國(guó)外鉆井液和完井液技術(shù)的新進(jìn)展

1、第21卷第2期鉆井液與完井液Vol. 21,No. 22004年3月DRILL IN G FL U ID &COMPL ETION FL U ID Mar. 2004國(guó)外鉆井液和完井液技術(shù)的新進(jìn)展徐同臺(tái)1趙忠舉2袁春3(1. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 北京;2. 石油經(jīng)濟(jì)和信息研究中心, 北京;3. , 四川南充摘要近兩年, 國(guó)外鉆井液和完井液技術(shù)有了新的進(jìn)展, 特別是在防止油氣層損害、井壁穩(wěn)定、以及鉆井液的設(shè)計(jì)和鉆井液的管理等方面率、關(guān)鍵詞:井壁穩(wěn)定鉆井液管理, 。, 由于相對(duì)滲透率的影響, 會(huì)降; 在致密地層, 由于毛細(xì)管力的作用, 液相被封閉在孔喉處, 導(dǎo)致水鎖。處理水鎖最常用的

2、方法是用表面活性劑和互溶劑來(lái)減小表面張力(氣井中 和界面張力(油井中 。近幾年, 在北海引入了新型互溶劑來(lái)處理致密碳酸鹽地層的水鎖問(wèn)題。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前必須進(jìn)行大量的室內(nèi)研究, 從理論上講, 純?nèi)軇┖退芟嗨? 有利于降低近井地區(qū)水的飽和度。然而, 配伍性試驗(yàn)卻表明, 這種溶劑將引起水溶性的鹽和CaSO 4的沉淀。因CaSO 4不溶于酸, 所以就引起了新的儲(chǔ)層損害, 要除去這類(lèi)垢需用價(jià)格昂貴的螯合劑。21使用微觀流體裝置研究地層損害2防止油氣層損害11地層損害的新機(jī)理1地層損害存在于許多油井生產(chǎn)的始終。微粒運(yùn)移, 粘土礦物水化、膨脹分散, 無(wú)機(jī)垢、瀝青質(zhì)和其它有機(jī)沉淀物等都對(duì)地層產(chǎn)生損害。為了消除

3、各種作業(yè)過(guò)程中對(duì)油氣層的損害, 采用化學(xué)解堵, 如吸附型垢的擠壓處理(用膦酸類(lèi)的除垢劑 、在致密的碳酸鹽地層用互溶劑處理水鎖、在砂巖地層用土酸(HCl 與HF 的質(zhì)量比為123 清除濾餅等。這些處理原本是用來(lái)解除地層損害的, 但若在解堵過(guò)程中實(shí)施措施不當(dāng), 又會(huì)對(duì)地層造成新的損害, 導(dǎo)致許多井在生產(chǎn)中產(chǎn)量下降。(1 除垢時(shí)造成的地層損害用膦酸作除垢劑時(shí), 由于和地層離子作用造成了新的損害。在砂巖地層, 離子主要來(lái)源于泥巖、赤鐵礦、菱鐵礦、鐵白云石和硫化鐵。新的地層損害發(fā)生后, 可用與鹽酸互溶的溶劑或是水潤(rùn)濕性表面活性劑處理。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前(尤其是在砂巖地層應(yīng)用時(shí) , 測(cè)試除垢劑與儲(chǔ)層流體、巖石的

4、配伍性是相當(dāng)重要的。(2 砂巖地層中用土酸處理濾餅造成的地層損害這類(lèi)損害主要由含鋁化合物沉淀造成。使用土酸處理濾餅時(shí), 處理液中含有較高濃度的鋁, 此時(shí)p H 值在34之間, 殘余酸就逐步與粘土礦物和長(zhǎng)近年來(lái), 在室內(nèi)化學(xué)試驗(yàn)中使用了一些小型儀器。這種流體流動(dòng)和化學(xué)作用微觀化稱(chēng)為微觀流體學(xué)。在小型儀器中 , 化學(xué)分析的微觀化和換算決不是僅僅縮小常規(guī)試驗(yàn)儀器的刻度問(wèn)題, 例如流態(tài)和流動(dòng)分散等現(xiàn)象, 雷諾數(shù)對(duì)層流轉(zhuǎn)換為紊流是宏觀概念, 在微觀流體裝置的小刻度腔室里, 流體的流動(dòng)始終低于紊流的門(mén)限值(即雷諾數(shù)大于1 , 其結(jié)果是在微尺寸腔體內(nèi)的混合試樣只有經(jīng)過(guò)空間分散和擴(kuò)散才能發(fā)生流態(tài)的轉(zhuǎn)變。在微觀

5、流體裝置中, 普遍使用兩種流體傳送方法壓力驅(qū)動(dòng)流和電滲作用, 流動(dòng)可以用Hagen 2Poiseuille 定律描述。在微腔室內(nèi), 粘度曲線呈拋物線型。一般情況下, 用熒光測(cè)量方法預(yù)測(cè)分子含量, 而微觀流體學(xué)裝置可以使用熒光分光方法確定精度達(dá)1×10-9的微量分子含量。在分析鉆井液、完井液和石(Al 2Si 作用生成鋁氟化合物垢AlF x (OH 32x 。這類(lèi)垢可用HCl 除去。土酸中兩種酸的比例要適宜, 并保持低的p H 值, 才可以減小鋁氟化合物沉淀。(3 清除水鎖時(shí)產(chǎn)生的地層損害在生產(chǎn)作業(yè)井內(nèi)產(chǎn)出液時(shí), 由于流體的p H 值為012, 干擾參數(shù)較多, 使計(jì)算的復(fù)雜性增加。例如

6、, 在p H 值等于7的水溶液中所有的有機(jī)分子都具有染色性, 而當(dāng)用氫氧化物把溶液的p H 值提高到7以上時(shí), 鋅和鈣等離子具有發(fā)生沉淀的趨勢(shì), 所以微觀流體學(xué)確定鉆井液、完井液和產(chǎn)出液的離子濃度時(shí), 要將各種因素考慮在內(nèi)。鉆井液與完井液2004年3月2在開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用樣機(jī)時(shí), 要選擇具有測(cè)量氯、鋅和鈣離子含量能力的微觀流體學(xué)裝置。氯的濃度對(duì)鉆井液和完井液是至關(guān)重要的; 鋅是重要污染物, 對(duì)環(huán)境保護(hù)來(lái)說(shuō), 隨時(shí)確定鋅的含量很重要; 而鈣的含量要達(dá)到適當(dāng)程度, 因?yàn)殁}有發(fā)生沉淀的可能性并且會(huì)因沉淀而損害油層。殼牌勘探和開(kāi)發(fā)技術(shù)公司研制的微觀流體學(xué)裝置可以精確地測(cè)量氯、鋅和鈣的含量。利用微觀流體學(xué)裝

7、置可以在現(xiàn)場(chǎng)迅速進(jìn)行大量分析, 防止發(fā)生不必要的地層損害。31無(wú)損害鉆井3井, 鉆井方法。欠平衡鉆井日益普及, 但是在很多情況下由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)原因而不能使用欠平衡鉆井, 只能使用近平衡和過(guò)平衡壓力的鉆井液。Ecopetral 公司研制出了一種新型無(wú)侵入鉆井液, 填補(bǔ)了這一空白。在某些情況下, 欠平衡鉆井的效果不好, 其原因是在篩選方法時(shí)沒(méi)有考慮所有的因素。目前已有9個(gè)欠平衡鉆井失敗的實(shí)例, 并不是說(shuō)欠平衡鉆井技術(shù)不好, 而是所選的油層不合適。目前, 在南美洲和亞洲已進(jìn)行了無(wú)損害鉆井的現(xiàn)場(chǎng)研究。使用傳統(tǒng)的鉆井液, 很難達(dá)到無(wú)損害鉆井。如果使用無(wú)固相鉆井液, 可能要產(chǎn)生一定程度的侵入, 因?yàn)榧词广@

