国外深水钻井常用的钻井液体系

  水基钻井液体系.

 

  水基钻井液由于其优良的性能和较低的成本,已被广泛用于深水钻井作业中。

 

  在墨西哥湾的深水井和大陆架井已成功应用了一种高抑制性水基钻井液体系,该钻井液以15%~20%的氯化钠和海水为基液,以聚丙烯酰胺作为黏土抑制剂,淀粉为降滤失剂,用氢氧化钾调节pH值,重晶石作为加重剂。该钻井液体系应用时表现出了优良的页岩抑制性,黏度低,易于控制及保持组分。该钻井液体系与传统水基钻井液配合,能从根本上消除一些典型的复杂问题,如未溶解的聚合物引起的筛堵、聚合物消耗快、抑制性变差等。该钻井液体系已接近合成基或油基钻井液的性能[14-15]。

 

  2004年,东墨西哥湾钻成了两口创纪录超深水井[16]。这两口井是在墨西哥湾水深大于2 13316 m下所钻的最快的井,使用了高性能水基钻井液(WBM)来钻中间井段。该钻井液具有与合成基钻井液(SBM)相媲美的性能,其优势是允许在这种环境敏感性近海区域处理岩屑。由于不用把岩屑带到海岸进行处理,因而节省了大量的费用。其还具有下套管和注水泥时不会出现漏失及更容易进行置换的优点。该钻井液可以储存起来重复应用,可以称为SBM岩屑/零排放0。使用高性能的WBM避免了每口井大约318 m3岩屑的运输和处理,避免了下套管和注水泥时钻井液的漏失,从而降低了成本。

 

  在墨西哥湾深水区域1 503 m的开发井中,曾试验用一种新研制的高性能水基钻井液(HP-WBM)[17]。该钻井液的目标是达到与合成基钻井液(SBM)体系相近的钻井效果,并达到美国环保法规的要求。应用该钻井液的钻井及下套管过程均很顺利。完井期间,当盐水浊度降至20 NTU时,盐水滤失长达1015 h。这与邻井中使用SBM体系所需的时间相类似,在2015 h的滤失时间后盐水的清洁度达到49 NTU。这表明采用HPWBM体系比用SBM体系缩短了10 h安装时间,节省了100 000美元。钻井承包商还节省了使用SBM体系时用于安装相关设备所需的50 000美元。人们曾预计该井的产量不理想,但套管射孔投产后发现该井是深水油田产量最高的油井之一。

 

  针对墨西哥湾地区普遍存在的与泥岩活化度高有关的钻井复杂情况不断增多的现象,人们开发了第二代CaCl2/聚合物钻井液[18]。它是在第一代CaCl2钻井液的基础上进行了改性,用一种高分子量的聚合物包被剂替代原有的聚合物,并加入不受固相浓度影响的、特制低分子量的羟乙基纤维素控制滤失量。该钻井液体系在墨西哥湾地区的深水钻井中得到成功应用。该钻井液体系克服了第一代CaCl2钻井液糊振动筛的缺点,没有出现跑漏钻井液现象;井下工具和井下划眼钻具处没有出现泥包现象及相关问题。

 

  王 松等:国外深水钻井液技术进展挪威是从事海洋深水钻井较早的国家之一。文献[19]报道了挪威深水水基钻井液设计的一个实例。该井所处海域水深837 m,海底温度-215e,所使用的钻井液需要有较好的水合物抑制性、页岩抑制性,并能稳定井壁,避免钻头泥包。作业者用NaCl、KCl和聚烯醇(PAG)和乙二醇单体的混合物作为水合物抑制剂,加量极少即可获得很好的水化抑制效果,且能够抑制任何水合物的形成;用低黏聚阴离子纤维素PAC和淀粉以1B2的比例配成降滤失剂和增黏剂控制钻井液的滤失量和流变性能;用精细加工的生物聚合物辅助悬浮钻屑;用具有浊点效应的一种聚烯醇(加量为3%~4%)来改善泥饼质量,从而改善滤失性能。

 

  硅酸盐钻井液主要以较好的黏土和页岩稳定性及环境可接受性,而成为油基钻井液和合成基钻井液的替代物。与其他钻井液相比,它降低了化学药品的消耗量,也降低了成本。可溶性硅酸盐/聚乙二醇钻井液还具有稳定性好、应用范围广等优点。

