高溫高密度油基鉆井液體系的研究與應(yīng)用

王洪偉,王 薦,許 均,柏富友,肖 斌,向興金,蔣 卓

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油化事業(yè)部,天津300452;2.荊州市漢科新技術(shù)研究所,湖北荊州434000; 3.中國石油西部鉆探工程公司,新疆烏魯木齊830011)

高溫高密度油基鉆井液體系的研究與應(yīng)用

王洪偉1,王 薦2,許 均3,柏富友3,肖 斌3,向興金2,蔣 卓2

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油化事業(yè)部,天津300452;2.荊州市漢科新技術(shù)研究所,湖北荊州434000; 3.中國石油西部鉆探工程公司,新疆烏魯木齊830011)

對高溫深井而言,油基鉆井液是其鉆探成敗的關(guān)鍵。室內(nèi)開發(fā)了一套高溫高密度油基鉆井液體系,抗高溫能力在220℃以上,鉆井液密度可以加重到2.5 g·cm-3。室內(nèi)評價表明,該高溫高密度油基鉆井液體系的流變性好且可調(diào)、電穩(wěn)定性強(qiáng)、抗高溫能力強(qiáng),可滿足現(xiàn)場高溫高壓井的作業(yè)要求。

高溫高密度油基鉆井液;性能評價;高溫高壓

高溫深井鉆井是鉆井發(fā)展的重要方向之一。目前,鉆井工具及設(shè)備都已具備抗高溫高壓的能力,而抗高溫的鉆井液體系仍是鉆高溫深井的技術(shù)難題。根據(jù)國內(nèi)外高溫深井的作業(yè)情況來看,鉆井液性能的好壞對高溫深井的鉆探成敗具有非常重要的影響[1],因此研制抗高溫高密度的油基鉆井液體系十分必要。作者室內(nèi)開發(fā)了一套高溫高密度油基鉆井液體系,并對其進(jìn)行了室內(nèi)評價。

1 高溫高密度油基鉆井液基礎(chǔ)配方

室內(nèi)進(jìn)行了大量鉆井液配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn),優(yōu)選高溫高密度油基鉆井液體系的基礎(chǔ)配方為:柴油/白油/氣制油∶35%CaCl2溶液=90∶10+2%主乳化劑MOEMUL-1+1%輔助乳化劑MOCOAT-1+2%潤濕劑MOWET-1+3%有機(jī)土+3%降濾失劑MOTEX+ 2%封堵劑MORLF+2%CaO,重晶石加重。

2 高溫高密度油基鉆井液的性能評價

為了使優(yōu)選的高溫高密度油基鉆井液體系能夠滿足高溫深井的鉆井要求,室內(nèi)對其進(jìn)行了全面的性能評價實(shí)驗(yàn),分別評價了體系在不同條件下的流變性、濾失造壁性以及破乳電壓等。

2.1 高溫高密度油基鉆井液在不同密度下的性能

高溫高密度油基鉆井液體系采用基礎(chǔ)配方(油相為柴油),用重晶石加重,測試不同密度下體系的性能,結(jié)果見表1。

潤濕反轉(zhuǎn)劑可以將親水性的固相顆粒表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性,還可以有效防止加重材料和劣質(zhì)固相進(jìn)入鉆井液體系后造成的性能失穩(wěn)[2]。由表1可知,油基鉆井液在高溫下通過潤濕劑和乳化劑有效地潤濕加重材料,可配制出密度2.0～2.5 g·cm-3的高溫高密度油基鉆井液體系,并具有較好的流變性和乳化穩(wěn)定性、較低的濾失量,滿足高溫深井的鉆探需要。

2.2 高溫高密度油基鉆井液的抗溫能力

室內(nèi)對高溫高密度油基鉆井液體系進(jìn)行了不同溫度老化后的性能評價,體系采用基礎(chǔ)配方(油相為柴油),用重晶石加重到2.3 g·cm-3,結(jié)果見表2。

由表2可知,該高溫高密度油基鉆井液體系具有良好的抗溫能力,在160～220℃范圍內(nèi)老化后,體系的塑性粘度低,高溫高壓濾失量低,電穩(wěn)定性高,表現(xiàn)出了良好的抗溫性能。

2.3 不同油相配制的高溫高密度油基鉆井液的性能

用不同油相配制高溫高密度油基鉆井液體系并考察其性能,體系采用基礎(chǔ)配方,用重晶石加重到2.3 g ·cm-3,結(jié)果見表3。

由表3可知,高溫高密度油基鉆井液可以根據(jù)設(shè)計情況以柴油、白油、氣制油等不同油相配制,形成柴油基鉆井液、低毒性礦物油鉆井液、氣制油合成基鉆井液,從而適應(yīng)陸上、海上對油基鉆井液的不同環(huán)保要求。