8、井液中有少量固相存在, 也能發(fā)生侵入, 必然對(duì)地層產(chǎn)生損害。而另一方面, 為了橋堵孔隙, 采用了加有碳酸鈣等固相顆粒的鉆井液也因產(chǎn)生損害而失敗。因此, 需要一種在鉆井過(guò)程中產(chǎn)生最小損害的新型鉆井液。N IF SM 是一種新型鉆井液, 該鉆井液具有超低固相含量(固相含量低于28. 5kg/m 3 。利用表面化學(xué)原理使N IF SM 鉆井液在地層表面產(chǎn)生可以密封地層的非滲透性薄膜。與傳統(tǒng)橋堵地層方法不同的是,N IF SM 鉆井液通過(guò)鉆井液內(nèi)顆粒的引力密封地層。引力把顆粒集中在巖石的表面, 這樣就可以用同一種組分的鉆井液封閉不同孔隙尺寸分布的地層。N IF SM 鉆井液主要由DWC2000TM (

9、增粘劑 、FLC2000TM (動(dòng)態(tài)降漏失劑, 不是API 降濾失劑 和KFA2000TM (潤(rùn)滑劑 組成。N IF SM 鉆井液可以無(wú)損害地鉆開(kāi)油層, 還可以鉆進(jìn)油層與頁(yè)巖的互層、在同一裸眼井段中不同壓力的油層、由于力學(xué)原因而嚴(yán)重失穩(wěn)的地層。在哥倫比亞地區(qū)對(duì)無(wú)損害鉆井液SM 進(jìn)行了試驗(yàn)。該地區(qū)進(jìn)行欠平衡鉆井的主要限制因素是井眼失穩(wěn), 因此建議在鉆第一口井時(shí)使用過(guò)平衡鉆井方式。使用N IF SM 鉆井液進(jìn)行了試驗(yàn), 包括使用注射器和透明腔室對(duì)不同尺寸的砂巖巖心進(jìn)行試驗(yàn), 以及使用合成巖心進(jìn)行滲透率恢復(fù)試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)證明,N IF SM 鉆井液可使巖石的滲透率恢復(fù)率達(dá)到90%以上。414、降漏失

10、劑、鹽。120時(shí), 硬葡聚糖聚。另外, 硬葡聚糖聚合物靜態(tài)和動(dòng)態(tài)濾失、濾餅等都具有良好的性能。在打開(kāi)油層鉆井液中硬葡聚糖是黃原膠生物聚合物的良好替代品。法國(guó)石油研究院對(duì)3種打開(kāi)油層鉆井液體系進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)濾失試驗(yàn), 這些打開(kāi)油層鉆井液體系的主要組分為增粘劑、淀粉、KCl 、HMP (模擬鉆屑的材料 、CaCO 3和NaOH , 配方之間的差別是分別使用了硬葡聚糖和黃原膠。試驗(yàn)時(shí)使用Clashach 巖心(石英含量為95%, 伊利石的含量低于1% , 平均滲m 2, 孔隙度為15%, 巖心用20透率為493. 5×10-3g/L 的鹽水飽和, 試驗(yàn)后計(jì)算出各種打開(kāi)油層鉆井液的損害百分

11、比。結(jié)果表明, 使用硬葡聚糖配制的打開(kāi)油層鉆井液體系沒(méi)有地層損害。用低溫電子掃描顯微鏡觀察濾餅。為電子掃描顯微鏡制備試樣時(shí)使用冷凍裂縫技術(shù)。第一步把試樣迅速放入N 2中, 以防止產(chǎn)生大的冰晶層使試樣損壞。把試樣送到低溫室, 并在真空和低溫條件(- 下制備試樣, 用電子掃描顯微鏡在-100120溫度下對(duì)試樣進(jìn)行掃描, 做濾失試驗(yàn)。在試驗(yàn)中對(duì)濾失液進(jìn)行了取樣和分析。結(jié)果表明, 硬葡聚糖打開(kāi)油層鉆井液比其他典型水基鉆井液的性能好, 隨著顆粒碳酸鈣和淀粉的加入, 硬葡聚糖打開(kāi)油層鉆井液在120 下仍能保持良好的性能。這種打開(kāi)油層鉆井液在熱滾前和熱滾后都具有良好的溫度穩(wěn)定性和濾失性。另外用低溫電子掃描顯

12、微鏡觀察的動(dòng)濾失情況表明, 濾餅的滲透率很低。51充氮泡沫鉆井液5PDVSA 2Intevep 公司研制成功了一種充氮泡沫鉆井液, 該鉆井液在委內(nèi)瑞拉西部的La Paz 油田以近平衡鉆井方法鉆了一口斜井, 目的層是低壓裂縫性石灰?guī)r。在使用充氮泡沫鉆井液開(kāi)鉆前, 必須在井口安裝柱狀浮標(biāo), 鉆進(jìn)時(shí)用質(zhì)量流量計(jì)調(diào)節(jié)氮的排量, 用帶記錄卡的監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)氮的壓力。需要時(shí),第21卷第2期徐同臺(tái)等:國(guó)外鉆井液和完井液技術(shù)的新進(jìn)展要安裝壓力釋放系統(tǒng), 用霧泵調(diào)節(jié)泡沫配制液的配比, 按一定配比的泡沫配制液和氮進(jìn)入泡沫發(fā)生器后生成泡沫, 然后將泡沫送入立管并作為鉆井液注入井下。泡沫返出井口后應(yīng)進(jìn)行消泡, 然后將氣/

13、液/固/氣(井下產(chǎn)出氣 分離, 泡沫通過(guò)節(jié)流管匯在放噴管卸壓。為了消泡要往返向管線中注入消泡劑, 消泡后的流體穿過(guò)四相分流器分流到不同的管匯中。在整個(gè)鉆井工程中, 雖然會(huì)遇到原油和水泥等污染物, 但該泡沫鉆井液仍能保持穩(wěn)定。在mm 井段, 平均機(jī)械鉆速達(dá)36. 6h , 用新型泡61。在初期所鉆的182. 88m 43°的造斜角, 使用150g 配制液和56. 63m 3的氮, 使其當(dāng)量密度保持為0. 360. 48g/cm 3。為了測(cè)量井下壓力和環(huán)空壓力使用了3代替常規(guī)鉆井液, 所以多相流模式是欠平衡鉆井的主要工具。應(yīng)用多相流需要確定的問(wèn)題有:確定欠平衡鉆井的可行性; 注入量和壓力

14、; 確定作業(yè)參數(shù); 保證適宜的井眼清潔能力; 鑒別是否達(dá)到欠平衡; 。由于欠平衡鉆井, , , 最簡(jiǎn)單的。由于線彈性模式使用簡(jiǎn)單、需要輸入的數(shù)據(jù)少, 因此普遍被用來(lái)評(píng)價(jià)井眼失穩(wěn)。還有大量的數(shù)學(xué)地質(zhì)力學(xué)模式可作為評(píng)價(jià)井眼穩(wěn)定的模式, 這些模式使用起來(lái)不但耗時(shí), 而且要求使用者擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)和大量的數(shù)據(jù), 因而沒(méi)有大量地應(yīng)用。最近Neotechnology 咨詢(xún)公司通過(guò)研究, 把井眼失穩(wěn)模式和多相流模式進(jìn)行了耦合, 編制出一種新的模 式WellFlo7。使用時(shí)把所需要的數(shù)據(jù)輸入WellFlo7, 計(jì)算環(huán)空壓力, 認(rèn)為計(jì)算出的環(huán)空壓力合格后, 再將巖石力學(xué)特性和巖石應(yīng)力的數(shù)據(jù)輸入WellFlo7,

