深水钻井液关键技术研究.pdf

第 3 9卷 第 2期 2 O 1 1年 3月 石 由 钻 探 技 术 PI TR I 卜 L _v 【 I RI I I 』NG 丁F 、 H NI QUFS V0l M ． ． 深水 钻 井技术专 题 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 t 0 8 9 0 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 0 5 深水钻 井液关键技术研 究 邱正松 徐加放 赵 欣 盛 江 琳 黄维安 中国石油大学 华东石油工程学 院， 山东 青岛 2 6 6 5 5 5 摘 要 分析 了深水钻井液面临的技术难题， 认为深水钻井所面 临的主要 问题有 深水低温 问题 、 深水 浅层含 气 砂岩所 引起 的气体水合物生成 问题 、 海底泥岩稳定性 问题及 钻 井液用量 大、 井眼清洗 困难等 问题 。根 据深水钻 井 中出现的 问题和面临的困难， 指 出了深水钻井液应具有 良好 的低 温流 变性 、 悬浮携岩 能力、 页岩 稳定性 、 环保性 能 及 综 合 成 本低 等特 点 。调 研 了 国外 常 用 的深 水 钻 井液 体 系 ， 研 制 了深 水 钻 井液 水 合 物 抑 制 性 评 价 试 验 装 置 ， 探 讨 了深 水 钻 井 液 中 水合 物 的形 成 规 律 及 机 理 ， 优 选 了 深 水钻 井 液 用水 合 物 抑 制 剂及 其 配 方 。在 优 选 深 水 钻 井 液 用 处 理 剂 的 基础 上 ， 得 出 了深 水 钻 井 液 的 最 终 配 方 ， 并 进 行 了全 面的 性 能 评 价 。最 后 ， 根 据 我 国深 水 钻 井 液 技 术 研 究 的 现 状 ， 提 出 了 下一 步 的 研 究 重 点 。 关键 词 深 水 钻 井 ；钻 井液 ；钻 井 液 流 变性 ；天 然 气 水 合 物 ；抑 制 剂 中 图分 类号 TE2 5 4 ． 1 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 卜0 8 9 0 2 0 1 1 0 2 0 0 2 7 0 8 Re s e a r c h o n De e pwa t e r Dr i l l i ng Fl u i d s K e y Te c h no l o g y Qi u Zh e n g s o n g Xu J i a f a n g Z h a o Xi n S h e n g l i e J i a n g Li n Hu a n g W e i a n Co l l e g e o f Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g， C h i n a Un i v e r s i t y o J Pe t r o l e u m， Qi n g d a o ， S h a n d o n g， 2 6 6 5 5 5 ， Chi n a Ab s t r a c t Th e t e c hn i c a l pr o bl e m s of de e p wa t e r dr i l l i n g f l u i d we r e a n a l y z e d b a s e d on t he r e s e a r c h o n “ k e y t e c h n o l o g y i n d e e p wa t e r d r i l l i n g a n d c o mp l e t i o n ” ． a Na t i o n a l Hi g h Te c h n o l o g y Re s e a r c h a n d De v e l o pme nt Pr o g r a m o f Ch i n a ．