 

  最新的硅酸盐聚合物钻井液体系一般包含5%~15%(体积分数)的可溶性硅酸盐产品,其通式是M2O#xSiO2,M如果是Na,它就是硅酸钠,如果是K就代表硅酸钾,x代表模数比。硅酸盐的稳定溶液在pH值较高时(特别是1015~1215),经常包含大量不同的分子类型,从单体到低聚物。低聚物如遇到Ca2+和Mg2+等高价离子会迅速沉淀,当pH值降低就会形成三维凝胶结构。

 

  甲基葡萄糖甙钻井液[24-26]是20世纪90年代提出的一种新型水基钻井液体系,由于在防塌机理及常规钻井液性能方面类似于油基钻井液,又称仿油基钻井液体系。大量的室内研究和生产实践证明,甲基葡萄糖甙钻井液能有效抑制泥页岩水化膨胀,维持井眼稳定,保护油气层,同时还具有良好的润滑性能、抗污染能力和高温稳定性,并且无毒、易生物降解、对环境影响极小。在环保要求严格的海洋钻井中,国外已成功在大斜度井和水平井中使用了甲基葡萄糖甙钻井液体系。

 

  合成基钻井液体系.

 

  合成基钻井液是国外深水区域常用的钻井液体系之一,对这方面的研究也较多[27-29]。

 

  合成基钻井液已被墨西哥湾的许多承包商使用[30]。因线型烷烃没有足够的生物降解性,且具有一定的生物毒性,之前用于墨西哥湾的未掺合的线型烷烃和线型A烯烃不能再用了。出于对技术需求、成本和环境效应的考虑,大部分钻井液公司使用烷烃、烯烃和酯的混合物。酯/烯烃混合物是合成基钻井液中最常用的基液。到目前为止,酯/烯烃混合物为基液的合成基钻井液已在70余口井进行了应用,该钻井液已用于水深超过2 43814 m的井中和大陆架地层温度超过17617e的区域。

 

  在墨西哥海湾深水地区的小井眼侧钻超深井中,成功应用了合成基钻井液[1]。在进行深水钻井时,最初选用了盐水/淀粉/聚合醇水基钻井液,由于井下条件恶化,发生了压差卡钻,因此选用了合成基钻井液,顺利完井。合成基钻井液的综合性能优于水基钻井液和油包水钻井液。实践证明,使用合成基钻井液可以减少事故发生的概率。1996)1997年期间,阿莫克公司的深水钻井史上,使用合成基钻井液处理钻井事故时间缩短69%,大大减少了钻井周期。尽管与水基钻井液相比,合成基钻井液成本高,但是综合计算后,钻井综合成本降低55%,钻速提高达70%。但其环境影响问题仍需进一步研究。

 

  2002年4)11月,马来西亚在其沙巴海岸应用合成基钻井液[31]钻了5口超深水井,水深为1 305~1 876 m。所有井使用了同样的钻井程序,并都达到了预期深度。这5口井的成本都在预算范围内,泥线下平均钻速约为88 m/d,已接近墨西哥湾的钻速。

 

  文献[32]介绍了一种新型合成基钻井液体系的首次现场应用情况。该体系含有IO和酯,无黏土,符合EPA(美国环保局)标准,首次在水深1 21912m、井深4 57210 m的墨西哥湾深井中使用,井底钻井液密度为11524 kg/L,低温下黏度降低,超出40~120e温度范围时流变性保持稳定,且比其他合成基钻井液易于控制。虽然其成本比常用的IOS-BF贵20美元/桶,但综合考虑,成本相差不大。

 

  据文献[33]报道,墨西哥湾的Alaminos峡谷钻了一口水深创世界纪录的深水井。该井水深为3 051 m,钻深6 917 m,中下层井段选用了一种环境可接受的专用合成基钻井液。该钻井液由环境可接受的合成基液、有机土、CaCl2、乳化剂和桥堵剂组成,各组分根据不同井段的要求加量不同。该钻井液性能良好,可接受地层流体侵入,易于维护处理。

 

  该井提前完钻,大大降低了钻井成本,达到了预期效果。