15、再度計(jì)算出環(huán)空壓力, 在計(jì)算過(guò)程中還可得到更可靠的井眼尺寸、環(huán)空壓力和鉆井液排量的數(shù)據(jù)。加拿大石油公司和天然氣公司在Y oyo 油田使用連續(xù)管在枯竭的白云巖地層側(cè)鉆水平7井時(shí), 使用WellFlo7進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明, 由于流速較高, 將會(huì)發(fā)生攜屑問(wèn)題, 在兩個(gè)弱地層將產(chǎn)生擴(kuò)徑, 還可能發(fā)生卡鉆。因此, 建議在21902200m 井段把井底壓力從3. 1MPa 提高到6. 0MPa , 同時(shí)保持井口的環(huán)空壓力穩(wěn)定。而使用其它模式所作的計(jì)算都沒(méi)有這種結(jié)果。由于按WellFlo7計(jì)算結(jié)果對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整, 鉆井過(guò)程中的井眼擴(kuò)徑程度大幅度減輕。21采用具有高效成膜效率的新型水基鉆井液緩解頁(yè)巖地

16、層不穩(wěn)定問(wèn)題7,8當(dāng)采用過(guò)平衡鉆井鉆進(jìn)頁(yè)巖、泥巖和粘土巖等類(lèi)地層時(shí), 如在井壁上未形成有效的封隔層, 鉆井液就會(huì)滲入地層, 即便滲入極少量的濾液也會(huì)導(dǎo)致近井地帶孔隙壓力增大, 從而導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定。近年來(lái), 孔隙壓力傳輸技術(shù)已成為測(cè)量頁(yè)巖滲透狀態(tài)的工具。為了提高頁(yè)巖在與鉆井液作用后滲透率和孔隙壓力變化的測(cè)量精度, 對(duì)孔隙壓力傳輸技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。M 2I 鉆井液公司對(duì)頁(yè)巖的膜效率進(jìn)行了研究并取得了初步的成果。隨鉆壓力測(cè)量?jī)x。在造斜井段, 鉆完166. 73m 后井斜角達(dá)到39°, 鉆速為1. 526. 10m/h 。在井深1889. 76m 處發(fā)生井塌, 為了防止井塌把當(dāng)量循環(huán)密度提高到

17、0. 420. 72g/cm 3, 但發(fā)生了漏失。由于不能解決漏失問(wèn)題, 只好填井側(cè)鉆。在側(cè)鉆至井深1920. 20m 時(shí)又出現(xiàn)了井壁垮塌的跡象, 由于實(shí)在不能解決當(dāng)量循環(huán)密度問(wèn)題, 被迫換用了充氮油基鉆井液。井壁穩(wěn)定11井眼失穩(wěn)和多相流耦合模式6欠平衡鉆井被用來(lái)避免和減輕地層損害、降低漏失和提高鉆速。然而, 由于鉆進(jìn)時(shí)井底壓力低于地層的孔隙壓力, 巖石受剪切和張力破壞使井壁失穩(wěn)。地層失穩(wěn)與所鉆巖石的應(yīng)力集中呈函數(shù)關(guān)系, 如果巖石強(qiáng)度高于外界施加的誘導(dǎo)應(yīng)力, 井眼將是穩(wěn)定的, 否則巖石將產(chǎn)生形變而可能引發(fā)井壁坍塌。與井眼嚴(yán)重失穩(wěn)呈函數(shù)關(guān)系的因素有:巖石損壞程度; 受擠離巖石的體積; 鉆井作業(yè)對(duì)

18、井眼擴(kuò)徑及波及范圍的敏感性; 井眼清潔能力?？傊? 控制井眼失穩(wěn)的方法是增加井底壓力, 較高的井底壓力對(duì)井壁產(chǎn)生較大的支撐力, 能把巖石的剪切破壞降到最低程度。在常規(guī)鉆井中用增加鉆井液密度實(shí)現(xiàn)井壁穩(wěn)定; 在欠平衡鉆井中通過(guò)改變鉆井液的密度、排量和壓力實(shí)現(xiàn)井壁穩(wěn)定。因?yàn)槎鄶?shù)欠平衡鉆井作業(yè)要使用氣2液混合物鉆井液與完井液2004年3月4CSIRO 和Baroid 聯(lián)合開(kāi)發(fā)研制的具有高膜效6 待測(cè)液壓的傳送:泵入足夠的待測(cè)液以后, 增率的新型水基鉆井液緩解了頁(yè)巖地層不穩(wěn)定問(wèn)題。這種新型水基鉆井液在頁(yè)巖等類(lèi)地層井壁表面形成膜, 阻止鉆井液濾液進(jìn)入地層, 從而在穩(wěn)定井壁方面發(fā)揮著類(lèi)似油基鉆井液的作用。(

19、1 測(cè)定膜效率的實(shí)驗(yàn)7實(shí)驗(yàn)裝置。 根據(jù)化學(xué)勢(shì)原理模擬了井下鉆井液的壓力滲透, 測(cè)定膜效率實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。加上升流壓到15MPa 。7 用低水活度的液體驅(qū)替待測(cè)液:當(dāng)上下壓力平衡(相差不到5% 時(shí), 用低水活度的液體(可以向待測(cè)液體內(nèi)加鹽或者鹽水 。驅(qū)替液的2倍。8 :0. 050. 10, 的速度循環(huán)低水活度液。計(jì)算膜效率。膜效率是在膜效率評(píng)價(jià)階段通過(guò)巖心的壓差(上升壓低于下降壓 與理論滲透壓之比。理論滲透壓可由下式計(jì)算:=ln Va wsh式中, 為滲透壓; R 為氣體常數(shù); T 為絕對(duì)溫度; V 為水的偏摩爾體積; a wdf 為鉆井液中水的活度; a wsh 為頁(yè)巖中水的活度。測(cè)試結(jié)果。

20、對(duì)Pierre 巖樣進(jìn)行了300多次膜效率測(cè)試, 評(píng)價(jià)了3類(lèi)新型成膜劑在巖樣上的成膜性能。在12%NaCl溶液中分別加入2. 5%成膜劑A (p H 值為11. 15, a W =0. 909 、7. 5%成膜劑B (p H 值為12. 30, a W =0. 891 、10%成膜劑C (p H 值為12. 20, a W =0. 884 , 膜效率分別為87. 6%、55. 3%、83. 5%。結(jié)果表明, 這3類(lèi)化合物在特定的巖圖1膜效率實(shí)驗(yàn)裝置樣上成膜效率為55%85%。將這3類(lèi)化合物用于水基鉆井液, 鉆井液具有油基鉆井液的性能。(2 頁(yè)巖膜效率的研究M 2I 鉆井液公司對(duì)頁(yè)巖的膜效率進(jìn)行

21、了研究, 并取得了初步成果。化學(xué)滲透的效率決定了半滲透膜的效率, 當(dāng)溶劑不受限制時(shí), 半滲透膜限制了溶質(zhì)的通過(guò)。膜效率與反射系數(shù)成定量關(guān)系, 對(duì)于完美的膜其反射系數(shù)為1, 不理想的膜反射系數(shù)為01, 并認(rèn)為這種膜是滲漏的。在滲透壓力被水力壓力平衡前, 溶劑將不斷產(chǎn)生滲流, 如果半滲透膜是滲漏的, 那么溶質(zhì)的運(yùn)動(dòng)只受到一定程度的限制, 在膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度達(dá)到平衡前, 將繼續(xù)發(fā)生溶質(zhì)流動(dòng), 化學(xué)滲透伴隨著兩種流動(dòng)方式。一般來(lái)說(shuō), 只有在單一驅(qū)動(dòng)力的作用下才 能同時(shí)發(fā)生不同類(lèi)型的流動(dòng), 含有溶質(zhì)的孔隙水在水力梯度的作用下將發(fā)生化學(xué)流動(dòng), 而當(dāng)進(jìn)行化學(xué)處理和加熱時(shí)將發(fā)生對(duì)流。粘土表面具有一種天然的膜,