The m a i n pr o bl e m s a r e be l i e v e d t o be l o w t e mp e r a t u r e r he o l o gy c on t r ol ， t h e hy d r a t e f or ma t i o n f r o m n a t u r a l ga s i n s ha l l o w s a nd f o r ma t i o n， t he s h a l e s t a b i l i t y of s e a b e d， t he l a r g e c o n s ump t i o n of dr i l l i n g f l ui d a n d t he d i f f i c ul t y i n b o r e ho l e c l e a n i n g．The pe r f o r m a n c e a n d c ha r a c t e r i s t i c of de e pwa t e r d r i l l i n g f l u i d s a r e de s c r i be d． The r e s e a r c h o n de e pwa t e r d r i l l i n g f l ui d s a br o a d wa s i nv e s t i g a t e d． An e xp e r i me n t a l e q ui p me nt t o e v a l u a t e de e p wa t e r dr i l l i n g f l ui d h yd r a t e i nh i bi t i o n wa s d e v e l op e d ．Th e d e v e l op me n t a nd me c ha n i s m o f hy dr a t e f o r m a t i o n i n de e p wa t e r dr i l l i ng f l ui d wa s di s c us s e d． De e p wa t e r dr i l l i ng f l ui d s hy d r a t e i n hi b i t o r s wa s op t i mi z e d ．Th e f or mul a f o r de e pwa t e r d r i l l i n g f l u i d wa s o bt a i ne d a n d i t s p e r f o r m a nc e wa s e v a l u a t e d c omp r e he ns i v e l y． Ac c or d i ng t o t he s t ud y o f d e e p wa t e r d r i l l i ng f l u i d t e c hn o l og y s t a t us ， r e s e a r c h pr i o r i t i e s f or ne x t s t e p wa s s u gge s t e d ． Ke y wo r d sd e e pwa t e r dr i l l i n g；d r i l l i n g f l ui d；dr i l l i n g f l ui d r he o l o gy；n a t u r a l g a s hy d r a t e；i nh i bi t o r 深水钻井液面临的问题及深水钻井 适用 的钻井液体 系 1 ． 1 深水钻 井液存在 的问题 实践表 明 ， 与浅水 海域 钻井 相 比 ， 深水钻 井 中钻 井 液所 面临 的主要 问题有 以下几个 方 面 1 深水 低 温 问题 。随水 深 增 加 海 水 温度 越 来 收 稿 E t 期 2 01 卜n 2 一 O 2； 改 回 日期 O儿 0 3 l 基 金 项 目 国家 高技 术研 究 定展 计 划 “ 8 6 { ” 计 划 课 题 ” 深 水 钻 完 平关键 技 术 ” 编 号 2 O 0 6 A ＼ r 9 Al 0 ∽ 赉助 作 者 简 介 邱 正 扮 1 9 6 ‘ j ． 男 ． 山 东即 墨 人 ． 】 9 9 5年 毕 lk于 华 东石油学院钻井工程 专 Ⅱ 二 ． 年获石 由大学 北京 油 气井工程 专 业博士学位． 副院长． 教授 ， 博士 生导师 ． 