表1 不同密度下高溫油基鉆井液體系的性能Tab.1 Performance of high temperature oil-based drilling fluid at different densities

表2 高溫高密度油基鉆井液體系的抗溫能力Tab.2 Temperature-resistant ability of high temperature and high density oil-based drilling fluid

表3 不同油相下高溫高密度油基鉆井液體系的性能Tab.3 Performance of high temperature and high density oil-base drilling fluid at different oil phases

2.4 不同油水比下高溫高密度油基鉆井液的性能

室內(nèi)評價了不同油水比條件下高溫高密度油基鉆井液體系的性能,采用基礎(chǔ)配方(油相為柴油),用重晶石加重到2.0 g·cm-3,結(jié)果見表4。

高溫高密度油基鉆井液的油水比對鉆井液的流變性和乳化穩(wěn)定性的影響較大,水相的比例越高,越不利于乳狀液的穩(wěn)定性。由表4可知,體系在(95∶5)～(80∶20)的油水比下具有較好的工程性能。

3 高溫高密度油基鉆井液現(xiàn)場應(yīng)用

南海鶯瓊盆地是我國高溫高壓并存的區(qū)域之一,該地區(qū)已鉆井井底溫度普遍在200℃以上。地層壓力系數(shù)高,要求鉆井液密度在2.0 g·cm-3以上,而且井下情況復(fù)雜,鉆井過程中經(jīng)常發(fā)生卡鉆事故。鶯瓊盆地寶島19-2-2井是一口典型的高溫高壓井,實(shí)際完鉆的井深5300 m,完井電測井下最高溫度為213℃,井底壓力實(shí)測為85 MPa。室內(nèi)研究的高溫高密度油基鉆井液體系在該井進(jìn)行了成功應(yīng)用,實(shí)際作業(yè)時間長達(dá)110 d,即使在鉆井過程中發(fā)生了一次水侵的極端條件下,也沒有出現(xiàn)井壁失穩(wěn)的現(xiàn)象。該井起下鉆30多趟,電測2 d,均沒有出現(xiàn)遇阻情況,起下鉆及下套管過程安全、暢通,沒有發(fā)生任何復(fù)雜情況。

表4 不同油水比下高溫高密度油基鉆井液性能Tab.4 Performance of high temperature and high density oil-based drilling fluid at different oil-water ratios

4 結(jié)論

(1)開發(fā)了一套高溫高密度油基鉆井液體系,抗溫能力達(dá)到220℃,密度可加重至2.5 g·cm-3,同時具有較好的乳化穩(wěn)定性和較低的濾失量。

(2)可以配制不同油相(柴油、白油和氣制油)、不同密度和不同油水比、抗不同溫度的高溫高密度油基鉆井液體系,從而使油基鉆井液的配制與維護(hù)更加方便。

(3)高溫高密度油基鉆井液在南海西部高溫高壓井成功應(yīng)用表明,該鉆井液性能穩(wěn)定,井下安全,沒有出現(xiàn)井壁坍塌等復(fù)雜情況。

[1] 周輝,郭保雨,江智君.深井抗高溫鉆井液體系的研究與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2005,22(4):46-48.

[2] Kim B,Joannah E,John H.New low viscosity ester is suitable for drilling fluids in deepwater applications[J].SPE 66 553,2001.

Research and Application of High Temperature and High Density Oil-Based Drilling Fluid

WANG Hong-wei1,WANG Jian2,XU Jun3,BAI Fu-you3,XIAO Bin3, XIANG Xing-jin2,JIANG Zhuo2
(1.Oil Chemistry Department,China Oilfield Services Limited,Tianjin 300452,China; 2.Jingzhou HANC New-Tech Research Institute,Jingzhou 434000,China; 3.China Petroleum Western Drilling Engineering Company,Urumqi 830011,China)

For drilling high temperature and high pressure wells,oil-based drilling fluid is still the most important means.A high temperature and high density oil-based drilling fluid system was indoor developed,which had ability to resist temperature above 220℃with density more than 2.5 g·cm-3,also had good emulsion stability and low fluid loss.The laboratory evaluation showed that the high temperature and high density oil-based drilling fluid possessed good and adjustable rheology,high electrical stability and high resistance to high temperature,which could meet site operational requirements of high temperature and high pressure wells.

high temperature and high density oil-based drilling fluid;performance evaluation;high temperature and high pressure

TE 254.6

A

1672-5425(2013)11-0060-03

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.11.015

2013-08-11

王洪偉(1978-),男,重慶人,工程師,主要從事鉆完井液現(xiàn)場服務(wù)的技術(shù)指導(dǎo)與支持工作,E-mail:wanghw@cosl.com. cn。