22、 而在與鉆井液作用后會(huì)形成一種新的膜。M 2I 鉆井液公司經(jīng)研究確定了3種類(lèi)型的膜。測(cè)定步驟。1 飽和回壓:在不排水的情況下, 施加20MPa 的圍壓; 上升流動(dòng)壓力為10MPa , 檢查流經(jīng)的上臺(tái)板, 如果下降壓力小于10MPa , 打開(kāi)下降流壓閥。2 壓實(shí)巖心:排出過(guò)量的液體和壓力。當(dāng)下降流壓小于0. 05MPa/h 時(shí), 待測(cè)巖心已被壓實(shí)。3 傳送孔隙液體壓力:對(duì)已被壓實(shí)的巖心增加上升流壓到15MPa , 當(dāng)上下壓力平衡(相差不到5% 時(shí), 再把上升流壓降到10MPa 。4 再次壓實(shí)巖心:把巖心內(nèi)的孔隙壓力從15MPa 降到10MPa , 當(dāng)下降流壓小于0. 05MPa/h時(shí), 待測(cè)巖心

23、再次被壓實(shí)。5 用待測(cè)的溶液驅(qū)替上升流:再次壓實(shí)巖心后, 用待測(cè)液體驅(qū)替管線和溝槽內(nèi)的流體, 在10MPa 時(shí)泵入待測(cè)液體, 同時(shí)降低孔隙流壓, 直到泵入充足的驅(qū)替液, 驅(qū)替液的體積至少要是管線和溝槽內(nèi)的孔隙流體的2倍。第21卷第2期徐同臺(tái)等:國(guó)外鉆井液和完井液技術(shù)的新進(jìn)展水基鉆井液成膜(型膜 。這類(lèi)膜形成于頁(yè)巖表面, 鉆井液濾液、頁(yè)巖/粘土、孔隙流體的化學(xué)性、孔隙尺寸、濾液粘度、滲透率、粘土組分和頁(yè)巖的膠結(jié)作用都會(huì)影響膜的形成和膜效率。在水基鉆井液中能夠成膜的物質(zhì)有糖類(lèi)化合物及其衍生物(如甲基葡糖甙M EG 、丙烯酸類(lèi)聚合物、硅氧烷、木質(zhì)素磺酸鹽、乙二醇及其衍生物和各種表面活性劑(如山梨糖醇

24、酐的脂肪酸鹽 。封堵材料成膜(型膜 。如硅酸鹽、鋁鹽、70%以上。(型膜 。鉆井液中的流體和頁(yè)巖作用導(dǎo)致了毛細(xì)管力和較高的膜效率, 此膜由連續(xù)相的可移動(dòng)薄膜、表面活性劑薄膜和鉆井液的水相薄膜組成, 型膜形成了一道防止水和溶質(zhì)擴(kuò)散的屏障。各種類(lèi)型膜的滲透機(jī)理是完全不同的, 在含20%NaCl的鉆井液中加入特制的糖類(lèi)聚合物, 能提高膜的效率并提高滲透壓力, 它是從降低頁(yè)巖滲透率和增加液體粘度這兩方面起作用的。向鹽水鉆井液中加入Ca 2+、Mg 2+和Al 3+或是用以上3種鹽代替NaCl , 糖類(lèi)聚合物的成膜作用會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。10%CaCl2溶液在形成滲透壓力和提高膜效率方面優(yōu)于20%NaCl溶液

25、。硅基鉆井液具有最佳的膜效率和滲透效率。逆乳化鉆井液能提供最佳滲透效率和膜效率, 逆乳化鉆井液膜效率不僅與內(nèi)相的濃度和水活度有關(guān), 內(nèi)相溶液性質(zhì)和乳化劑也會(huì)影響逆乳化鉆井液和頁(yè)巖間的相互作用, 包括鉆井液在頁(yè)巖內(nèi)的運(yùn)移。液體和頁(yè)巖的作用比以往認(rèn)為的要強(qiáng)得多, 這種作用導(dǎo)致了毛細(xì)管力和較高的膜效率, 這在以往的研究工作中很少提到。31防他鉆井液(1 硅酸鉀鉆井液9在西科羅拉多州白河熔529. 05%。(2 含有鉆井液增強(qiáng)劑的水溶性雙相聚乙二醇水基鉆井液10在澳大利亞海域西北部,Woodside Energy 設(shè)計(jì)出能代替油基鉆井液與合成基鉆井液, 該體系包含有, 在性能、技術(shù)和經(jīng)。1988, 、

26、抑制頁(yè)巖膨脹、防止鉆頭泥包和壓差卡鉆等性能, 是水溶性的替代體系。在地面條件下, 雙相或單相的聚乙二醇、聚丙三醇和甲基葡糖甙均是水溶性的, 富含碳和氧, 水活度低, 在適宜條件下為有機(jī)物, 可吸附在粘土表面, 利于保持頁(yè)巖穩(wěn)定。雙相聚乙二醇和甲基葡糖甙能阻止鉆井液濾液向地層滲透, 阻止孔隙壓力的傳輸, 盡管這兩種體系都能保持井眼穩(wěn)定, 但聚乙二醇用量為3%5%(體積比 , 而甲基葡糖甙用量為21%36%(體積比 , 雙相聚乙二醇體系具備良好的潤(rùn)滑性和熱穩(wěn)定性, 但鉆井過(guò)程中使用PDC 鉆頭容易泥包, 而用油基鉆井液和合成基鉆井液時(shí)卻不易出現(xiàn)此問(wèn)題。高分子量聚丙二醇無(wú)毒、無(wú)氣味, 用于鉆井液,

27、提高了使用PDC 鉆頭時(shí)的機(jī)械鉆速, 尤其是使用乙烯基磺酸鹽共聚物時(shí), 聚丙二醇有很好的潤(rùn)滑性能。在雙相聚乙二醇水溶性鉆井液中加入不溶于水的高性能異構(gòu)石蠟鉆井液增強(qiáng)劑 , 提高了井眼凈化能力, 減少了鉆頭泥包, 從而使水基鉆井液替代了合成基鉆井液。新型鉆井液11具有肥田作用的逆乳化鉆井液M 2I 鉆井液公司研制出一種肥田逆乳化鉆井液11, 該鉆井液不但具有普通逆乳化鉆井液的性能, 而且可以排放到田野里作為土壤的增肥劑。用該鉆井液打井所產(chǎn)生的巖屑無(wú)須處理可直接撒到田地里。配制肥田逆乳化鉆井液, 需要使用對(duì)環(huán)境無(wú)害的基液、乳化劑、內(nèi)相、潤(rùn)濕劑、降濾失劑和加重材料。為達(dá)到這一目的, 把鉆井液的密度確

28、定為1. 30g/cm 3, 油水比為7030, 水的活度為0. 860. 76(相當(dāng)于18%20%CaCl2 。對(duì)6種基液、6種乳化劑、12種無(wú)氯內(nèi)相、2種有機(jī)粘土、3種降濾失劑和3種加重材料進(jìn)行了試巖丘盆地氣田鉆井過(guò)程中, 為了防止井塌, 在鉆井泵上水管線處以1. 89L/min 的速率連續(xù)加入硅酸鉀, 硅酸鉀在井中不斷消耗, 泥漿池中的硅酸鉀濃度為0. 14%, 而管線中鉆井液的硅酸鉀平均濃度僅為0. 1%。采用硅酸鉀鉆井液鉆進(jìn), 平均井徑從257降為239mm 。硅酸鉀鉆井液的密度為1. 26g/cm 3, K 2O/SiO 2為2. 5, 塑性粘度為40mPa s , 固相含量為鉆井

