一种深水合成基钻井流体流变稳定剂的研发

在深水钻探作业中,由于海底温度较低,海底静液柱压力较大,浅层欠压实,深水表层孔隙压力和破裂压力的窗口较窄,常导致井漏和循环当量密度(ECD)不易控制。为解决上述问题,国外研制出一类新型的具有恒流变特性的合成基钻井液(CR-SBM)。通过对国内外CR-SBM性能的调研,研制了钻井液流变稳定剂,并确立了恒流变合成基钻井液的基本配方。利用深水钻井用低温高压可视化装置测试了体系在真实低温高压状态的流变性,构建的合成基体系具有低温恒流变特性。     

深水合成基钻井液恒流变特性研究

合成基钻井液以其特有的环保性能及机械钻速高、井壁稳定性好等特点,已成为国际上海上油气钻探的常用钻井液体系。深水钻井时由于温度变化明显,对钻井液流变性提出了很高的要求。研究了合成基基液、有机土、降滤失剂、油水比对HMS合成基钻井液流变性的影响规律,并与传统合成基钻井液的流变性进行了对比。结果表明,由运动黏度低的线性α-烯烃（LA0）和特种油配制的钻井液在低温时的流动性明显好于酯基合成基钻井液;有机土和油水比对合成基钻井液流变性影响明显,而降滤失剂影响较小。与传统合成基钻井液相比,HMS合成基钻井液的流变性受温度的影响很小,4℃与65℃情况下的动切力的比值小于1．15,表现出了良好的恒流变特性,较适合于海洋深水钻井。     

深水用煤制油恒流变合成基钻井液体系的研制

为了解决深水钻井中的压力控制问题,研制了一套深水用煤制油恒流变合成基钻井液体系。该钻井液体系是以新研制的低粘度深水用煤制油作为基液,对传统的合成基钻井液关键处理剂进行了重新设计及优选组合,从而构建了深水用合成基钻井液体系。性能评价实验结果表明,所研制的深水用煤制油恒流变合成基钻井液体系具有良好的流变性和乳化稳定性,动切力和6值受温度及压力影响小,可以满足深水钻井作业的要求。     

适于深水钻井的恒流变合成基钻井液

深水钻井条件下,温度变化大,对钻井液在低温环境下的流变性提出较高要求。室内合成一种缔合聚合物处理剂,该处理剂可以作为一种流型调节剂,调节钻井液低温流变性,使其在低温条件下有稳定的动切力、凝胶强度和φ_6读数。通过乳化剂和有机土加量的优选、不同油水比以及不同密度下低温流变性的对比研究,形成一种恒流变合成基钻井液。研究结果表明,与传统的合成基钻井液相比,恒流变合成基钻井液在较大的温度变化范围内具有稳定的流变性,低温下钻井液不会出现胶凝现象,保证了深水钻井的安全。     

采用海泡石纳米颗粒控制膨润土基钻井液性能

提出在膨润土基钻井液中添加海泡石纳米颗粒来控制其性能,并通过实验研究了不同温度压力条件下海泡石纳米颗粒对膨润土基钻井液流变性、滤失性等性能的影响。测量了添加海泡石纳米颗粒前后膨润土基钻井液在不同温度压力条件下的塑性黏度、动切力和滤失量,并在储集层温度压力条件下对添加海泡石纳米颗粒前后的膨润土基钻井液进行了岩心驱替实验,对比了钻井液的滤失量及对地层的伤害程度。结果表明:添加海泡石纳米颗粒可以提高清水和盐水膨润土基钻井液的塑性黏度和动切力;海泡石纳米颗粒可以在较大的温度和压力范围内特别是高温高压条件下保持钻井液流变性的稳定;储集层温度压力条件下,海泡石纳米颗粒降低了钻井液的滤失量,抑制了砂岩岩心渗透率降低。海泡石纳米颗粒是一种理想的膨润土基钻井液添加剂。     

