水基鉆井液體系.

 

  水基鉆井液由于其優良的性能和較低的成本,已被廣泛用于深水鉆井作業中。

 

  在墨西哥灣的深水井和大陸架井已成功應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,用氫氧化鉀調節pH值,重晶石作為加重劑。該鉆井液體系應用時表現出了優良的頁巖抑制性,黏度低,易于控制及保持組分。該鉆井液體系與傳統水基鉆井液配合,能從根本上消除一些典型的復雜問題,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紀錄超深水井[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,其優勢是允許在這種環境敏感性近海區域處理巖屑。由于不用把巖屑帶到海岸進行處理,因而節省了大量的費用。其還具有下套管和注水泥時不會出現漏失及更容易進行置換的優點。該鉆井液可以儲存起來重復應用,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巖屑的運輸和處理,避免了下套管和注水泥時鉆井液的漏失,從而降低了成本。

 

  在墨西哥灣深水區域1 503 m的開發井中,曾試驗用一種新研制的高性能水基鉆井液(HP-WBM)[17]。該鉆井液的目標是達到與合成基鉆井液(SBM)體系相近的鉆井效果,并達到美國環保法規的要求。應用該鉆井液的鉆井及下套管過程均很順利。完井期間,當鹽水濁度降至20 NTU時,鹽水濾失長達1015 h。這與鄰井中使用SBM體系所需的時間相類似,在2015 h的濾失時間后鹽水的清潔度達到49 NTU。這表明采用HPWBM體系比用SBM體系縮短了10 h安裝時間,節省了100 000美元。鉆井承包商還節省了使用SBM體系時用于安裝相關設備所需的50 000美元。人們曾預計該井的產量不理想,但套管射孔投產后發現該井是深水油田產量最高的油井之一。

 

  針對墨西哥灣地區普遍存在的與泥巖活化度高有關的鉆井復雜情況不斷增多的現象,人們開發了第二代CaCl2/聚合物鉆井液[18]。它是在第一代CaCl2鉆井液的基礎上進行了改性,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的深水鉆井中得到成功應用。該鉆井液體系克服了第一代CaCl2鉆井液糊振動篩的缺點,沒有出現跑漏鉆井液現象;井下工具和井下劃眼鉆具處沒有出現泥包現象及相關問題。

 

  王 松等:國外深水鉆井液技術進展挪威是從事海洋深水鉆井較早的國家之一。文獻[19]報道了挪威深水水基鉆井液設計的一個實例。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,并能穩定井壁,避免鉆頭泥包。作業者用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;用精細加工的生物聚合物輔助懸浮鉆屑;用具有濁點效應的一種聚烯醇(加量為3%~4%)來改善泥餅質量,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定性及環境可接受性,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定性好、應用范圍廣等優點。

 

  最新的硅酸鹽聚合物鉆井液體系一般包含5%~15%(體積分數)的可溶性硅酸鹽產品,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代表模數比。硅酸鹽的穩定溶液在pH值較高時(特別是1015~1215),經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+等高價離子會迅速沉淀,當pH值降低就會形成三維凝膠結構。

 

  甲基葡萄糖甙鉆井液[24-26]是20世紀90年代提出的一種新型水基鉆井液體系,由于在防塌機理及常規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。大量的室內研究和生產實踐證明,甲基葡萄糖甙鉆井液能有效抑制泥頁巖水化膨脹,維持井眼穩定,保護油氣層,同時還具有良好的潤滑性能、抗污染能力和高溫穩定性,并且無毒、易生物降解、對環境影響極小。在環保要求嚴格的海洋鉆井中,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域常用的鉆井液體系之一,對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。出于對技術需求、成本和環境效應的考慮,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余口井進行了應用,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的區域。

 

  在墨西哥海灣深水地區的小井眼側鉆超深井中,成功應用了合成基鉆井液[1]。在進行深水鉆井時,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于水基鉆井液和油包水鉆井液。實踐證明,使用合成基鉆井液可以減少事故發生的概率。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,但是綜合計算后,鉆井綜合成本降低55%,鉆速提高達70%。但其環境影響問題仍需進一步研究。

 

  2002年4)11月,馬來西亞在其沙巴海岸應用合成基鉆井液[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,并都達到了預期深度。這5口井的成本都在預算范圍內,泥線下平均鉆速約為88 m/d,已接近墨西哥灣的鉆速。

 

  文獻[32]介紹了一種新型合成基鉆井液體系的首次現場應用情況。該體系含有IO和酯,無黏土,符合EPA(美國環保局)標準,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溫度范圍時流變性保持穩定,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。

 

  據文獻[33]報道,墨西哥灣的Alaminos峽谷鉆了一口水深創世界紀錄的深水井。該井水深為3 051 m,鉆深6 917 m,中下層井段選用了一種環境可接受的專用合成基鉆井液。該鉆井液由環境可接受的合成基液、有機土、CaCl2、乳化劑和橋堵劑組成,各組分根據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,易于維護處理。

 

  該井提前完鉆,大大降低了鉆井成本,達到了預期效果。