主要从 事井壁稳 定理 沦与防 塌 钻 井 液技 术 、 超 深 井 高温 钻 井液 、 特 殊 由气 层 保 护 技 术 、 海 洋 深 水 钻 井 液 、 废 弃钻 井液 处 理 与 再 利 用技 术 等 方 面的 教 学 与 科 研 A -_ 作 联 系方 式 f 0 j 3 2 8 6 9 81 7 0 5． q i u z s i 3 s i l 1 】 Tn 杰 2 8 石 油 钻 探 技 术 2 0 1 1年 3月 越低 ， 3 0 0 0 m 水 深 温度 仅 为 3 ～ 4℃ ， 有 些地 区甚 至 到 了 0℃左 右 。低温 可导致 隔水 管 中钻 井液 的黏 度 、 切力 大幅度 上升 ， 甚 至 出现胶凝 现象 。 2 深水浅 层 含气 砂 岩所 引 起 的 气体 水 合 物 生 成问题。气体水合物具有类似于冰的结构 ， 主要 由 气体分子和水分 子组成 ， 如果压 力足够 大可 以在 0℃ 以上形 成 。深水 钻 井 作 业海 底 静水 压 力 较 高 ， 环境 温度较 低 ， 增 大 了生 成气体 水合 物的可 能性 。 3 海 底泥岩 稳定性 问题 突 出 ， 且 安全 密度 窗 口 较窄 。深水 区域远 离海岸 ， 风 、 河水 和海水携 带的沉 积物 越发细小 ， 其沉 积速 度 、 压 实方式 以及含水 量 与 陆地 明显不 同 ， 因而 活性 大 、 欠 压 实 ， 常表 现 为 易膨 胀 、 易 漏失 、 高分散性 等 ， 导致套 管层序 增加 ， 有 的甚 至超 过 9层 。而 隔水 管 尺寸大 和深水低 温导致 钻井 液黏度 和循环 压力 损 耗 增 大 ， 井 壁 不 稳定 性 进 一步 加剧 。 4 钻井 液用量 大 ， 井 眼 清洗 困难 。海洋 钻 井需 采 用 隔水 管 ， 在 3 0 0 0 r n水深 钻井 仅 隔水 管 内钻 井 液 就约 2 0 0 0 m。 ， 比在 陆 地上 钻 井深 3 0 0 0 r n井 的 钻 井液循 环总 量 还要 多 。 由于 隔水 管 、 套 管 直径 较 大 ， 采用 常规措 施钻 井 液 上返 流 速 很难 达 到 清洗 井 眼的 目的 。 1 ． 2适用于 深水钻 井 的钻 井液体 系 根 据 深 水 钻 井 过 程 中出 现 的 问题 和存 在 的 困 难 ， 为这 种特殊 环境 下 钻 井作 业 所 设计 的钻井 液 体 系必须 能够解 决 以下 问题 1 具 有 良好 的低 温 流变 特 性 ； 2 在大 直径 井 眼 尤 其 是大 位 移井 中应 具 有 良好 的悬 浮 携 岩 能 力 ； 3 能 够 有 效 抑 制 气 体 水 合 物 的生成 ； 4 具 有 良好 的页 岩 稳 定 性 ， 能 有 效 稳 定 弱胶 结 地层 ； 5 满 足 海 洋 环保 的要 求 ； 6 综 合 成 本 可 以接 受 。 目前世 界上深水 钻井 最 活跃 的地 区 墨 西哥 湾 、 西非和 巴西等 常用 的钻 井液 体 系有高 盐／ 木 质素 磺 酸盐钻 井 液 体 系 、 高 盐／ P HP A 部 分水 解 聚丙 烯 酰 胺 聚合物加 聚合醇 钻井 液体 系 、 高性 能 水基 钻井 液 体系 、 油基钻井液体 系以及 合成基钻井液体系等l 5 ] 。 2 主要试验仪器 2 ． 1低温 性能评 价试 验仪器 低温低 压／ 中压评 价 试 验 装 置 研 制 了钻 井 液低 温特性评 价 试验 装 置 ， 用 于评 价 钻 井液 低 温 流 变性 和 中、 高压滤 失造壁 性 。其主要 技术指 标 测试 温度 ～2 0℃ ～室温 ， 测 试压 差 O ～5 MP a 。 低 温／ 高温 高压流 变 仪 在 高 压 下钻 井 液性 能 会发 生明显 变化 ， 特 别 是 油基 或 合 成基 钻 井 液 。因 此 ， 低 温／ 高温 高 压 钻 井 液 流 变 仪 如 F a n n I X7 7低 温／ 高 温高压 流变 仪 也是 必备试 验仪 器之一 。 2 ． 2 水 合物 抑制 性评价试 验装 置 气体水合 物一旦形成 ， 就会堵塞气 管 、 导管 、 隔水 管和海 底 防 喷 器 等 ， 从 而 造 成 严 重 井 下 故 障 或 事 故 5 。 ] 。所 以 ， 迫 切需要 研 制钻 井 液水 合物 抑制 性评 价模拟 试验装置 ， 以用于模拟钻井 液 中天然气 水合物 的生成以及评价 和筛 选水 合物 抑制 剂等 。新研 制 的 深水钻 井液水合 物抑制 性评 价试 验装 置 的技术 指标 为 最高试 验压力 4 0 MP a ， 模 拟 温度 一2 O ～ 9 0℃ ， 模 拟搅拌 速度 0 ～1 0 0 0 r ／ rai n 。 2 ． 3深 水钻 井液循环 与 井壁稳定 性模 拟 系统 为 了确 定合 理 的 钻井 液排 量 和 上返 速 度 ， 保 障 井 眼清洁 和井下 安全 ， 减少套 管层 次 ， 筛 选钻井 液类 型和优化 钻井 液 的流 变参 数 、 降低井 壁 失 稳 概率 和 深 水钻井 综合成 本 ， 研 制 了深 水 钻井 液 循 环 与井 壁 稳 定性模 拟 系统 。该 系统 可用于测 试低 温钻井 液流 动 压力损 耗 、 携 岩效率 以及评 价井 壁稳定 性等 ， 其主 要 技术指 标 测试 压 力 0 ～3 MP a ， 测试 温 度 一2 O ～ 9 O℃ ， 流体排 量 0 ～ 1 5 m。 ／ h 。 3 钻井液 中水合物 的形成及其抑制作 用机理初探 3 ． 1 搅 拌对水 合物 生成 的影 响 分别 取 4 0 0 mL水 加人 到水 合 物抑 制性 评 价装 置 的高 压釜 内并封 闭 ， 通 人 甲烷 气 体 在不 同搅 拌速 度下进 行 加压 和 降 温试 验 ， 通 过 观察 温度 和 压力 的 变化规律 ， 判断 甲烷水合物 的生成情况 ， 结果见表 1 。 表 1 扰动对水合物生成的影响 Ta b l e 1 Th e e f f e c t o f di s t u r b an c e o n h yd r at e f o r mat i o n 试 验 序 号 搅 拌 季 度 ．／ 竺 壁 竺 竺 F_ 一 r ． ml n 温度 ／ ℃ 压力 ／ MP a 时 间 ／ h 第 9巷 第 期 邱 正 松 等 深 水 钻 井 液 关键 技 术 研 究 由表 1 可知 ， 搅拌 可促进 水合 物 的生成 ， 使水 合 物 的诱导期 变短 。这 是 因为 ， 扰 动 使 极 性水 分 子首 尾 相接 形 成 笼 形 物 的 概 率 增 大 ， 使 少 量 疏 松 的水 合 物 相互 碰 撞 的 机 会 增 多 ， 促 进 了水 合 物 的 聚 结 增 长 ， 随着 搅 拌 速度 的增 大 ， 水 合 物 的 生 成 时 间变 短 。 为模 拟 钻 井 液 流 动 状 态 ， 试 验 时 搅 拌 速 度 取 2 0 0 r ／ rai n 。 3 ． 2膨润 土含量 对水 合物 生成 的影响 通过试 验考察 了钻 井液 中膨润 土含 量对水 合 物 形 成 的影响 ， 结果见 表 2 。 表 2膨 润 土 含 量 对 水 合 物 生 成 的 影 响 T a b l e 2 Th e e f f e c t o f b e n t o ni t e c o n t e nt o n h y dr a t e f o r ma t i o n 膨 润 土 含 量 ， 开始生成水合物的条件 温 度 ／ ℃ 压 力 ／ MP a 时 间／ h 由表 2可知 ， 在钻 井液 膨润土 加量 的范 围 内 ， 膨 润土 含量 的增加促 进 了水合 物 的生 成 ， 使 水 合 物生 成的诱导期变短 ， 水合物晶体析出的温度上升 ， 说明 膨润 土对水合 物 的形成起 促进 作用 。随着 膨 润土含 量 的增 大 ， 悬 浮体 中 的膨 润土 颗粒增 多 ， 为水合 物生 成提供 了更多 的“ 晶核 ” ， 单 个水 合 物 更 容 易 吸 附在 膨润土颗 粒上 聚集 长大 。 3 ． 3钻 井液 添加剂 对水合 物 生成 的 影响 分别 在 4 的膨 润 土浆 中加 入 S D 一 2 0 2 腐 殖 酸 降滤 失剂 、 S D一 1 0 2 树 脂类 降 滤 失剂 、 _ I I S 一 1 淀 粉 类降滤失剂 、 Z N J 一 1 生物聚合物增 黏剂 以及 Z N J 一 2 高分 子增 黏剂 等钻 井 液 常 用处 理 剂 ， 评 价 其对 水 合物形 成 的影 响 ， 结果 见表 3 。 