水基鉆井液體系.

 

  水基鉆井液由于其優(yōu)良的性能和較低的成本,已被廣泛用于深水鉆井作業(yè)中。

 

  在墨西哥灣的深水井和大陸架井已成功應(yīng)用了一種高抑制性水基鉆井液體系,該鉆井液以15%~20%的氯化鈉和海水為基液,以聚丙烯酰胺作為黏土抑制劑,淀粉為降濾失劑,用氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值,重晶石作為加重劑。該鉆井液體系應(yīng)用時(shí)表現(xiàn)出了優(yōu)良的頁巖抑制性,黏度低,易于控制及保持組分。該鉆井液體系與傳統(tǒng)水基鉆井液配合,能從根本上消除一些典型的復(fù)雜問題,如未溶解的聚合物引起的篩堵、聚合物消耗快、抑制性變差等。該鉆井液體系已接近合成基或油基鉆井液的性能[14-15]。

 

  2004年,東墨西哥灣鉆成了兩口創(chuàng)紀(jì)錄超深水井[16]。這兩口井是在墨西哥灣水深大于2 13316 m下所鉆的最快的井,使用了高性能水基鉆井液(WBM)來鉆中間井段。該鉆井液具有與合成基鉆井液(SBM)相媲美的性能,其優(yōu)勢(shì)是允許在這種環(huán)境敏感性近海區(qū)域處理巖屑。由于不用把巖屑帶到海岸進(jìn)行處理,因而節(jié)省了大量的費(fèi)用。其還具有下套管和注水泥時(shí)不會(huì)出現(xiàn)漏失及更容易進(jìn)行置換的優(yōu)點(diǎn)。該鉆井液可以儲(chǔ)存起來重復(fù)應(yīng)用,可以稱為SBM巖屑/零排放0。使用高性能的WBM避免了每口井大約318 m3巖屑的運(yùn)輸和處理,避免了下套管和注水泥時(shí)鉆井液的漏失,從而降低了成本。

 

  在墨西哥灣深水區(qū)域1 503 m的開發(fā)井中,曾試驗(yàn)用一種新研制的高性能水基鉆井液(HP-WBM)[17]。該鉆井液的目標(biāo)是達(dá)到與合成基鉆井液(SBM)體系相近的鉆井效果,并達(dá)到美國環(huán)保法規(guī)的要求。應(yīng)用該鉆井液的鉆井及下套管過程均很順利。完井期間,當(dāng)鹽水濁度降至20 NTU時(shí),鹽水濾失長達(dá)1015 h。這與鄰井中使用SBM體系所需的時(shí)間相類似,在2015 h的濾失時(shí)間后鹽水的清潔度達(dá)到49 NTU。這表明采用HPWBM體系比用SBM體系縮短了10 h安裝時(shí)間,節(jié)省了100 000美元。鉆井承包商還節(jié)省了使用SBM體系時(shí)用于安裝相關(guān)設(shè)備所需的50 000美元。人們?cè)A(yù)計(jì)該井的產(chǎn)量不理想,但套管射孔投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)該井是深水油田產(chǎn)量最高的油井之一。

 

  針對(duì)墨西哥灣地區(qū)普遍存在的與泥巖活化度高有關(guān)的鉆井復(fù)雜情況不斷增多的現(xiàn)象,人們開發(fā)了第二代CaCl2/聚合物鉆井液[18]。它是在第一代CaCl2鉆井液的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改性,用一種高分子量的聚合物包被劑替代原有的聚合物,并加入不受固相濃度影響的、特制低分子量的羥乙基纖維素控制濾失量。該鉆井液體系在墨西哥灣地區(qū)的深水鉆井中得到成功應(yīng)用。該鉆井液體系克服了第一代CaCl2鉆井液糊振動(dòng)篩的缺點(diǎn),沒有出現(xiàn)跑漏鉆井液現(xiàn)象;井下工具和井下劃眼鉆具處沒有出現(xiàn)泥包現(xiàn)象及相關(guān)問題。

 

  王 松等:國外深水鉆井液技術(shù)進(jìn)展挪威是從事海洋深水鉆井較早的國家之一。文獻(xiàn)[19]報(bào)道了挪威深水水基鉆井液設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)例。該井所處海域水深837 m,海底溫度-215e,所使用的鉆井液需要有較好的水合物抑制性、頁巖抑制性,并能穩(wěn)定井壁,避免鉆頭泥包。作業(yè)者用NaCl、KCl和聚烯醇(PAG)和乙二醇單體的混合物作為水合物抑制劑,加量極少即可獲得很好的水化抑制效果,且能夠抑制任何水合物的形成;用低黏聚陰離子纖維素PAC和淀粉以1B2的比例配成降濾失劑和增黏劑控制鉆井液的濾失量和流變性能;用精細(xì)加工的生物聚合物輔助懸浮鉆屑;用具有濁點(diǎn)效應(yīng)的一種聚烯醇(加量為3%~4%)來改善泥餅質(zhì)量,從而改善濾失性能。

 

  硅酸鹽鉆井液主要以較好的黏土和頁巖穩(wěn)定性及環(huán)境可接受性,而成為油基鉆井液和合成基鉆井液的替代物。與其他鉆井液相比,它降低了化學(xué)藥品的消耗量,也降低了成本。可溶性硅酸鹽/聚乙二醇鉆井液還具有穩(wěn)定性好、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