固相含量和密度对高密度钻井液流变性影响的实验研究

高密度钻井液体系的研究和应用中，流变性是重要的衡量标准，而固相含量和密度又是影响高密度钻井液流变性最重要的因素。通过机理分析，并根据大量室内试验研究了在高温条件下，高密度钻井液固相含量和密度的变化对其流变性能的影响规律和程度。通过对钻井液表观黏度、塑性黏度、动切力和静切力等流变参数的变化进行测定和计算，对不同固相含量（2%～6%）的高密度钻井液流变参数曲线变化进行对比得出:含土量增大，钻井液的黏度增大；高密度钻井液的流变性受固～相含量大小和温度的影响明显、受压力和添加剂的影响较小。该试验研究结果将对钻井现场高密度钻井液的应用具有重要的借鉴作用。     

油基钻井液高温高压流变参数预测模型

在高温高压深井中,钻井液流变性受温度和压力的影响较大。研究油基钻井液的高温高压流变特性,建立宾汉流体的流变参数预测模型,对于现场及时调整钻井液性能、精确计算环空压降、实现高温高压井当量循环密度的精确预测及合理控制井底压力具有重要意义。对具有典型配方的油基钻井液在高温高压下的流变特性进行了研究,通过对实验数据进行多元非线性回归分析,建立了预测高温高压条件下油基钻井液表观黏度、塑性黏度和动切力的数学模型。由模型得到的预测值与实测值具有较好的吻合性,相关系数均在0.98以上。该模型可用于深部井段流变参数的预测和现场水力参数的精确计算。     

深水条件下气制油合成基钻井液流变性和流变模式研究

深水钻井条件下钻井液面临低温高压问题。通过室内实验研究了深水条件下气制油合成基钻井液的流变性和流变模式。实验结果表明:低温条件下,高剪切速率时剪切应力随着压力的升高而升高,低剪切速率时剪切应力受压力的影响不大;表观粘度、塑性粘度随着压力的升高而增大,随着温度的升高而减小;动切力受温度和压力的影响较小,有利于井下压力控制。流变曲线拟合结果表明,宾汉、卡森、赫谢尔-巴尔克莱(H-B)等3种流变模式均能较好地表征深水条件下气制油合成基钻井液的流变性,但卡森模式和H-B模式计算复杂,因此在精度要求范围内,建议采用宾汉模式进行水力学计算。     

高温高压耦合条件下油基钻井液的流变特性规律及其数学模型

为了探究高温、高压耦合条件下温度、压力对油基钻井液流变性能的影响规律,利用超高密度高温高压钻井液流变仪Fann iX77分别测试了各个高温、高压耦合条件下密度为1.4、1.8、2.2、2.4 g/cm3的抗高温油基钻井液体系的流变特性。结果显示,油基钻井液表观黏度和塑性黏度随温度的升高而逐渐降低,随压力的增大而逐渐增大;动切力随温度的升高表现出先增高后降低的趋势;当温度超过一定值时（160 ℃左右）,高温作用对各个高密度油基钻井液流变性的影响都将大大减弱。将所测得的各个高温、高压耦合节点条件下的流变参数进一步分析后得到油基钻井液的温度、压力二元数学模型,误差分析结果显示,该模型对各密度体系的实验测量数据均具有良好的拟合性,可决系数R均大于0.96,因此该数学模型能够较为精确地预测出各个温度、压力耦合条件下油基钻井液的流变性能。      

水基钻井液低温流变特性研究

深水钻井是中国石油近期和未来发展的必然趋势。温度对钻井液流变性能影响显著,深水低温给钻井液流变性调控带来了巨大挑战。分析了国外深水低温对钻井液流变性影响规律研究现状,利用自行研制的深水低温钻井液基本性能测试模拟实验装置和FANNIX77流变仪,研究了温度和压力对不同水基钻井液体系黏度和动切力的影响。结果表明,温度对不同钻井液体系的黏度影响规律基本相同,即随温度降低黏度增大,从高温到室温钻井液黏度增加比较缓慢,而从室温开始随温度降低黏度迅速升高;温度对含固相钻井液和无固相钻井液体系动切力的影响规律不同,无固相钻井液体系的动切力随温度降低而降低,而含固相钻井液动切力则随温度降低而增加;压力对水基钻井液体系黏度、动切力影响不大。研究结果为我国深水钻井实践提供了室内研究基础。     