表 3 钻 井 液添 加剂 对 水 合 物 生成 的影 响 Ta b l e 3 Th e e f f e c t o f dr i l l i ng f l ui d a ddi t i v e s o n hy d r a t e f o r m a t i o n 添 加 剂 及 加量 开 始 生 成 水 合 物 的 条 件 温度 ／ C 压力 ／ MP a 时 间／ h 3 ． 0 S D 2 0 2 3 ． 0 S D一 1 0 2 0 ． 4 J LS ～ 1 0 ． 4 zNJ ～ 1 0 ． 1 ZNJ ～ 2 从表 3可 以看 出 ， 所 选 钻井 液 添 加剂 多 数对 水 合物 的生 成 有 一 定抑 制作 用 。其 作 用 机 理 为 S D 一 2 0 2 可 以吸附 在膨 润 土颗 粒 边 缘 断 键 上 ， 防止 膨 润 土颗 粒 的边边 、 边 面絮凝 ， 降低 了水 合物 聚结变 大 的 概率 ， 从 而起 到较好 的抑制 效果 ； j I S 一 1和 Z NJ 一 1主 要通过增加钻 井液黏度 ， 增大 水分子 和 甲烷分 子 的运 动阻力 ， 降低 其 接触 概率 而 起 到抑制 作 用 ； 而 Z N J 一 2 在加 量较 低 的情 况 下 增 黏效 果 不 明显 ， 没 有起 到 明 显 的抑制作 用 。 3 ． 4水合 物抑 制剂 优化试 验 最 有效 的抑 制天然 气水 合物 生成 的方法 是添加 抑 制剂 。水合 物抑 制剂 可使水 合物 的固液平衡 曲线 向低 温 方 向移 动 ， 从 而 抑 制水 合 物 的生成 。一般 说 来 ， 能影 响溶 液活 性 的物 质 通 常 都 能作 为 天 然气 水 合 物 的抑制剂 ， 常 用水 合 物 抑 制 剂 可分 为 热 力学 抑 制剂 、 动力 学抑 制剂 和 防聚集剂 。 。 。 3 ． 4 ． 1 动 力学抑制 剂 水 合 物 动 力学 抑 制 剂 由于 具有 加 量 小 、 抑制 效 果 明显 、 对钻 井 液性能 影 响小等特 点 ， 得 到 了较广 泛 的应用 ， 目前 应用 于 深 水钻 井 液 的动力 学抑 制 剂 主 要 有 D Y一 1 己 内酰 胺类 聚合 物 和 DY 一 2 砒 咯烷 酮 类 聚合 物 。在 4 膨 润浆 中分 别 加 人 0 ． 5 D Y 1 和 0 ． 5 D Y一 2以评 价其 抑制水 合 物生 成 的性 能 ， 结 果 见表 4 。 表 4水 合 物 动 力 学 抑 制 剂 评 价 结 果 Tab l e 4 Ev a l u a t i o n r e s u l t s o f h y dr at e d y na m i c i n hi b i t o r s 抑制剂及加量 开始生成水合物的条件 温 度 ／ ℃ 压力 ／ MP a 时 间／ h 由表 4可 知 ， 动力 学 抑 制剂 有 一 定抑 制 水合 物 的能 力 ， 但 在 高过冷 度 条 件 过 冷度 大于 1 O℃ 下 ， 抑制效 果会 大 大减弱 。 3 ． 4 ． 2 热力 学抑制 剂 由于热 力学抑制剂 可最终抑制水合 物 的生成 ， 因 此其在深 水钻井液 中最 为常用 。首先对 N a C 1 和乙二 醇加 量进行 了正交试 验设计 ， 以减少试 验量 ， 并形 成 以下试 验 配方 ， 结果 见表 5 。 3 0 石 油 钻 探 技 术 2 0 1 1年 3月 表 5 水 合物热力学抑制剂评价结果 T a b l e 5 Ev a l u a t i o n r e s u l t s o f t h e r mo dy n a m i c h y d r a t e i n hi b i t o r s 试 验 配 方 水合物生成条件 温 度 ／ C 压 力 ／ MP a 时 间 ／ h 注 1 为 4 ． 0 预水化膨润土浆0 ． 4 Z N J 一 1 0 ． 4 J L s - 1 0 ． 1 Z N J 一 2 3 ． 0 S D - - 2 0 2 3 ． 0 ％ S D - 1 0 2 。 