超深井超高溫水基鉆井液關(guān)鍵技術(shù)研究.doc

1、超深井超高溫水基鉆井液關(guān)鍵技術(shù)研究邱正松 黃維安 徐加放 呂開河(中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東東營，257061）摘要：針對當(dāng)前超深井高溫鉆井液的關(guān)鍵技術(shù)難題，首先實驗分析了膨潤土漿超高溫作用基本特性；結(jié)合勝科1井超深井超高溫鉆探實際情況,研發(fā)出超高溫水基鉆井液用關(guān)鍵處理劑，深入探討了它們的作用機(jī)理；室內(nèi)研究結(jié)合勝科1井現(xiàn)場實踐,探討了超深井超高溫水基鉆井液流變性調(diào)整基本措施。1 引言隨著油氣勘探開發(fā)的縱深發(fā)展,我國深井超深井鉆探數(shù)量逐年增加。由于超深井鉆遇的地層更復(fù)雜、井下高溫高壓以及作業(yè)周期長等，對超深井鉆井液技術(shù)提出了更高的要求，國內(nèi)外高溫深井鉆探實踐也證明，鉆井液技術(shù)已成為高

2、溫超深井鉆探成敗的關(guān)鍵.超深井鉆井液所面臨的主要技術(shù)難題如下1，2：第一，鉆井液高溫穩(wěn)定性(老化）問題尤為突出。因為在高溫作用下，鉆井液中的主要有機(jī)添加劑可變質(zhì)、降解和失效；第二，往往高固相含量下的鉆井液流變性及濾失性難以維護(hù)和調(diào)控；第三，往往鉆遇多套壓力層系地層,安全密度窗口窄,地層承壓能力差，塌、漏、卡等復(fù)雜情況共存。另外，常遇到的鹽膏泥混層的井壁穩(wěn)定問題較突出，同時對鉆井液的抗鹽、抗鈣、抗固相污染能力提出了更高的要求。在實際高溫超深井鉆井工程中，上述技術(shù)問題往往共存，相互制約,傳統(tǒng)的鉆井液技術(shù)措施，往往顧此失彼,難以協(xié)同解決。因此，高溫超深井鉆井液技術(shù)仍是目前國內(nèi)外未能解決的重大難題。為

3、此，本文針對當(dāng)前國內(nèi)高溫超深井所面臨的鉆井液高溫穩(wěn)定性突出問題，開展了較系統(tǒng)的試驗研究工作。首先實驗分析了膨潤土漿超高溫作用基本特性;結(jié)合勝科1井超深井超高溫鉆探實際情況,研發(fā)出超高溫水基鉆井液用關(guān)鍵處理劑，深入探討了它們的作用機(jī)理；在室內(nèi)研究并結(jié)合勝科1井現(xiàn)場實踐，探討了超深井超高溫水基鉆井液流變性調(diào)控工藝措施，為超深井超高溫鉆井液應(yīng)用工藝提供理論與技術(shù)支持。2 膨潤土漿高溫作用機(jī)理研究3,42。1 溫度對膨潤土漿的影響考察了不同溫度16h老化對4膨潤土漿的流變性及濾失性的影響。實驗結(jié)果見1、圖2、圖3和圖4所示。 圖1 老化溫度對膨潤土漿表觀粘度的影響 圖2 老化溫度對膨潤土漿塑性粘度的影

4、響 作者簡介:邱正松（1964)，男(漢族)，山東青島人,博士，教授,博士生導(dǎo)師,中國石油大學(xué)(華東）石油工程學(xué)院副院長，主要從事井壁穩(wěn)定、超深井鉆井液、防漏堵漏以及復(fù)雜油氣層保護(hù)等方面的理論及應(yīng)用技術(shù)研究.通訊地址：山東省東營市中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院泥漿研究室;郵編：257061；電話：（0546）8391679Email：qiuzs63sina。com 圖3 老化溫度對膨潤土漿屈服值的影響 圖4 老化溫度對膨潤土漿API濾失量的影響從圖1看出，在考察范圍內(nèi)，隨老化溫度增加，膨潤土漿老化后的表觀粘度總體變化趨勢是先增大再減小，之后再有所增大又減小。其中,增

