高温高密度油基钻井液体系的研究与应用

王洪伟,王 荐,许 均,柏富友,肖 斌,向兴金,蒋 卓

(1.中海油田服务股份有限公司油化事业部,天津300452;2.荆州市汉科新技术研究所,湖北荆州434000; 3.中国石油西部钻探工程公司,新疆乌鲁木齐830011)

高温高密度油基钻井液体系的研究与应用

王洪伟1,王 荐2,许 均3,柏富友3,肖 斌3,向兴金2,蒋 卓2

(1.中海油田服务股份有限公司油化事业部,天津300452;2.荆州市汉科新技术研究所,湖北荆州434000; 3.中国石油西部钻探工程公司,新疆乌鲁木齐830011)

对高温深井而言,油基钻井液是其钻探成败的关键。室内开发了一套高温高密度油基钻井液体系,抗高温能力在220℃以上,钻井液密度可以加重到2.5 g·cm-3。室内评价表明,该高温高密度油基钻井液体系的流变性好且可调、电稳定性强、抗高温能力强,可满足现场高温高压井的作业要求。

高温高密度油基钻井液;性能评价;高温高压

高温深井钻井是钻井发展的重要方向之一。目前,钻井工具及设备都已具备抗高温高压的能力,而抗高温的钻井液体系仍是钻高温深井的技术难题。根据国内外高温深井的作业情况来看,钻井液性能的好坏对高温深井的钻探成败具有非常重要的影响[1],因此研制抗高温高密度的油基钻井液体系十分必要。作者室内开发了一套高温高密度油基钻井液体系,并对其进行了室内评价。

1 高温高密度油基钻井液基础配方

室内进行了大量钻井液配方优化实验,优选高温高密度油基钻井液体系的基础配方为:柴油/白油/气制油∶35%CaCl2溶液=90∶10+2%主乳化剂MOEMUL-1+1%辅助乳化剂MOCOAT-1+2%润湿剂MOWET-1+3%有机土+3%降滤失剂MOTEX+ 2%封堵剂MORLF+2%CaO,重晶石加重。

2 高温高密度油基钻井液的性能评价

为了使优选的高温高密度油基钻井液体系能够满足高温深井的钻井要求,室内对其进行了全面的性能评价实验,分别评价了体系在不同条件下的流变性、滤失造壁性以及破乳电压等。

2.1 高温高密度油基钻井液在不同密度下的性能

高温高密度油基钻井液体系采用基础配方(油相为柴油),用重晶石加重,测试不同密度下体系的性能,结果见表1。

润湿反转剂可以将亲水性的固相颗粒表面转变为亲油性,还可以有效防止加重材料和劣质固相进入钻井液体系后造成的性能失稳[2]。由表1可知,油基钻井液在高温下通过润湿剂和乳化剂有效地润湿加重材料,可配制出密度2.0～2.5 g·cm-3的高温高密度油基钻井液体系,并具有较好的流变性和乳化稳定性、较低的滤失量,满足高温深井的钻探需要。

2.2 高温高密度油基钻井液的抗温能力

室内对高温高密度油基钻井液体系进行了不同温度老化后的性能评价,体系采用基础配方(油相为柴油),用重晶石加重到2.3 g·cm-3,结果见表2。

由表2可知,该高温高密度油基钻井液体系具有良好的抗温能力,在160～220℃范围内老化后,体系的塑性粘度低,高温高压滤失量低,电稳定性高,表现出了良好的抗温性能。

2.3 不同油相配制的高温高密度油基钻井液的性能

用不同油相配制高温高密度油基钻井液体系并考察其性能,体系采用基础配方,用重晶石加重到2.3 g ·cm-3,结果见表3。

由表3可知,高温高密度油基钻井液可以根据设计情况以柴油、白油、气制油等不同油相配制,形成柴油基钻井液、低毒性矿物油钻井液、气制油合成基钻井液,从而适应陆上、海上对油基钻井液的不同环保要求。

表1 不同密度下高温油基钻井液体系的性能Tab.1 Performance of high temperature oil-based drilling fluid at different densities

表2 高温高密度油基钻井液体系的抗温能力Tab.2 Temperature-resistant ability of high temperature and high density oil-based drilling fluid

表3 不同油相下高温高密度油基钻井液体系的性能Tab.3 Performance of high temperature and high density oil-base drilling fluid at different oil phases

2.4 不同油水比下高温高密度油基钻井液的性能

室内评价了不同油水比条件下高温高密度油基钻井液体系的性能,采用基础配方(油相为柴油),用重晶石加重到2.0 g·cm-3,结果见表4。

高温高密度油基钻井液的油水比对钻井液的流变性和乳化稳定性的影响较大,水相的比例越高,越不利于乳状液的稳定性。由表4可知,体系在(95∶5)～(80∶20)的油水比下具有较好的工程性能。

3 高温高密度油基钻井液现场应用

南海莺琼盆地是我国高温高压并存的区域之一,该地区已钻井井底温度普遍在200℃以上。地层压力系数高,要求钻井液密度在2.0 g·cm-3以上,而且井下情况复杂,钻井过程中经常发生卡钻事故。莺琼盆地宝岛19-2-2井是一口典型的高温高压井,实际完钻的井深5300 m,完井电测井下最高温度为213℃,井底压力实测为85 MPa。室内研究的高温高密度油基钻井液体系在该井进行了成功应用,实际作业时间长达110 d,即使在钻井过程中发生了一次水侵的极端条件下,也没有出现井壁失稳的现象。该井起下钻30多趟,电测2 d,均没有出现遇阻情况,起下钻及下套管过程安全、畅通,没有发生任何复杂情况。

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

4 结论

(1)开发了一套高温高密度油基钻井液体系,抗温能力达到220℃,密度可加重至2.5 g·cm-3,同时具有较好的乳化稳定性和较低的滤失量。

(2)可以配制不同油相(柴油、白油和气制油)、不同密度和不同油水比、抗不同温度的高温高密度油基钻井液体系,从而使油基钻井液的配制与维护更加方便。

(3)高温高密度油基钻井液在南海西部高温高压井成功应用表明,该钻井液性能稳定,井下安全,没有出现井壁坍塌等复杂情况。

[1] 周辉,郭保雨,江智君.深井抗高温钻井液体系的研究与应用[J].钻井液与完井液,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

王洪伟(1978-),男,重庆人,工程师,主要从事钻完井液现场服务的技术指导与支持工作,E-mail:wanghw@cosl.com. cn。