具有恒流变特性的深水合成基钻井液

合成基钻井液（SBM）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。但是在深水钻探作业中,由于温度和压力对流变性的影响常导致井漏和当量循环密度（ECD）不易控制。为了解决该技术难题,近年来国外首先研制出一类新型的具有恒流变特性的合成基钻井液（CR-SBM）,其流变性,特别是动切力、静切力和低剪切速率下的黏度等参数基本上不受温度压力的影响。阐述了该新型钻井液的典型组成及性能特点,对比了传统SBM和CR-SBM在不同温度、压力下的流变性、抗岩屑污染和毒性测试结果,并介绍了国外CR-SBM的现场应用情况。      

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。     

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。      

深水水基恒流变钻井液流变特性研究

水基恒流变钻井液是一种适用于深水钻井作业的新型工作流体,目前关于该体系的报道较少。通过对一定温度压力下钻井液性能的检测以及流变模型分析,研究了水基恒流变钻井液的流变行为,并初步探索了恒流变机理。结果表明,在0.1～35.4 MPa范围内,当温度从4℃升高到65℃,黏度计读数φ₆/φ₃、动切力、塑性黏度等流变参数的变化幅度较小,分别在10～13、9～12、13～18 Pa及15～22 mPa·s范围内,且φ₆与φ₃读数随温度呈“U”型分布;在温度压力组合条件下,拟合经验流变方程的相关性排序为:宾汉塑性≈幂律＜卡森≈赫-巴≈罗-斯模型,其中双参数卡森模型的相关系数较高,且表达式简洁,适于描述水基钻井液的恒流变特性;以卡森模型为初始方程,引入T/P因子建立了高预测精度的动力学流变方程f（T,P,γ）,相对误差平均值为7.19%±4.07%,偏差极大值集中在100（ r/min）/65℃;分析了关键处理剂的分子形貌、结构及其与黏土片层的缔合作用,提出了基于分子形态的定性构效假设,揭示水基钻井液的流变稳定性本质。      

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。     

生物柴油基恒流变钻井液体系

针对现阶段恒流变合成基钻井液基础油成本高昂且不可再生的缺陷,研究具有廉价、环保、可再生优势的生物柴油基恒流变钻井液技术.优选原材料制备成本低、环保且低温流动性好的大豆油乙酯生物柴油作为基础油,通过选择高油水比,并在辅乳化剂中引入阳离子表面活性剂,有效减缓了生物柴油基乳液因高温水解、皂化导致的增稠现象.使用由阳离子改性剂...     

恒流变合成基钻井液关键机理研究

以FLAT-PRO恒流变体系核心处理剂流型调节剂酰胺化二聚酸衍生物和有机蒙脱土为研究对象,通过宏观、微观和流变分析相结合,深入研究了恒流变合成基钻井液的恒流变性机理。控温流变实验和静置实验表明,低温下,油相体积压缩,有机土在油中的分散性变差,体系黏度切力大幅提高。随着温度升高,油相体积膨胀,有机土扩散性增强,体系黏度切力减小。加入流型调节剂后,钻井液的黏度切力随温度变化减缓,表现出了恒流变特性。显微镜观察,X射线衍射分析、扫描电镜观察结果表明,流型调节剂分子可以插入有机蒙脱土层间,扩大层间距并促进其片层在油中高度分散。最终在钻井液体系中由高度分散的有机土片层、流型调节剂分子和乳液滴共同构成了具备温度响应性的致密网络结构。流型调节剂分子链随温度升高而舒展,导致与2℃相比,体系黏度切力在65℃下增幅更大,从而使流变性在2～65℃范围内随温度变化更加平缓,形成恒流变性能。      