从 表 5可 以看 出 ， 随抑 制剂 加量 的增加 ， 水 合物 形成 的温度下 降 ， 压力上 升 ， 抑制水 合物 生成 的能力 增强 ， 热力学抑 制剂可 有效 抑制 水合 物 的形成 ， N a C 1 的抑制效 果好 于 乙二醇 。 表 6 DY一 1 与 N a Cl 复 配 水 合 物抑 制效 果 评 价 Ta b l e 6 Ev a l u a t i o n r e s u l t s o f hy d r a t e i n hi bi t i o n o f DY- 1 a nd Na Cl mi x t u r e DY 一 1 和 Na C l 加 量 水合物生成条件 温度／ e 压力／ MP a 时问／ h 注 D Y- 1 和 Na C I 及其复配后都加入到 4 膨润土浆 中。 由表 6 可 知 ， D Y一 1 与 Na C 1 复配 具有很 好 的协 同作 用 ， 可 以大大提 高抑制水 合物 生成 的能力 ， 抑制 效果 明显 好于单 独 使 用 ； D Y一 1加 量 约 1 ． 5 时 ， 抑 制效 果最 好 。 3 ． 4 ． 3 热力学与动力学水合物抑制剂复配效果4 深水 钻井液低温流变性调控技术 。 。一 力 琶 配 耋 4 ． 基 浆 优 化 协 同 作 用 ，可进 一 步减 小 抑 制 剂 加 量 ， 提 高 抑 制 效 ⋯一 。 一 果 。通 过 试 验 评 价 了 不 同 过 冷度 条件 下 D Y一 1与 为 了解 低 温对 膨 润土 浆 流变 性 的影 响 ， 首 先进 N a C 1 复配 时对水 合物 的抑制 作用 ， 并 对 D Y 一 1的加 行 了膨润 土基浆 在 低温 下 的流 变性 试 验 ， 以优选 深 量 进行 了优选 ， 结果 见表 6 。 水低 温钻 井液膨 润土 的加量 ， 结果 见表 7 。 表 7膨 润 土 加 量优 选 试 验 结 果 Tab l e 7 Opt i m i z a t i o n r e s u l t s of b e n t o ni t e c on t e nt 从 表 7可 以看 出 ， 低 温 对 膨 润土 基浆 的流 变性 能影 响不 大 ， 随 着 膨 润 土 加 量 的增 加 ， 低 温影 响加 剧 ， 黏度 、 切 力 明显 增 大 ， 但 同时 滤 失 量 略 有 下 降 。 当膨 润土加 量为 4 ． 0 时 ， 基浆 流 变性 、 滤 失量 比较 合理 ， 此时 温度对 基浆性 能 的影响不 大 ， 因此 在 以后 试验 中以 4 ． 0 膨润 土浆 作为基 浆 。 不 同增 黏剂 ， 通过测 其性 能 以评 价增 黏剂 的性能 ， 结 果 见 表 8。 从 表 8可 看 出 ， Z N．卜3在 低 温下 不 但 不起 增 黏 作用 ， 反而使 基浆 的黏度 略有下 降 ， 比较适 合于深 水 钻井 液选用 ； Z NJ _ 2效果 也较理 想 ， 且抗 温性 较好 。 4 ． 2 ． 2降 滤 失 剂 优 选 4 ． 2处理 剂评 价 在 4 ． 0 9 ／ 6 膨润土浆 中分别 加入不 同 的降滤失 4 2 1 增 黏剂优 选 剂 ，通 过测其 性能 ， 以评 价 降滤 失 剂 的 性 能 ， 结 果 见 根据调 研结果 ， 以 4 ． 0 ％膨 润 土浆 为基 浆 ， 加入 表 9 。 表 9降滤 失剂 评 价 试 验 结 果 Ta b l e 9 Ev a l u a t i on r e s u l t s o f f i l t r at i o n c o nt r ol l e r s 从 表 9可 以看 出 ， 树 脂 类 降 滤 失 剂 l1 I s 一 1较 J I S 一 2具有 更 低 的滤 失量 ， 但 实 践 表 明 J I S l 抗 盐 性能 较 J L S 一 2差 ， 因此 在 深水 钻井 液 中可 考虑 使 用 J L S 一 2 ； 褐 煤 类 降滤 失 剂 J I S 一 3 、 J L S 一 4 、 J L S 一 5和 J I S 一 6降滤失效 果相 当 ， 但 J I S 一 3 、 J L S 一 4具有 更 好 的降黏作用 ； 聚合物 降滤失 剂 J L S 一 7 、 J I S 一 8和 J L S 一 9 降滤失 性能 相差不 大 ， 但 对黏 度 的影 响不 同。