5、大到峰值的溫度為120和220。從圖1還可看出，調(diào)節(jié)pH值前的表觀粘度高于調(diào)節(jié)后的.從圖2看出，在考察范圍內(nèi)，膨潤土漿老化后的塑性粘度隨老化溫度增加總體呈先增大再減小的變化趨勢；調(diào)整pH值會影響膨潤土漿的塑性粘度，但對各溫度下老化后的膨潤土漿影響不一。從圖3看出，在考察范圍內(nèi)，隨老化溫度增加，膨潤土漿老化后的的屈服值總體上呈先增加再減小的變化趨勢，并且調(diào)整pH值為9。0后的值總體上低于調(diào)節(jié)前的。從圖4看出，在考察范圍內(nèi),隨老化溫度增加，膨潤土漿老化后的API濾失量增大，調(diào)整pH值為9。0后，API均有所降低。2。2 pH值對膨潤土漿的影響研究中測試了4%膨潤土漿在不同pH值下經(jīng)240/16h后

6、的流變性及濾失性。實驗結(jié)果見圖5、圖6、圖7和圖8所示。 圖5 pH值對膨潤土漿老化前后表觀粘度的影響 圖6 pH值對膨潤土漿老化前后塑性粘度的影響 圖7 pH值對膨潤土漿老化前后屈服值的影響 圖8 pH值對膨潤土漿老化前后API濾失量的影響 從圖5至8看出，膨潤土漿老化后pH降低，而表觀粘度、塑性粘度和API濾失量均明顯高于老化前，屈服值老化前后變化不大。在考察范圍內(nèi)，隨pH值增加，膨潤土漿的表觀粘度老化前后均增大，將pH值調(diào)到與老化前相同后，表觀粘度進(jìn)一步增大。塑性粘度在老化前后也都隨pH值增大而增大，將pH值調(diào)到與老化前相同后，塑性粘度降低(pH11除外）。老化前后的屈服值隨pH增大緩慢

7、增大;pH不高于9時,將pH值調(diào)到與老化前相同后,屈服值變化不明顯，pH高于9時，屈服值明顯增大。隨pH增大,老化前后的API濾失量均降低，將pH值調(diào)到與老化前相同后，API濾失量略有下降。 2。3 膨潤土含量對膨潤土漿老化前后性能的影響 測試了不同膨潤土含量的膨潤土漿經(jīng)240/16h后的流變性及濾失性。實驗結(jié)果見圖9、圖10、圖11和圖12所示。 圖9 膨潤土含量對膨潤土漿表觀粘度的影響 圖10 膨潤土含量對膨潤土漿塑性粘度的影響 圖11 膨潤土含量對膨潤土漿屈服值的影響 圖12 膨潤土含量對膨潤土漿API濾失量的影響 從圖9至12看出,膨潤土漿老化后pH降低，表觀粘度、塑性粘度增大,屈服值

8、和API濾失量老化前后變化規(guī)律性不強(qiáng)。在考察范圍內(nèi)，隨膨潤土含量增加，膨潤土漿的表觀粘度老化前后均增大，將pH值調(diào)到與老化前相同后，表觀粘度有所降低.塑性粘度在老化前后也都隨膨潤土含量增加而增大，將pH值調(diào)到與老化前相同后，塑性粘度降低。老化前后的屈服值隨膨潤土含量增大基本上呈緩慢增大的變化趨勢（個別除外），將pH值調(diào)到與老化前相同后，屈服值降低。隨膨潤土含量增加，老化前后的API濾失量均降低,將pH值調(diào)到與老化前相同后，API濾失量略有下降。3 高溫水基鉆井液處理劑的研制及評價3。1 鉆井液用抗高溫抗鹽降濾失劑SDK1的研制及評價為解決勝科1超深井深層鹽膏層井段欠飽和復(fù)合鹽水高溫鉆井液技術(shù)難

9、題，新開發(fā)了抗溫抗鹽降濾失劑SDK1。該產(chǎn)品在欠飽和復(fù)合鹽水鉆井液體系中的降濾失效果好，并且對鉆井液的流變性有一定調(diào)控作用。以勝科1井3447m井漿為基漿，室內(nèi)對比評價了SDK1與SMP-2，實驗結(jié)果如表1所示。表1 SDK1與SMP-2對比實驗結(jié)果(150/16h后60測)實驗漿60030063AVmPa·sPVmPa·sYPPaFL(mL）/pHHTHP（mL)/pHB號105563252.5493.611。4/8。552.0/8。5C號21513018。515.5107。58528。14。2/9。041/9。0D號1981201613997821。53。8/9.026

10、/9.0注:B號實驗漿：勝科1井3447m欠飽和復(fù)合鹽水井漿+ 3。4自來水；C號實驗漿：B號實驗漿 + 5。4SMP-2膠液(37）;D號實驗漿：B號實驗漿 + 5.4% SDK-1膠液。從表1看出，分別加入SMP-2或SDK1膠液后B漿API濾失量均有所降低，但加入SDK1后D漿的高溫高壓濾失量明顯比B漿的低，而且流變性相對有所改善。3.2 鉆井液用高溫流型調(diào)節(jié)劑SDW1的研制及評價SDW-1是為解決勝科1超深井高溫高固相條件下的流變性調(diào)控技術(shù)難題而新開發(fā)的高溫流型調(diào)節(jié)劑.室內(nèi)對比評價了SDW-1與FCLS、xy-28的性能，實驗漿為勝科1井4155m欠飽和復(fù)合鹽水井漿 + 2SD202