29、液與完井液2004年3月6驗(yàn)和篩選。為把試驗(yàn)用的設(shè)備尺寸降到最低, 首先對(duì)碳鏈長(zhǎng)度相似的(C 11C 20 有機(jī)物進(jìn)行了毒性和生物降解試驗(yàn), 根據(jù)試驗(yàn)篩選出了一種逆乳化鉆井液基液, 并把赤鐵礦和鈦鐵礦作為加重材料; 高溫高壓試驗(yàn)又把粘土和降濾失劑各鎖定在一種上。肥田逆乳化鉆井液(SE 2SBM 產(chǎn)生的鉆屑, 一是可以不用預(yù)處理直接作為土壤增強(qiáng)劑, 這就需要嚴(yán)格控制排放物中鹽、油和潤(rùn)滑脂的含量; 二是在生物反應(yīng)器或其它的快速生物處理設(shè)備中對(duì)鉆屑進(jìn)行預(yù)處理到排放要求再行排放。(1 14基液。用, 但赤鐵礦的貨源更充足, 所以決定用赤鐵礦作為加重材料。選擇亞硝酸鹽、醋酸鹽或亞硝酸鹽與醋酸鹽的混合物作

30、為鉆井液的內(nèi)相和乳化劑。醋酸鹽本身就可以生物降解, 硝酸鹽又加速了這種降解的過(guò)程。選擇醇(包括乙二醇和丙三醇 和胺類(lèi)的混合物作為鉆井液的乳化劑, 這種混合物不但能夠保證鉆井液的性能, 而且能夠使鉆井液的抗溫能力達(dá)到148. 9。(2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最近新西蘭對(duì)肥田合成基鉆井9%。在通常情況下, 使用新型合成基鉆井液時(shí)要進(jìn)行測(cè)試, 以確定鉆井液是否滿足這項(xiàng)要求以及鉆井液能否保持可以接受的性能。K err 2Mc G ee 石油和天然氣公司是墨西哥灣第。K err 2Mc G ee 公司、無(wú)粘土Acco 2, 這種。, 在較長(zhǎng)的隔水管中合成基鉆井液會(huì)冷卻和增粘, 由于鉆井液充滿了隔水管, 摩擦應(yīng)力和靜水

31、壓力將上升。當(dāng)水深增加時(shí), 孔隙壓力和破裂壓力梯度的界限將縮小, 粘度上升需要更高的泵壓來(lái)循環(huán)鉆井液, 這種間歇循環(huán)會(huì)增加鉆井風(fēng)險(xiǎn)。較稠的鉆井液在井中具有較高的當(dāng)量鉆井液循環(huán)密度。通常, 鉆井液密度的微小變化會(huì)造成各種復(fù)雜情況。而新型合成基鉆井液不含粘土和親有機(jī)質(zhì)褐煤, 惟一的粉末狀添加劑是氯化鈣、石灰和降濾失劑。常規(guī)的合成基鉆井液含有親有機(jī)質(zhì)粘土, 而粘土需要剪切達(dá)到活化。相反, 新型無(wú)粘土體系的添加劑被設(shè)計(jì)成對(duì)鉆井液的乳化相起作用, 所以鉆井液的性能迅速改變。(1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在水深為1219. 2m 、井深為7620m 的Green Canyon 油井中進(jìn)行了試驗(yàn)。鉆井液密度為1. 52g/

32、cm 3, 管匯溫度為5. 68. 3。很快發(fā)現(xiàn)新型合成基鉆井液的冷卻流變性(在4. 449下保持穩(wěn)定 比以前使用的合成基鉆井液流變性更容易控制。開(kāi)始試驗(yàn)時(shí), 在鉆進(jìn)508mm 井眼前用密度為1. 10g/cm 3的內(nèi)烯烴替出水基鉆井 液, 鉆進(jìn)的同時(shí)加入新開(kāi)發(fā)的基油(這種基油含烯烴和酯 , 在6d 內(nèi)把內(nèi)烯烴合成基鉆井液轉(zhuǎn)化為新型合成基鉆井液。雖然在開(kāi)鉆時(shí)不用內(nèi)烯烴而是在開(kāi)鉆后轉(zhuǎn)化, 但在整個(gè)鉆井和轉(zhuǎn)化期間沒(méi)有發(fā)生固相容量限問(wèn)題, 新型合成基鉆井液的最大特點(diǎn)是改善了流變性控制能力。當(dāng)井深增加而井眼直徑下降時(shí), 新型合成基鉆井液流變性能良好, 降低了當(dāng)量鉆井液循環(huán)密度而且井眼穩(wěn)定。新型合成基鉆

33、井液的當(dāng)量循環(huán)密度要比內(nèi)烯烴體系低0. 02g/cm 3。(2 濾失和濾餅特性在鉆進(jìn)、下套管和固井時(shí)可能發(fā)生漏失, 在深水鉆井作業(yè)過(guò)程中這種漏失不普遍, 但是據(jù)推測(cè), 由于鉆井液中無(wú)粘土, 可能降低鉆井液的濾失控制能力。然而, 隨鉆壓力測(cè)量測(cè)得的較低當(dāng)量鉆井液循環(huán)密度說(shuō)明, 新型合成基鉆井液進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn), 在Watria 2號(hào)井使用肥田合成基鉆井液鉆至井深2133. 6m , 用重晶石將鉆井液密度加重到1. 92g/cm 3, 鉆進(jìn)508mm 井眼套管鞋以下井段, 沒(méi)有發(fā)生復(fù)雜情況, 完成了設(shè)計(jì)井段的30%。對(duì)返出的鉆屑干燥后進(jìn)行室內(nèi)化驗(yàn), 鉆屑上含6%的肥田逆乳化鉆井液。分別用100%土壤

34、、土壤鉆屑比為955、土壤鉆屑比為7525和土壤鉆屑比為5050的土壤和鉆屑的混合物進(jìn)行了3次為期6d 的播種試驗(yàn)。結(jié)果表明, 在100%土壤中種子的發(fā)芽和成活率分別為98%、94%和86%。而在3種不同土壤鉆屑比的混合物中種子的發(fā)芽和成活率分別為94%、100%和88%。說(shuō)明沾有肥田逆乳化鉆井液的鉆屑對(duì)植物、莊稼的成活和生長(zhǎng)基本沒(méi)有影響。試驗(yàn)還說(shuō)明, 肥田逆乳化鉆井液在農(nóng)田里會(huì)迅速降解, 已達(dá)到了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。21具有穩(wěn)定低溫流變性的新型合成基鉆井液12在墨西哥灣作業(yè)的石油公司正在采取必要的步驟以保證使用合成基鉆井液所產(chǎn)生的鉆屑符合美國(guó)環(huán)保局的規(guī)定。在鉆機(jī)上安裝了鉆屑干燥器以減少鉆屑表面的含油百

35、分比, 使含油平均值降低為6.第21卷第2期徐同臺(tái)等:國(guó)外鉆井液和完井液技術(shù)的新進(jìn)展液可降低濾失的風(fēng)險(xiǎn); 高壓高溫濾失試驗(yàn)表明, 新型合成基鉆井液的初始濾失量非常低, 在多數(shù)井中為2mL 或更低, 形成了最佳的泥餅, 泥餅與其他合成基鉆井液形成的泥餅是一樣的。由于新型合成基鉆井液有可壓縮性, 試驗(yàn)時(shí)泵入所需要的循環(huán)體積再加上一個(gè)加壓百分比, 當(dāng)初始?jí)毫β晕⑾陆禃r(shí), 地層壓力上升?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明, 使用新型合成基鉆井液不一定需要增加泵壓。(3 固相控制由2臺(tái)粗網(wǎng)護(hù)篩振動(dòng)篩、2振動(dòng)篩和1臺(tái)鉆井液清潔器組成相含量為6%或低于6, 為1. 48g/cm 3, 11mPa s 。(4 成本用的內(nèi)烯烴合成基