深水钻井气制油合成基钻井液室内研究

深水钻井面临低温、安全密度窗口窄、浅层气易形成气体水合物、井壁易失稳等技术难题,对深水钻井液提出了更高的要求。通过研究乳化剂加量、有机土加量、水相体积分数对深水气制油合成基钻井液低温流变性和电稳定性的影响,配制了一种深水气制油合成基钻井液,其配方为80%气制油+20%CaCl2盐水+3%RHJ+3%有机土+3%HiFLO+2%CaO,并研究了其低温流变性、抑制天然气水合物生成的能力和储层保护能力。研究结果表明:该钻井液具有较好的低温流变性,动切力几乎不受温度影响,在较大的温度变化范围内保持稳定;在20 MPa甲烷气体、0℃温度条件下能有效抑制天然气水合物的生成;能有效保护油气储层,其渗透率恢复率达85%以上,可以满足海洋深水钻井的要求。      

用于评价深水条件下钻井液流变特性的FannIX77全自动流变仪

通过对深水钻井过程中钻井液面临的挑战和现有钻井液流变仪的分析,指出目前钻井液流变性测试仪器对评价深水性能存在的不足,重点介绍了用于评价深水条件下钻井液流变特性的新仪器——FannIX77全自动钻井液流变仪,详细阐述了该仪器的结构原理、组成、特点、技术指标及操作模式等。该仪器模拟温度范围在-10℃~316℃之间、最高压力可达30000psi,不仅适用于高温高压井的评价测定,尤其对深水作业时钻井液性能的评价更显示其独有的优势。文章以比重为1.2SG的水基钻井液和合成基钻井液体系为研究对象,介绍了该流变仪在深水钻井液流变实验中的应用。     

深水控制泥浆帽钻井水力参数设计与计算

深水控制泥浆帽钻井技术可以应对严重漏失地层和高压、高含硫地层的钻井问题,但钻井水力参数的设计与计算较为困难。为此,结合深水钻井工艺流程,建立了深水控制泥浆帽钻井井底压力计算模型,给出了深水钻井不同工况下的钻井液密度确定准则和钻井液当量循环密度计算方法,并基于井筒内循环压耗分析得到了水面泵和水下泵的泵压计算方法;针对严重漏失地层和高压、高含硫地层的井筒压力分布特点,给出了该工况下的泥浆帽高度计算方法;结合井眼清洁准则和漏失量与漏失压差的关系,给出了牺牲流体排量计算方法,并以此为基础提出了深水控制泥浆帽钻井水力参数设计流程。以一口深水井为例,对控制泥浆帽钻井水力参数进行了算例分析,结果表明:泥浆帽高度主要由井底压力的大小决定,钻井液密度与排量的大小可对其产生一定影响,所以通过调节泥浆帽高度可以控制井筒压力。      

深水无隔水管钻井MRL选型及参数优化

无隔水管钻井液举升钻井是解决深水表层钻井难题的有效方案,钻井液举升管线作为该系统中海底钻井液返回平台的唯一通道,其选型和设计影响到整个系统的正常运行。在对钻井液返回管线(MRL)压耗分析的基础上,通过分析不同MRL规格对钻井液流速、压耗等性能的影响,得出适合于不同水深的MRL内径的解决方案;同时对不同水深作业情况下返回管线的选型进行研究,提出较浅水优先选用柔性管线,深水和超深水情况下选用钢制管线的选型原则。该研究对深水无隔水管钻井液举升钻井系统的研究具有一定的指导意义。     

油基钻井液随钻防漏技术实验研究

与水基钻井液相比,油基钻井液更容易发生井眼漏失,且井漏现场处理困难,一旦发生井漏,往往会造成重大经济损失。针对油基钻井液漏失问题,从油基钻井液井漏预防措施入手,通过优选不同类型的钻井液防漏堵漏剂,研制了新型油基钻井液随钻防漏堵漏材料,并探讨了其协同作用机理。渗透性封堵实验以及作用机理分析表明,刚性架桥颗粒、弹性填充颗粒、微细纤维材料等不同类型钻井液防漏堵漏剂具有协同作用效果,能够迅速形成具有"强力链网络"的致密封堵层,显著提高了油基钻井液的随钻防漏堵漏性能。进一步优化了强封堵性油基钻井液体系,该体系在120℃、16 h热滚前后的流变性、滤失性能良好,PPA砂盘滤失量仅为11.4 m L,具有良好的随钻防漏堵漏性能,能够起到强化封堵井壁作用,有助于提高地层承压能力。     