因此 ， 考虑深 水钻 井液 在低 温 下 易 增 稠 的特 点 ， 首 选 黏度 较 低者 。 4 ． 2 ． 3降 黏 剂 优 选 钻井 液 常用降 黏剂 主要有 分散 型和 聚合物 型两 石 油 钻 探 技 术 类 ， 其 降黏机理 不 同 、 加 量 不 同 ， 对 钻 井 液性 能 的 影 响也 不相 同 ， 分别选 取代 表性 产 品 ， 加入 到 6 ． 0 0A膨 润土浆 中， 通过 测其 性 能 ， 以评 价 降黏 剂 的性 能 ， 结 果 见表 1 0 。 表 1 0降 黏 剂 评价 结果 Ta b l e 1 0 Ev a l u a t i o n r e s n l t s o f t hi nn e r s 由表 1 0可 知 ， 分 散型降 黏剂 J NJ _ 2的降黏效 果 最好 ， J N卜1 次 之 ， 而 J NJ _ 3较 差且对 环境 污染 较 为 严重 ； 聚合物降黏剂 J N J 一 4的降黏效果优于 J NJ _ 5 。 5 深水钻井液体 系及性能评价 5 ． 1深水钻 井 液配方 深水钻 井 时 ， 深水及 浅层 温度较低 ， 但对 于深部 地层 ， 同陆上钻井 一 样 ， 随地层 深 度 增加 温 度 升 高 。 因此 ， 深水 深层钻 井 不 仅要 求 钻井 液 具 有很 好 的低 温流变 性 ， 同时应 具备较 好 的抗 高温 能力 。因此 ， 在 优选处 理剂 的基础 上 ， 优 化设 计 了 2套 深水 钻 井液 配方 ， 分 别适合 于深 水浅部 地层 和深部 地层 的钻进 。 配 方 1 膨润 土浆 可直 接用 海水 ， 黏 度 更低 0 ． 3 Z NJ 一 3 3 ． 0 S D N一 1非 渗 透 降 滤 失 剂 2 5 ． 0 Na C 1 用 N a OH 将 P H 值 调至 9 ； 配 方 2 膨润 土浆 0 ． 3 Z N J 一 2 0 ． 5 J L S 一 7 3 ． 0 J NJ一2 3 ． 0 J L S一2 1 ． 0 J NJ一4 2 5 ． 0 Na C 1 用 Na OH 将 P H 调 值至 9 。 2个 配方深 水钻井 液 的基 本性 能见 表 1 1 。 表 l l 深 水 水 基钻 井 液 基本 性 能 Ta bl e 1 1 Ba s i c pe r f o r ma nc e s o f wa t e r - b a s e d d e e pwa t e r d r i l l i ng flui d s 室 温 0 ℃ 。 * 室 温 1 5 0℃／ 1 6 h老化 0 ℃ 1 5 0℃ ／ 1 6 h老化 1 4 ． 2 1 5 O ℃ ／ 3 ． 5 M P a 1 0 ． 6 1 5 O℃ ／ 3 ． 5 M Pa 从表 l 1 可 看 出 ， 配 方 1钻井 液 黏 度低 ， 流 变 性 好 ， 可直 接排 放 于海 底 ， 适 于深 水 浅层 钻 进 ； 配 方 2 钻 井液低 温 黏 度 低 ， 抗 高 温 能 力 强 ， 高 压 滤 失 量 较 低 ， 适 于深水 深层或储 层钻 进 。 5 ． 2 深 水钻 井液性 能评价 5 ． 2 ． 1 水合 物抑 制性试 验 为防止钻 井过程 中浅 层气进 入钻井 液形成 水合 物 ， 利用水合物抑制性评价试验装置对优选 出的钻 井液 配方进 行 了水 合物抑 制性 能评 价 ， 结果 为 配方 1在 1 5 ． 1 7 MP a ／ 3 ． 8℃ 条 件 下 无 水 合 物 生 成 ， 在 3 O ． 0 0 MP a ／ 2 ． 0℃条件下有水合物生成； 配方 2在 1 5 ． 0 8 MP a ／ 4 ． 0℃ 条 件下 无 水 合 物 生 成 ， 在 3 0 ． O 0 MP a ／ 2 ． 0℃条 件下无 水合 物生成 。 由此可知， 配方 1 、 2对水合物的抑制效果都较 好 ， 能在 1 5 MP a ／ 4 ． 0℃条件 下抑 制水 合物 生成 ， 即 第 3 9卷 第 2期 邱 正 松 等 深 水钻 井液 关键 技 术 研 究 ． 