恒流变合成基钻井液关键机理研究

以FLAT-PRO恒流变体系核心处理剂流型调节剂酰胺化二聚酸衍生物和有机蒙脱土为研究对象,通过宏观、微观和流变分析相结合,深入研究了恒流变合成基钻井液的恒流变性机理。控温流变实验和静置实验表明,低温下,油相体积压缩,有机土在油中的分散性变差,体系黏度切力大幅提高。随着温度升高,油相体积膨胀,有机土扩散性增强,体系黏度切力减小。加入流型调节剂后,钻井液的黏度切力随温度变化减缓,表现出了恒流变特性。显微镜观察,X射线衍射分析、扫描电镜观察结果表明,流型调节剂分子可以插入有机蒙脱土层间,扩大层间距并促进其片层在油中高度分散。最终在钻井液体系中由高度分散的有机土片层、流型调节剂分子和乳液滴共同构成了具备温度响应性的致密网络结构。流型调节剂分子链随温度升高而舒展,导致与2℃相比,体系黏度切力在65℃下增幅更大,从而使流变性在2～65℃范围内随温度变化更加平缓,形成恒流变性能。     

深水合成基钻井液研究

随着科学技术的进步和人类对海洋石油资源认知水平的不断提高,海洋油气勘探开发已从浅海走向深海,甚至超深海。深水钻井液技术是深水钻井的关键技术之一,低温流变性和气体水合物是深水钻井液面临的主要问题。为了解决该技术难题,通过室内实验优选出了深水线性α烯烃合成基钻井液配方,并模拟深水作业温度环境研究了其低温流变性。研究结果表明,钻井液的黏度随着温度降低上升,而钻井液的Φ6和Φ3读数、动切力几乎不受温度影响。采用DSC(差示扫描量热法)技术研究了优选的深水合成基钻井液在20MPa、0℃条件下无气体水合物生成。室内实验研究结果表明,优选的合成基钻井液具有较好的抗温能力、抑制性、储层保护能力。     

深水钻井液国内外发展现状

分析了墨西哥湾、巴西、西非等深水区块地层特性，介绍了深水盐层特性以及钻井过程中面临的技术挑战，并针对深水盐岩及活性泥岩等复杂地层对钻井液设计提出了要求，结合国内外不同公司研制开发的深水高性能水基钻井液以及深水恒流变合成基钻井液体系，归纳总结了深水钻井液国内外发展现状。      

深水钻井条件下合成基钻井液流变性

目前合成基钻井液体系在深水钻井中应用比较广泛,其低温流动性也成为深水钻井中较受关注的问题。通过测定线性α-烯烃合成基钻井液在不同组成时的黏度-温度特性,研究了乳化剂种类、有机土加量、油水比以及钻井液密度等对合成基钻井液低温流动性影响,探讨了基油种类和黏度对油包水钻井液的黏度-温度特性影响。实验结果表明,乳化剂种类是影响线性α-烯烃合成基钻井液低温流动性的最主要因素,其次是有机土加量和油水比,而加重材料对合成基钻井液低温增稠程度影响较小;基油低温黏度是影响深水合成基钻井液体系黏度的重要因素。线性α-烯烃合成基钻井液较矿物油和气制油基钻井液具有更优的低温流动性,可以应用于深水钻井作业。     

深水低温合成基钻井液的室内研究

以线性α-烯烃(LAO)为基液,进行了适用于深水低温条件的合成基钻井液体系的室内研究。通过试验优选出了主辅乳化剂及其加量和油水比例:主乳化剂的推荐加量为6%,辅乳化剂推荐加量为0.8%,油水比为7∶3;评价了降滤失剂的作用效果和对钻井液性能的影响:3种降滤失剂中腐殖酸酰胺对钻井液粘度影响最小,降滤失效果最明显;确定了深水低温合成基钻井液体系的配方:LAO基液∶水(30%CaCl2溶液)(7∶3)+6%主乳化剂+0.8%辅乳化剂+4%有机土+3%石灰+1%润湿剂+0.5%增粘剂+1%降滤失剂+重晶石。试验表明两套典型配方合成基钻井液不仅具有较好的高温稳定性,而且低温下的流变性能够满足深水钻井的要求,该合成基钻井液具有较好的粘温性能,同时具有良好的抗盐、抗钙镁能力。     