合成基钻井液体系及最新发展

本文介绍了国外合成基钻井液体系的发展概况及最新进展;阐述了第一代和第二代合成基液的种类和基本性质;叙述了合成基钻井液体系的环境可接受性、钻井特性和经济性等特点;对新一代合成基钻井液体系的优点进行了介绍。     

喷射导管技术在深水钻井作业中的应用

深水油气日益成为海洋石油勘探开发的热点，但深水钻井作业面临着许多难题和挑战，喷射导管技术是解决深水浅层钻井难题的技术之一。该技术采用在喷射管柱内下动力钻具的方式，用钻入泥线以下的管串自身重力钻进，喷射到位后利用地层的粘附力和摩擦力稳固住导管，起出送入工具和管内钻具，完成导管的安装。喷射导管技术可避免因水泥浆密度过大而压破地层，也可避免深水由于低温等因素影响固井质量。我国第一口水深超千米的深水井——荔湾3-1-1井利用该技术成功完成了导管的安装，井口装置没有出现井口失稳的问题。随着我国深水勘探步伐的加快，越来越多的深水区块将投入勘探开发，喷射导管技术具有良好的应用前景。     

FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液及其应用

深水钻井面临低温、安全密度窗口窄、浅层气易形成气体水合物、井壁易失稳等技术难题,对深水钻井液提出了更高的要求。以Saraline 185V气制油为基油,通过优选乳化剂、有机土、降滤失剂及其他处理剂,构建了一套适合深水钻井的FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液体系。综合性能评价结果表明:该钻井液在4~65℃下流变性能稳定,具有恒流变特性,能有效保护储层,其渗透率恢复值大于90%,能抗10%海水、15%钻屑污染,易降解,满足环保要求。南海LS-A超深水井水深为1 699.3 m,预测主要目的层温度为34.6~36℃,φ508 mm套管鞋处的地层承压能力系数低于1.14,安全密度窗口窄,如何控制ECD值、预防井漏是该井的作业控点,因此选择密度为1.03 g/cm3的FLAT-PRO钻井液开钻。钻进过程中,使用FSVIS调整流变性,维护黏度在50~70 s,动切力在8~15 Pa,φ₆读数为7~15,φ₃读数为6~12,用2% PF-HFR控制滤失量,应用井段起下钻顺利,电测顺利,井径规则,没有出现任何复杂情况。应用结果表明,FALT-PRO深水恒流变合成基钻井液在不同温度下的流变性能稳定,抑制性好,润滑性强,能获得较低的ECD值,满足深水钻井的要求。      

全球深水钻井现状与前景

全球深水钻井工作量不断增加,深水钻井承包市场规模不断扩大,钻井作业水深纪录不断刷新。由于市场需求旺盛,全球深水浮式钻井装置的建造持续活跃,装置数量不断增加,供应总体偏紧,超深水钻井船逐渐成为建造的主流。深水浮式钻井装置主要分布在"金三角"地区(墨西哥湾、巴西、西非)。深水钻井业务虽技术难度高、风险大,但仍会在短短几年时间内实现跨越式发展,如Seadrill公司通过收购公司、投资建造和收购海洋钻井装置、优化重组和资本运作等方式,仅用5年多时间由一家新成立的小公司发展成为世界第二大海洋钻井承包商、世界一流的深水钻井承包商,其经验值得借鉴。     

深水聚胺高性能钻井液试验研究

聚胺高性能钻井液是性能最接近油基钻井液的水基钻井液,在深水钻井领域具有广阔的应用前景。为降低钻井液成本,在研制聚胺强抑制剂的基础上,考虑水合物抑制及低温流变性等因素,通过优选处理剂,构建了适用于深水钻井的聚胺高性能钻井液体系,并对其进行了综合性能评价。结果表明,该钻井液可抗150 ℃高温,且低温流变性优良,2 ℃和25 ℃的表观黏度比和动切力比分别为1.36和1.14;其抑制页岩水化分散效果与油基钻井液相当,体现了其强抑制特性;在模拟1 500 m水深的海底低温高压(1.7 ℃,17.41 MPa)条件下,具备120 h抑制水合物生成的能力;抗钙、抗劣土污染能力较强;无生物毒性,能满足深水钻井环保要求。其主要性能指标基本达到了用于深水钻井的同类钻井液水平,可满足深水钻井要求。