适用 于 1 5 0 0 m 深水 区钻 井作业 。 5 ． 2 ． 2抗 污 染性 试 验 由于 配方 中 已含 有 较 高浓 度 的无 机 盐 ， 因此 只 评 价 了抗膨 润土或 和 劣 质 土 的污 染 性 能 ， 结果 见 表 1 2 。 从 表 1 2可 以看 出 ， 两套 钻井液 配方抗 膨 润土 和 劣土污染 的能 力 都 比较 强 ， 在 分 别 加 入 5 ． 0 的膨 表 l 2钻 井 液 抗 污 染 性 能 评 价 结 果 Ta bl e 1 2 Th e c o n t a m i n at i o n r e s i s t a nc e pe r f or m a nc e o f d e e p wa t e r dr i l l i n g f l u i d 配方 表观黏度／ mP a s 塑性黏度／ mP a s 动切力／ P a AP I 滤失／ mI p H值 1￡4 1 ． 0 2 9 1 2 ． 0 3 ． 2 1 1 _ 0 膨 润 土 4 O ． 5 29 1 ] ． 5 2 ． 6 1 3 ． 0 膨润 土4 7 ． 5 3 0 0 ． 5 8 4 ． 0 1 j ． 0 膨 润 土 3 5 ． 0 2 7 8 ． 0 3 ． 0 1 1 ．0 劣土 47 ． 5 29 1 8 ． 5 3 ． 6 l 5 ． 0 劣土 4 7 ． 5 3 O 1 7 ． 5 3 ． 2 1 1 0 ． 0 劣 土 3 7 ． 5 2 8 9 ． 5 3 ． 2 2 2≈ 1 ． 0 膨 润 土 2 3 ． 0 膨 润 土 2十 5 ． 0 膨 润 土 2 1 ． 0 劣 土 2一5 ． 0 劣 土 2十1 0 ． 0 劣 土 润 土或 和 加 入 1 0 ． 0 0 0 的 劣 质 土 后 ， 钻 井 液 流 变 性 、 滤失性 均变化不 大 。 5 ． 2 ． 3 页 岩 膨 胀 性 试 验 页岩膨胀试 验 是评价钻 井液 抑制 防塌性 能 的主 要 方法 之一 ， 利 用膨 润 土 在模 拟 条件 下 制作 试 验 岩 心 ， 进行 钻井液 抑制 膨胀试 验 ， 结 果见 图 1 。 褂 警 登 采 为 1 0 ． 2 3 5 ， 配方 2钻井 液 浸泡 8 h后 的岩 心膨 胀 率 为 9 ． 9 9 6 ， 由此 可 以说 明两 配 方 钻 井 液 的抑 制 页岩水 化膨胀 效果 较好 。 5 ． 2 ． 4 页岩 回 收 率 试 验 选取 不 同油 田典 型泥 页岩 岩心 屑 进 行分 散 回 收试 验 ， 结 果见 表 l 3 。 由表 1 3可 知 ， 配 方 l钻井液 和配 方 2钻井液 均 可 以使 不 同地层 岩心 屑 的 回收率 大 幅 提 高 ， 说 明 两配方 钻井 液对 不 同泥 页岩 的水 化分散 均有 较好 的 抑 制效果 ， 有利 于井壁稳 定 。 5 ． 2 ． 5 深 水钻 井液环境 可接 受性 评价 深水 钻井 的特殊 环境 要求钻 井液 具有 良好 的环 境可 接受 性 ， 参 照 GB ／ T 1 5 4 4 1 1 9 9 5水 质 急 性 毒 性 的发光 细菌测 定法对 配方 1 钻 井液 和配方 2钻 井 液进行 检测 ， 结果 为 配 方 1钻 井 液 的 E C 。 一 1 7 3 8 mg ／ I ， 配 方 2钻 井 液 的 EC 。 一 1 8 2 8 mg ／ I 。两 配 方 均 为微毒 ， 均具 有较 好 的环 境可 接受性 ， 基本 可满 足 深水 钻井 的环保 要求 。 O O 0 O O O O 9 9 9 9 9 9 9 ∞ 如 石 油 钻 探 技 术 2 0 1 1年 3月 6 结论与建议 1 分 析 了深水 钻井 液 的关键 技术 及其 特殊 性 ， 专 门研制 了深 水 钻 井 液 水 合 物 抑 制 性 评 价 试 验 装 置 、 钻井 液循 环与井 壁 稳 定性 模 拟 系统 以及钻 井 液 低 温基 本性能 试验 装 置 等设 备 ， 为 深水 钻 井液 技 术 研究 奠定 了坚 实 的基 础 。 2 借助新 研制 的模拟 试验 装置 ， 通 过试 验分 析 了膨 润土 含量及 搅 拌速 度 、 常 用 钻井 液 处 理剂 等 影