一种深水水基无黏土恒流变钻井液体系

深水钻井作业环境温度低,常规钻井液的使用已不能满足现场技术要求.室内研制出了一种不含膨润土的深水恒流变钻井液体系,该体系在不同测试温度下具有恒定的动切力、良好的触变性及剪切稀释性能,易形成平板流,携岩能力强.室内评价结果表明,研制的深水恒流变钻井液抑制效果佳,泥页岩回收率达95％以上,膨胀率小于10％,具有较强的抗盐岩污染能力及储层保护功能,可降低井内压力激动、ECD值及井眼钻井液漏失量,防止振动筛跑浆,改善井眼清洁,节约非生产作业时间.该技术还克服了海上利用膨润土配制海水钻井液存在水土分层、重晶石下沉等现象,可以满足海洋深水钻井的要求.     

适用于深水钻进的合成基液探索

合成基钻井液流变性受基液的影响很大。研究了自行研制的4种气制油DWO1、DWO2、DWO3、DWO4及2种国外合成油的碳链分布、理化特性及黏温特性,并对不同基液配制的合成基钻井液性能进行了测试与评价。实验发现,使用其中一种国外合成油(主要由C9～C16组成,C9～C16占85.623%)或DWO4(主要由C9～C16组成,C9～C16占98.622%)作基液所配制的合成基钻井液,其在中低温(4～66℃)条件下流变性稳定,且综合性能指标均能满足现场深水正常作业的要求。由实验结果可以得出,碳链分布相对集中的基液,其黏度受温度的影响变化相对平缓。     

深水钻井条件下气制油合成基钻井液低温流动性室内研究

气制油是一类新型合成基础油,具有粘度低、不含芳烃和生物降解性好等特性。研究了在深水钻井条件下影响气制油合成基钻井液低温流动性影响因素;结果表明,乳化剂类型、油水比变化、有机土加量等是影响气制油合成基钻井液低温流动性的主要因素;在此基础上优选出气制油合成基钻井液配方:70%气制油+30%盐水+3%有机土+4%乳化剂+0.5%润湿剂+3%降滤失剂+2%石灰。对比分析了线性α-烯烃、5号白油和气制油基油包水钻井液粘温特征,结果表明,气制油合成基钻井液具有较好的低温流动性,完全可以适用于深水钻井。     

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。     

合成基钻井液流型调节剂的研制及其作用机理

合成了一种可解决低温条件下合成基钻井液流变性问题的流型调节剂,测定流型调节剂对油包水乳状液流变性的影响,对比分析流型调节剂、有机土样品的红外特征和XRD特征,使用冷冻扫描电镜和透射电镜观察流型调节剂对乳液微观结构的影响,分析流型调节剂的作用机制,进行在高密度合成基钻井液中适用性评价。结果表明:流型调节剂能够显著改善合成基钻井液的低温流变性,有利于乳液稳定;流型调节剂吸附在油水界面,降低乳滴与有机土之间结构力,改善有机土颗粒与乳状液滴之间的相互作用,从而稳定油包水乳液的切力。与传统合成基钻井液相比,恒定流变的合成基钻井液具有更加稳定的低温流变性,保证井下安全。      

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。      

合成基钻井液流型调节剂的研制及其作用机理

合成了一种可解决低温条件下合成基钻井液流变性问题的流型调节剂,测定流型调节剂对油包水乳状液流变性的影响,对比分析流型调节剂、有机土样品的红外特征和XRD特征,使用冷冻扫描电镜和透射电镜观察流型调节剂对乳液微观结构的影响,分析流型调节剂的作用机制,进行在高密度合成基钻井液中适用性评价。结果表明：流型调节剂能够显著改善合成基钻井液的低温流变性,有利于乳液稳定;流型调节剂吸附在油水界面,降低乳滴与有机土之间结构力,改善有机土颗粒与乳状液滴之间的相互作用,从而稳定油包水乳液的切力。与传统合成基钻井液相比,恒定流变的合成基钻井液具有更加稳定的低温流变性,保证井下安全。