36、鉆井液的成本高。31抑制性水基鉆井液13哈里伯頓能源服務(wù)公司的白勞德產(chǎn)品服務(wù)公司研制出了抑制性水基鉆井液體系HY DRO 2GUADR TM 。該鉆井液是為抑制墨西哥灣等地的活性地層而設(shè)計(jì)的,2002年初進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。抑制性水基鉆井液不但提供了良好的井眼穩(wěn)定性、較高的機(jī)械鉆速, 而且在廣泛的溫度范圍內(nèi)具有可以接受的流變性, 已成功地應(yīng)用于墨西哥灣大陸架和深水鉆井作業(yè)。抑制性水基鉆井液在深水和大陸架鉆井過(guò)程中抑制能力較強(qiáng), 具有穩(wěn)定的動(dòng)切力和靜切力。兩種聚合物添加劑(在低濃度下有效的絮凝劑和可以防止富含粘土地層水化和降解的處理劑 提供了鉆井液剪切稀釋性, 并保證鉆屑的攜帶和運(yùn)移, 使井眼穩(wěn)定,

37、 井徑規(guī)則, 這兩種性能優(yōu)良的聚合物添加劑幾乎把頁(yè)巖的水化降到最低程度。抑制性水基鉆井液包被活性鉆屑, 減少了鉆頭和井底鉆具組合泥包的可能性。最近, G OM 公司使用抑制性水基鉆井液在431. 8mm 井眼鉆了975. 36m 。結(jié)果表明, 鉆屑完整, 而且使用常規(guī)的固控設(shè)備分離鉆屑容易, 振動(dòng)篩上的鉆屑干燥而有光澤, 表明抑制性水基鉆井液具有良好的抑制性。該鉆井液實(shí)用于甲板空間小的海上鉆井裝置的墨西哥灣東部地區(qū)。抑制性水基鉆井液是一種NaCl 水基鉆井液, 室內(nèi)試驗(yàn)證明, 該鉆井液的特性與逆乳化鉆井液非常相似。近期鉆井實(shí)踐表明, 使用抑制性水基鉆井液每口井可以節(jié)省鉆井成本50多萬(wàn)美元, 該

38、鉆井液可以用于上部井段, 但最有效的井段是508mm 套管鞋以下到設(shè)計(jì)深度。抑制性水基鉆井液除具有良好7的抑制性外, 膠體含量比逆乳化鉆井液的低, 利于提高機(jī)械鉆速。抑制性水基鉆井液中的絮凝劑限制了顆粒的懸浮, 可以將鉆速提高到30. 48m/h 以上。抑制性水基鉆井液密度可以加重到2. 04g/cm 3, 并且可以重復(fù)使用, 但價(jià)格卻比醋酸鉀鉆井液低得多。、可以被生, , , , 抑制性水基鉆井液不, 而且還需要持續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)。41深井和高溫井鉆井液14在亞拉巴馬州的莫比爾灣鉆過(guò)世界上最深、溫度最高和壓力最大的井。莫比爾灣酸性氣層的溫度高達(dá)204。這些井主要在亞拉巴馬州的水域, 那里為零排放

39、地帶。雖然也用過(guò)油基鉆井液, 但因環(huán)保、供應(yīng)和成本問(wèn)題迫使人們還是選擇了水基鉆井液。然而, 水基鉆井液可能因溫度誘發(fā)的膠凝、二氧化碳污染等帶來(lái)一系列的問(wèn)題。為了適應(yīng)莫比爾灣深井的高溫環(huán)境, 白勞德鉆井液公司研制出幾種新型水基鉆井液。其中之一是無(wú)毒、流變性穩(wěn)定的抗高溫鉆井液, 并與一家油公司合作鉆了一口井深為6400. 8m 的井。此后對(duì)鉆井液配方進(jìn)行了改造, 包括用純合成基聚合物代替有機(jī)聚合物。過(guò)去, 控制鉆井液的流變性和濾失性是靠膨潤(rùn)土, 然而膨潤(rùn)土漿在溫度超過(guò)149 時(shí)會(huì)發(fā)生高溫絮凝, 例如在深井起下鉆后, 使用傳統(tǒng)粘土/木質(zhì)素磺酸鹽/褐煤鉆井液時(shí), 鉆井液到達(dá)井底后嚴(yán)重稀釋, 不得不排放

40、到零排放帶的莫比爾灣。處置成本, 加上配制新鉆井液的成本導(dǎo)致了較高的鉆井成本。對(duì)暴露在高溫條件下的水基鉆井液, 維護(hù)處于絮凝狀態(tài)的膨潤(rùn)土和活性固相是保證水基鉆井液正常流變性和濾失量的關(guān)鍵。使用少量的懷俄明膨潤(rùn)土和補(bǔ)充合成基聚合物就能維持鉆井液的攜屑能力。傳統(tǒng)的粘土/木質(zhì)素磺酸鹽/褐煤鉆井液要求p H 值最小為9, 在高溫情況下, 木質(zhì)素磺酸鹽/褐煤會(huì)降解。由于濾餅的結(jié)構(gòu)中含有褐煤, 當(dāng)褐煤降解后, 濾餅破裂導(dǎo)致濾失量增加, 在高溫環(huán)境中流變性控制是最困難的。白勞德鉆井液公司研制的新一代水基鉆井液體系, 是用低濃度的膨潤(rùn)土(14. 2522. 8kg/m 3 配制的。最初的配方中沒(méi)有聚合物絮凝劑

41、, 但在溫度為176. 6218. 3的地層深度時(shí)開(kāi)始使用聚合物絮鉆井液與完井液2004年3月8凝劑, 在高溫下, 可以加入高分子量合成基聚合物增粘, 當(dāng)井深達(dá)到5791. 2m 或溫度達(dá)到177時(shí), 把開(kāi)鉆鉆井液轉(zhuǎn)化成抗高溫水基鉆井液。在此之前, 維持鉆井液為低固相、非分散和低p H 值的海水鉆井液。如果必須用膨潤(rùn)土處理鉆井液, 應(yīng)以1. 43kg/m 3的增量加入膨潤(rùn)土。當(dāng)膨潤(rùn)土量降低時(shí), 加入純高分子量合成基聚合物維持鉆井液的懸浮能力、降低流變性, 以保證井眼清潔。使用水力旋流器和有4層網(wǎng)篩的振動(dòng)篩控制低的固相含量4570m 時(shí), 11. 1, 5d 完鉆, 與用油基鉆井液所鉆的類(lèi)似井段

42、的鉆進(jìn)時(shí)間相同。Ultradrill TM 水基鉆井液已成為油基鉆井液的替代品。(2 DFX TM 水基鉆井液Ambar Lone star 鉆井DFX TM 體系。7次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),2. 05g/cm 38m 。3水基鉆井液白勞德鉆井液公Hydo 2Guard 。該鉆井液使用了2種專(zhuān)利聚合物添加劑, 這2種添加劑結(jié)合在一起能在鉆井液與活化粘土之間形成水屏障。水基鉆井液Hydo 2Guard 已在8口深水鉆井和4口陸地鉆井中應(yīng)用。(4 DeepDrill TM 鉆井液Newpark 鉆井液公司在墨西哥灣使用自己研制的DeepDrill TM 鉆井液已多年, 并使用了包括成膜劑、潤(rùn)滑劑在內(nèi)的數(shù)種添加