11、+ 3%SD-101（3-1漿）。結(jié)果見表2所示。表2 SDW1、FCLS和xy28對比評價實驗結(jié)果配方60063AVmPa·sPVmPa·sYPPaFL(mL）/pHHTHP（mL）/pH31漿老化前103262451。52922。53。2/10老化后63181531。51714.54。2/9。510/9。531漿+1 %FCLS老化前9618154832162。4/9.5老化后5310826.5179。52.4/9。013/9.03-1漿+ 0。3 %xy-28老化前94201674730173.0/11老化后6016143017133.4/9。512/9。031漿 +

12、 0.15SDW-1老化前9420164728192.4/11老化后401。51201462。0/9。510/9.0注：高溫高壓失水測試條件為150/3。5MPa。從表2看出，加入不同降粘劑后的實驗漿180/16h老化前后的粘度、切力和API濾失量均有所降低，其中,加入SDW1的實驗漿老化后的粘度、切力和API濾失量最低,并且不增加實驗漿的高溫高壓濾失量，而加入FCLS和xy28的漿老化后的高溫高壓濾失量均高于實驗基漿。總之,SDW1的降粘效果較好,并且具有一定的降濾失作用。3。3 抗高溫抗鹽聚合物降濾失劑SDT1的研制及評價5為解決勝科1井超高溫下部井段鉆井液濾失造壁性控制技術(shù)難題，開發(fā)了超

13、高溫抗鹽聚合物降濾失劑SDT-1。 根據(jù)高溫抗鹽鉆井液處理劑分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先進(jìn)性了高溫抗鹽聚合物降濾失劑的分子設(shè)計，試驗優(yōu)化了合成反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、引發(fā)劑加量、鏈轉(zhuǎn)移劑加量以及單體配比等主要制備條件，成功研制出抗溫達(dá)240的聚合物降濾失劑SDT1。分別在各種鉆井液試驗漿（淡水基漿，淡水加重基漿，飽和鹽水基漿以及CaCl2、NaCl復(fù)合鹽水基漿)中，系統(tǒng)評價了SDT-1的超高溫降濾失性能，簡要結(jié)果如圖13所示。從圖13看出,SDT1在上述各種鉆井液試驗漿中均具有較好的超高溫降濾失作用效果，明顯優(yōu)于國外的超高溫聚合物降濾失劑Driscal以及國內(nèi)的較抗溫的降濾失劑。實驗表明，新研制的超高溫聚合

14、物降濾失劑SDT-1的抗溫能力達(dá)240，同時抗鹽抗鈣性能優(yōu)良. 圖13 SDT-1在各種鉆井液基漿中的降濾失效果評價結(jié)果注： 淡水基漿為:400mL自來水 + 0。8g無水碳酸鈉 + 4%二級膨潤土 + 3%評價土； 淡水加重基漿為:400mL自來水 + 1。2g無水碳酸鈉 + 6%二級膨潤土 + 5評價土 + 30重晶石； 飽和鹽水基漿為：400mL自來水 + 1。2g無水碳酸鈉 + 6%二級膨潤土 + 10評價土 + 30%氯化鈉； 復(fù)合鹽水基漿為：400mL自來水 + 0.8g無水碳酸鈉 + 4%二級膨潤土 + 10評價土 + 0。5 CaCl2 + 4 NaCl。SDT1在勝科1井的現(xiàn)

15、場使用結(jié)果也表明，在高溫高密度欠飽和復(fù)合鹽水鉆井液（240，1。72g/cm3）井底苛刻條件下，超高溫降濾失效果明顯,可替代國外的超高溫聚合物類產(chǎn)品。3。4 超高溫抗鹽聚合物降粘劑SDT-2的研制及評價針對勝科1井超高溫水基鉆井液流變性調(diào)控需要，同樣通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、單體及制備工藝條件優(yōu)化，開發(fā)出了抗溫達(dá)240的超高溫抗鹽聚合物降粘劑SDT-2。分別在淡水和復(fù)合鹽水鉆井液中評價了SDT-2的降粘效果，簡要結(jié)果如圖14所示.圖14 SDT2在鉆井液基漿中的降粘效果評價結(jié)果注： 淡水基漿為：400mL自來水 + 1。6g無水碳酸鈉 + 8%二級膨潤土 + 10%評價土；淡水加重基漿為：400m