 

  最新的硅酸鹽聚合物鉆井液體系一般包含5%~15%(體積分?jǐn)?shù))的可溶性硅酸鹽產(chǎn)品,其通式是M2O#xSiO2,M如果是Na,它就是硅酸鈉,如果是K就代表硅酸鉀,x代表模數(shù)比。硅酸鹽的穩(wěn)定溶液在pH值較高時(shí)(特別是1015~1215),經(jīng)常包含大量不同的分子類型,從單體到低聚物。低聚物如遇到Ca2+和Mg2+等高價(jià)離子會(huì)迅速沉淀,當(dāng)pH值降低就會(huì)形成三維凝膠結(jié)構(gòu)。

 

  甲基葡萄糖甙鉆井液[24-26]是20世紀(jì)90年代提出的一種新型水基鉆井液體系,由于在防塌機(jī)理及常規(guī)鉆井液性能方面類似于油基鉆井液,又稱仿油基鉆井液體系。大量的室內(nèi)研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明,甲基葡萄糖甙鉆井液能有效抑制泥頁巖水化膨脹,維持井眼穩(wěn)定,保護(hù)油氣層,同時(shí)還具有良好的潤滑性能、抗污染能力和高溫穩(wěn)定性,并且無毒、易生物降解、對(duì)環(huán)境影響極小。在環(huán)保要求嚴(yán)格的海洋鉆井中,國外已成功在大斜度井和水平井中使用了甲基葡萄糖甙鉆井液體系。

 

  合成基鉆井液體系.

 

  合成基鉆井液是國外深水區(qū)域常用的鉆井液體系之一,對(duì)這方面的研究也較多[27-29]。

 

  合成基鉆井液已被墨西哥灣的許多承包商使用[30]。因線型烷烴沒有足夠的生物降解性,且具有一定的生物毒性,之前用于墨西哥灣的未摻合的線型烷烴和線型A烯烴不能再用了。出于對(duì)技術(shù)需求、成本和環(huán)境效應(yīng)的考慮,大部分鉆井液公司使用烷烴、烯烴和酯的混合物。酯/烯烴混合物是合成基鉆井液中最常用的基液。到目前為止,酯/烯烴混合物為基液的合成基鉆井液已在70余口井進(jìn)行了應(yīng)用,該鉆井液已用于水深超過2 43814 m的井中和大陸架地層溫度超過17617e的區(qū)域。

 

  在墨西哥海灣深水地區(qū)的小井眼側(cè)鉆超深井中,成功應(yīng)用了合成基鉆井液[1]。在進(jìn)行深水鉆井時(shí),最初選用了鹽水/淀粉/聚合醇水基鉆井液,由于井下條件惡化,發(fā)生了壓差卡鉆,因此選用了合成基鉆井液,順利完井。合成基鉆井液的綜合性能優(yōu)于水基鉆井液和油包水鉆井液。實(shí)踐證明,使用合成基鉆井液可以減少事故發(fā)生的概率。1996)1997年期間,阿莫克公司的深水鉆井史上,使用合成基鉆井液處理鉆井事故時(shí)間縮短69%,大大減少了鉆井周期。盡管與水基鉆井液相比,合成基鉆井液成本高,但是綜合計(jì)算后,鉆井綜合成本降低55%,鉆速提高達(dá)70%。但其環(huán)境影響問題仍需進(jìn)一步研究。

 

  2002年4)11月,馬來西亞在其沙巴海岸應(yīng)用合成基鉆井液[31]鉆了5口超深水井,水深為1 305~1 876 m。所有井使用了同樣的鉆井程序,并都達(dá)到了預(yù)期深度。這5口井的成本都在預(yù)算范圍內(nèi),泥線下平均鉆速約為88 m/d,已接近墨西哥灣的鉆速。

 

  文獻(xiàn)[32]介紹了一種新型合成基鉆井液體系的首次現(xiàn)場應(yīng)用情況。該體系含有IO和酯,無黏土,符合EPA(美國環(huán)保局)標(biāo)準(zhǔn),首次在水深1 21912m、井深4 57210 m的墨西哥灣深井中使用,井底鉆井液密度為11524 kg/L,低溫下黏度降低,超出40~120e溫度范圍時(shí)流變性保持穩(wěn)定,且比其他合成基鉆井液易于控制。雖然其成本比常用的IOS-BF貴20美元/桶,但綜合考慮,成本相差不大。

 

  據(jù)文獻(xiàn)[33]報(bào)道,墨西哥灣的Alaminos峽谷鉆了一口水深創(chuàng)世界紀(jì)錄的深水井。該井水深為3 051 m,鉆深6 917 m,中下層井段選用了一種環(huán)境可接受的專用合成基鉆井液。該鉆井液由環(huán)境可接受的合成基液、有機(jī)土、CaCl2、乳化劑和橋堵劑組成,各組分根據(jù)不同井段的要求加量不同。該鉆井液性能良好,可接受地層流體侵入,易于維護(hù)處理。

 

  該井提前完鉆,大大降低了鉆井成本,達(dá)到了預(yù)期效果。