43、劑。(5 低固相油基鉆井液M 2I Norge and Statoil 公司研制出了一種低固相油基鉆井液。該鉆井液是一種專(zhuān)門(mén)在高壓儲(chǔ)層的水平井段中使用的壓井劑。在鉆井過(guò)程中, 要求鉆井液的密度為1. 65g/cm 3, 而且在設(shè)計(jì)鉆井液時(shí)要求將固相含量控制到最低, 以克服常規(guī)油基鉆井液因固相含量高造成的地層損害。為了縮短鉆井時(shí)間和節(jié)約鉆井成本, 選擇了油為連續(xù)相的鉆井液。將密度為2. 20g/cm 3的甲酸銫加入到油鹽水比為 4060的鉆井液中, 達(dá)到了理想的密度。61微泡沫鉆井液15M 2I 鉆井液公司和ActiSystem 公司共同研制出微泡沫鉆井液體系, 該鉆井液是把某些表面活性劑和聚合

44、物結(jié)合在一起產(chǎn)生出的一種微泡沫鉆井液, 在開(kāi)發(fā)枯竭油層中起到了重要作用。微泡沫鉆井液在委內(nèi)瑞拉的馬拉開(kāi)波湖地區(qū)首次大規(guī)模應(yīng)用, 馬拉開(kāi)波湖地區(qū)本來(lái)因壓力枯竭無(wú)法打新井, 但由此以后, 全世界應(yīng)用微泡沫鉆井液打了數(shù)百口井。微泡沫不是聚集在一起的單氣泡, 而是形成了一種可以阻止或延緩鉆井液侵入地層的微泡網(wǎng)絡(luò), 所以微泡沫鉆井液主要用于嚴(yán)重濾失的儲(chǔ)層。微泡沫鉆井液特有的粘度結(jié)構(gòu)對(duì)鉆井液侵入和鉆井液穿過(guò)地層產(chǎn)生了一種阻力, 因此產(chǎn)生了在平衡狀態(tài)下的無(wú)侵入鉆井。微泡沫鉆井液基本上是一種含空氣氣核的泡的抗高溫絮凝劑; 5486. 4m 時(shí), 高溫高壓濾失量應(yīng)控制為4050mL , 而當(dāng)鉆達(dá)井深6400.

45、8m 時(shí), 高溫高壓濾失量應(yīng)控制為20mL 。表1是密度為1. 54g/cm 3的現(xiàn)場(chǎng)鉆井液試樣性能的對(duì)比, 進(jìn)一步證實(shí)了水基鉆井液的高溫穩(wěn)定性。很明顯, 鉆井過(guò)程中水基鉆井液并沒(méi)有因起下鉆而發(fā)生膠凝, 在停止循環(huán)前, 鉆井液在204的井底停留了48h , 性能穩(wěn)定。使用抗高溫水基鉆井液在莫比爾灣打了很多井, 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明, 由于配方中限制使用了褐煤和褐煤衍生物, 鉆井液中膨潤(rùn)土的含量低以及使用了合成基聚合物和共聚物, 避免了鉆深井時(shí)因穩(wěn)定引起的膠凝問(wèn)題和二氧化碳造成的污染。表1密度為1. 54g/cm 3的現(xiàn)場(chǎng)鉆井液試樣性能體系入井鉆井液出井鉆井液井下鉆井液FVPVY PGelFL HTHP

46、s 515055mPa s 252327Pa 4. 84. 83. 4Pa 6. 75. 86. 2mL 20. 822. 828. 651近期問(wèn)世的新型鉆井液體系14(1 Ultradrill TM 水基鉆井液M 2I 鉆井液公司研制成功了新一代穩(wěn)定井眼的水基鉆井液Ul 2tradrill TM 。該體系使用了3種專(zhuān)利添加劑, 即頁(yè)巖穩(wěn)定劑、包被聚合物和沉降抑制劑。Ultradrill TM 水基鉆井液已成功用于各種鉆井環(huán)境, 包括水深超過(guò)2865. 12m 的深水鉆井、井段長(zhǎng)度超過(guò)2286m 的大陸架鉆井和水平井鉆井。在陸上地區(qū), 用水基鉆井液Ultradrill TM 鉆了2217. 4

47、2m 的易發(fā)生復(fù)雜情況井段, 結(jié)果表明, 比使用常規(guī)水基鉆井液的鄰井提前第21卷第2期徐同臺(tái)等:國(guó)外鉆井液和完井液技術(shù)的新進(jìn)展沫, 是一種由各種組分組成的殼狀微泡, 微泡通過(guò)加強(qiáng)氣核壁的強(qiáng)度提高了氣泡的穩(wěn)定性, 這一特點(diǎn)使其與充氣鉆井液中泡沫的單一殼裝氣泡效果不同。當(dāng)含有密封空氣氣核的微泡沫鉆井液循環(huán)到井下時(shí)受壓, 在極壓下微泡的內(nèi)壓按一定比例上升, 在壓力和溫度的雙重作用下, 獨(dú)立的微泡開(kāi)始增能。一旦鉆頭暴露在枯竭層中, 進(jìn)入低壓孔隙中的微泡沫鉆井液立即聚集, 儲(chǔ)存在微泡沫中的部分能量開(kāi)始釋放, 引起微泡沫鉆井液膨脹的內(nèi)壓和外壓達(dá)到平衡之前, , 一, 外部的拉普拉斯力明顯上升, 能引起鉆井

48、液的微泡聚集和鉆井液內(nèi)相在低剪切速率下的粘度上升。這種現(xiàn)象誘發(fā)的微環(huán)境有助于減輕鉆井液的侵入。微泡沫鉆井液不僅通過(guò)較高的低剪切速率粘度提高了效益, 而且還進(jìn)一步優(yōu)化了鉆井液的性能。微泡沫鉆井液的配制和維護(hù)簡(jiǎn)單。微泡沫鉆井液是由高動(dòng)切力的剪切稀釋性聚合物和能產(chǎn)生穩(wěn)定微泡沫鉆井液的組分復(fù)配而成, 微泡沫體積一般能達(dá)到8%14%。微泡沫鉆井液投入循環(huán)后很容易維護(hù), 而且具有最佳的井眼清潔和鉆屑懸浮效果。首次應(yīng)用微泡沫鉆井液是在馬拉開(kāi)波湖的VLA1321井的油層井段。該井壓力梯度為3. 396. 78kPa/m , 339. 7mm 套管下至井深1669. 39m 后, 將微泡沫鉆井液替入井內(nèi), 鉆進(jìn)

49、油層至井深2089. 40m 取心, 取心長(zhǎng)118. 87m , 巖心收獲率大于91%。該井順利地下入244. 5mm 套管, 在鉆井、測(cè)井、下套管和固井時(shí)沒(méi)有發(fā)生漏失?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成功后, 在馬拉開(kāi)波湖的幾個(gè)油田使用該鉆井液, 應(yīng)用范圍為:低壓和低破裂壓力梯度井段; 破裂和高滲地層; 打開(kāi)油層; 常壓和低壓層段。微泡沫鉆井液在委內(nèi)瑞拉和美國(guó)加利福尼亞的Elk Hill 等油田應(yīng)用成功, 在荷蘭的北海海域控制枯竭儲(chǔ)層的漏失也取得成功。9漏失; 重晶石沉降。鉆井液是大位移井鉆井成功的關(guān)鍵因素。曾選用過(guò)油基鉆井液和合成基鉆井液。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求, 石油工業(yè)界正努力開(kāi)發(fā)新的鉆井液技術(shù), 包括研制抑制

