深水恒流变合成基钻井液体系及流变性研究

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通常把钻井水域水深超过300m的钻井称为深水钻井,水深大于1500m时为超深水钻井。近年来,随着海洋石油工业的不断发展和开采量的逐年增加,海洋石油勘探已逐渐向深水进军。然而深水钻井时温度变化明显,钻井液的流变性受温度的影响很大,特别是动切力和低剪切速率下的粘度难以控制,由此引发的井漏、当量循环密度(ECD)高,压力控制难等一系列问题正在成为深水钻井所面临的挑战。合成基钻井液(SBM)以其机械钻速高、井壁稳定性好等特点已成为海上油气钻探的常用钻井液体系,但该钻井液的粘度、切力受温度的影响比较明显,因而容易发生井漏,特别在钻井液长时间静置的情况下更严重。为了解决该技术难题,近年来国外首先研制出一类新型的具有恒流变特性的合成基钻井液fCR—SBM),其流变性,特别是动切力、静切力和低剪切速率下的粘度等参数基本上不受温度压力的影响。具有恒流变特性的合成基钻井液(CR-SBM,又名平流变特性合成基钻井液,FR_-SBM)是在传统合成基钻井液的基础上通过处理剂的优化和改性发展起来的一种适合深水钻井的新型钻井液体系。
  本文通过广泛查阅国内外现有恒流变合成基钻井液文献,研究了以下几个方面的问题:
  第一,研究使用工业产品配制气制油合成基钻井液的可能性,选择能用于合成基钻井液的各种处理剂工业产品,特别是选取了性能优良的高效有机土,对气制油合成基钻井液的各种性能指标进行研究,详细讨论了气制油和各种处理剂的作用机理,合成基钻井液流变性、触变性和滤失性,及其在井下条件的流变性变化规律,总结出了合成基钻井液性能调控技术和方法。
  第二,合成基钻井液因为本身粘度较低,老化后其流变参数均下降,常存在携屑问题和重晶石沉降问题,为了解决这些问题,本文提出采用流型改进剂来改善抗温能力和达到增粘效果,在合成基钻井液中加入流型改进剂,对于常温下钻井液粘度几乎没有影响,但是能提高钻井液在高温下的粘度,有利于解决合成基钻井液的携屑问题和重晶石沉降问题。
  第三,温度和压力对合成基钻井液流变性的影响非常明显,本文通过测定其低温高压流变性,研究了温度和压力对于气制油合成基钻井液的流变性能影响,并选择了适当的模型对其进行数学拟合,获得了能够反映其低温高压流变性规律的方程。
  第四,在应用中经常出现普通合成基钻井液会引起井壁坍塌和循环漏失等井下复杂情况,本文选择了较为简单的计算ECD模型,对于气制油合成基钻井液的ECD进行了计算。结果表明在环空层流条件下钻井液的动切力(YP)对ECD的影响大于塑性粘度(PV)对ECD的影响。恒流变合成基钻井液由于YP的值基本不受温度和压力的影响,所用相比使用普通合成基钻井液更能有效降低钻井液ECD,减小由于ECD的波动所引起的循环漏失。
  
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