫高密度鉆井液體系能夠配制各種油相、密度以及油水比的抗高溫高密度的鉆井液體系，使得抗高溫高密度鉆井液的維護工作更為便捷。在抗高溫高密度鉆井液體系在新疆某高溫高壓井的成功應(yīng)用說明，這種鉆井液的抗高溫、高壓的性能較為穩(wěn)定，并且相對安全，在實際使用過程中并未出現(xiàn)井壁坍塌等突發(fā)狀況。該鉆井液的成功使用，也說明此體系的維護、配置以及抗高溫高壓性能存在較為可觀的應(yīng)用性，使鉆井液的流變性、濾失量以及沉降穩(wěn)定性等較難解決的技術(shù)性難題得到相應(yīng)的解決，以此確保較深地層的油氣鉆井施工工作的安全性，使當(dāng)今的超高溫高密度鉆井液體系得到較大的進步。