50、性和潤(rùn)滑性更好的水基鉆井液, 以代替逆乳化鉆井液。(1 鉆井液的選擇, 逆乳化鉆。逆乳化鉆井, , 能產(chǎn)生堅(jiān)固的巖, 降低發(fā)生壓。目前, 大位移井使用的水基鉆井液主要有鉀基鉆井液、不分散鉆井液、含聚乙二醇或硅酸鹽聚合物鉆井液。不需要抑制性時(shí), 也可以使用低固相聚合物鉆井液和混合金屬硅酸鹽鉆井液。這些鉆井液能滿足井眼清潔的需求, 具有較好的潤(rùn)滑性, 因而具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。(2 井下模擬成功地鉆一口大位移井, 關(guān)鍵是預(yù)測(cè)鉆井液參數(shù):油井的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)溫度剖面; 水力壓力; 環(huán)空壓力降和當(dāng)量循環(huán)密度; 鉆井液流變性; 鉆井液的破膠壓力。哈里伯頓能源服務(wù)公司編制出的軟件, 可以預(yù)測(cè)鉆井液的流變性、鉆井

51、液在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的密度。該軟件可精確地預(yù)測(cè)出井下壓力降 、波動(dòng)壓力和抽吸壓力以及破壞鉆井液靜切力需要的壓力。該軟件包括了賓漢塑性模式、冪律模式和屈服冪律模式或Herschel Buldly 模式。使用時(shí)可輸入地面流變性(用六速流變儀測(cè)得的數(shù)據(jù) 模擬井下實(shí)際環(huán)空剪切速率下的流變性。(3 當(dāng)量循環(huán)密度的控制在大位移井中, 把當(dāng)量循環(huán)密度控制到最低程度是鉆井成功的關(guān)鍵。鉆井液的最小粘度與清潔井眼和懸浮固相所需要的粘度要達(dá)到平衡。同樣, 需要有足夠的排量在不超過(guò)允許的當(dāng)量密度情況下把巖屑床控制到最小。逆乳化鉆井液由于具有低的動(dòng)態(tài)粘度, 再添加上有效的乳化劑和降濾失劑, 已成為一種理想的大位移井鉆井

52、液。加重材料的質(zhì)量對(duì)優(yōu)化流變性方面起著重要作用。特制的有機(jī)粘土已成為一種可避免對(duì)塑性粘度造成巨大影響的懸浮劑。(4 井眼清潔在大位移井的大角度井段, 井眼清潔是最關(guān)鍵的, 特別是在311mm 井眼的切線段。因此在大位移井鉆井過(guò)程中, 應(yīng)采用3臺(tái)泥漿泵, 因在井斜角為40°60°的井段巖屑最難清潔, 增加鉆井液的懸浮攜巖性能, 在一定程度上可以抑制巖屑床的形成。(5 流態(tài)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)表明, 紊流可以使水鉆井液管理11大位移井鉆井液的設(shè)計(jì)和管理16鉆大位移井會(huì)遇到很多棘手的問(wèn)題, 如:較狹窄的鉆井液密度和地層破裂壓力梯度窗口; 當(dāng)量循環(huán)密度的控制; 扭矩和摩阻; 井眼穩(wěn)定性;

53、 鉆井液與完井液2004年3月10平井段的清潔達(dá)到最優(yōu)化, 但是紊流可能導(dǎo)致井壁沖蝕。在最大排量下使用層流, 再輔以機(jī)械方法清除巖屑已成為最佳選擇。具有低動(dòng)切力的鉆井液能提供最低的當(dāng)量循環(huán)密度。但是在實(shí)踐中, 為了把鉆井液中的固相沉降控制在最低限度, 必須進(jìn)行綜合考慮。(6 機(jī)械方法旋轉(zhuǎn)鉆桿和上下活動(dòng)鉆桿是破壞巖屑床形成的機(jī)械方法, 可以提高巖屑的清除效率?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明, 潔效率25%鉆進(jìn), 偶爾采用150。, , 。21BP 公司的鉆井液管理14BP 公司多年來(lái)研究鉆井液的使用效率, 開(kāi)發(fā)了法, 鉆開(kāi)914. 4mm 導(dǎo)管鞋時(shí)使用了密度為1. 42g/cm 3的氯化鈣鉆井液; 在井深1362

54、. 46m 由于地層流體侵入, 決定把鉆井液密度提高到1. 51g/cm 3, 以阻止地層流體的侵入; 在下套管后, 用合成基鉆井液繼續(xù)鉆進(jìn)。液。這種, 使鉆井。管匯是電, 所以能維持穩(wěn)定的鉆井液密度和均勻的粘度來(lái)控制淺層水的侵入, 而不會(huì)壓裂地層。管匯裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能把鉆井液的密度控制在1. 031. 92g/cm 3范圍內(nèi)。在海水和清除劑不起作用時(shí), 通常使用動(dòng)態(tài)壓井鉆進(jìn)技術(shù)。高密度鉆井液的主要優(yōu)點(diǎn)是需要的備用鉆井液量少, 可用海水在現(xiàn)場(chǎng)稀釋鉆井液。例如, 攪拌裝置可以摻入795m 3密度為1. 92g/cm 3的鉆井液, 并把這些鉆井液改變成2385m 3密度為1. 32g/cm

55、3的壓井液。相反, 在無(wú)隔水管鉆進(jìn)作業(yè)中, 常規(guī)泵入和排出法可以使用高達(dá)2385m 3的鉆井液, 而動(dòng)態(tài)壓井法沒(méi)有必要在現(xiàn)場(chǎng)配制和儲(chǔ)存大量的鉆井液。參考文獻(xiàn)1S PE 822532S PE 822003S PE 771894S PE 822745S PE 744496S PE 744477A DC/S PE 771928IA DC/S PE 745579World Oil ,2003, (3 :394710IA DC/S PE 7454211IA DC/S PE 7447413Halliburton s solution to highly rective clay formation cha

56、l 2lenges. 2003,525314The American Oil &Gas Reporter. 200315E &P2003,7376集鉆井液、完井液和廢液處置為一體的管理過(guò)程, 并命名為效率鉆井液管理(The performance fluids managemant 。效率鉆井液管理在墨西哥灣的鉆井作業(yè)中應(yīng)用, 滿足了國(guó)家環(huán)境保護(hù)條例中關(guān)于國(guó)家污染排放限制系統(tǒng)的要求。據(jù)BP 公司宣稱(chēng), 效率鉆井液管理的目的是:提高鉆井效率; 確保鉆井液的質(zhì)量和質(zhì)量控制的實(shí)施以及廢棄物管理和防止環(huán)境污染; 從鉆井液和廢棄物的管理得到高回報(bào)率; 跟蹤和測(cè)量鉆井液的效率; 應(yīng)用普通的

57、鉆井液配方和廢棄物管理程序。雖然介于油公司與服務(wù)公司之間的多學(xué)科工作組是至關(guān)重要的, 但是效率鉆井液管理方法必須在服務(wù)公司中占有重要的位置。但也需要油公司支持和理解服務(wù)公司使用這種方法。效率鉆井液管理方法使用了8種工具(由表格處理軟件開(kāi)發(fā)出來(lái) , 包括個(gè)人技巧評(píng)價(jià)。這是一種鑒別培訓(xùn)空白的自評(píng)價(jià)工具能開(kāi)發(fā)出公認(rèn)的設(shè)計(jì)以填補(bǔ)這種空白。在某些情況下, 可把評(píng)價(jià)分解為服務(wù)人員的每日費(fèi)用, 這對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)鉆井液技術(shù)專(zhuān)家是一種好方法。在墨西哥灣和其他地區(qū), 鉆井的重點(diǎn)海域仍然是淺水水域。深水鉆井的問(wèn)題是進(jìn)入泥線以下, 在還沒(méi)有啟動(dòng)井控設(shè)備之前, 壓力剖面較窄。使用常規(guī)的泵入和排出法時(shí), 控制孔隙壓力需要的鉆井液密度可能非常接近地層的破裂壓力梯度。如BHP 石油公司在鉆井時(shí)使用常規(guī)鉆機(jī)和泵入排出16S PE 72290作者簡(jiǎn)介徐同臺(tái), 教授級(jí)高級(jí)工程師, 現(xiàn)在中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司老干部局工作。地址:北京市六鋪炕; 郵政編碼100