16、L自來水 + 1.4g無水碳酸鈉 + 7%二級膨潤土 + 10評價土 + 60%重晶石（密度為1.5g/cm3); 復(fù)合鹽水基漿為：400mL自來水 + 1。4g無水碳酸鈉 + 7二級膨潤土 + 15%評價土 + 0。5% CaCl2 + 4 NaCl.從圖14看出，SDT2在上述鉆井液中均具有較好超高溫降粘降切作用效果，抗溫能力達(dá)到240，同時抗鹽抗鈣性能優(yōu)良,明顯優(yōu)于國外的高溫稀釋劑Descofl等產(chǎn)品。SDT2在勝科1井的現(xiàn)場使用結(jié)果也表明，在欠飽和復(fù)合鹽水鉆井液高溫高密度(240，1。72g/cm3）苛刻條件下，超高溫降粘降切效果明顯，可替代國外的抗溫聚合物流型調(diào)節(jié)劑產(chǎn)品，特別適用于深

17、部超高溫高壓、易塌地層和鹽膏泥復(fù)雜地層等鉆探。4 超深井超高溫水基鉆井液流變性調(diào)控基本措施 通過室內(nèi)研究及現(xiàn)場實踐,總結(jié)超深井超高溫水基鉆井液流變性調(diào)控措施主要包括： 盡量降低固相含量，采用有利于流動的合理粒度分布。l 盡量降低膨潤土含量:對于高溫水基鉆井液，在滿足攜巖和懸浮加重材料的前提下盡量減少膨潤土的用量。需要強(qiáng)調(diào)的是，近期室內(nèi)研究結(jié)果表明，由于高溫水基鉆井液中常常含有大量的有機(jī)處理劑，按照現(xiàn)行的膨潤土含量（MBT)測定標(biāo)準(zhǔn)測試的結(jié)果誤差較大，這使現(xiàn)場膨潤土含量及其流變性的監(jiān)控存在較大誤差、具有一定盲目性。l 盡可能減少加重材料的用量：使用純度高并且密度較高的加重材料,減少其加入量，降低

18、鉆井液中的固相含量，有利于流變性的調(diào)控和維護(hù)；或者，通過加重材料的表面改性，來降低其對鉆井液流變性的影響。l 盡量減少鉆屑含量：一方面用好固控設(shè)備，如用細(xì)目的振動篩，用好除砂器、除泥器和離心機(jī)；另一方面是加入適量絮凝劑，使鉆井液中的超細(xì)顆粒聚結(jié)成較大顆粒以便及時除去；超細(xì)顆粒（2m）的減少也會直接改善鉆井液的流變性，特別有利于降低體系的塑性粘度. 研發(fā)抗高溫抗鹽高密度鉆井液降粘劑或流型調(diào)節(jié)劑l 提高降粘劑的高溫降粘能力，主要是增強(qiáng)降粘劑的高溫吸附能力和水化能力，即在處理劑分子結(jié)構(gòu)中引入強(qiáng)吸附基團(tuán)和親水性強(qiáng)的水化基團(tuán)。l 提高抑制粘土顆粒高溫分散的能力。l 提高鉆井液的水化抑制能力：解決好鉆井液

19、抑制性與配漿性的矛盾。l 提高處理劑本身的抗溫能力：一是提高降粘劑主鏈的熱穩(wěn)定性；二是提高側(cè)鏈與主鏈間鍵的熱穩(wěn)定性，保證降粘劑分子高溫下的完整性。 對于易水化分散的地層，嚴(yán)格控制pH在10左右，既有利于控制泥頁巖分散，又有利于處理劑發(fā)揮其作用。（4) 對于鹽膏層或鹽膏泥混層，采用抑制性強(qiáng)的復(fù)合鹽水鉆井液體系,適當(dāng)抑制鹽膏的溶解和泥巖的水化分散，防止對鉆井液的污染。 優(yōu)選降濾失劑以及其它配伍處理劑，膠體穩(wěn)定性是基礎(chǔ)，控制較低的濾失量，保證鉆井液具有良好的抗污染能力和較強(qiáng)的抑制、防塌、潤滑性能，維持鉆井液性能穩(wěn)定。 定期清理循環(huán)罐底部的沉積砂和稠漿。 注意無機(jī)膠體（膨潤土)和有機(jī)膠體(處理劑）的協(xié)同配合補(bǔ)充，維持高密度、高礦化度鉆井液的動力學(xué)穩(wěn)定。參考文獻(xiàn)1 Bill G。 Cheswr. High-Temperature Stabilization of Drilling Fluids With a Low Molecular Weig