深水钻井液技术现状与发展趋势
海洋深水钻井钻井液研究进展
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海洋深水钻井钻井液研究进展随着人类对地球的认识不断加深,海洋深层资源的开发日益受到重视。
钻井液作为深水钻井的重要组成部分,在对海洋深层资源开发中也扮演着重要角色。
本文将从海洋深层资源的开发现状入手,介绍海洋深水钻井钻井液研究进展,并对未来的研究方向进行展望。
一、海洋深层资源开发现状人类对海洋深层资源的开发始于上世纪50年代,随着技术的不断进步,海洋深层资源的探索与开发范围逐渐扩大。
海洋深层资源主要包括石油、天然气、甲烷水合物等,这些资源所在的深度一般在几百到上千米不等。
海洋深层资源的开发不仅对全球能源战略具有重要意义,而且对保障世界经济的可持续发展也具有重要的战略意义。
然而,海洋深层资源的开发还面临着一系列的挑战,如复杂的海洋环境、技术难度大、投资高昂等。
如何克服这些挑战,提高海洋深层资源的开发效率和可持续性仍然是摆在我们面前的重要问题。
二、海洋深水钻井钻井液研究进展作为深水钻井的重要组成部分,钻井液在海洋深层资源的开发中具有不可替代的作用。
近年来,国内外的学者们在海洋深水钻井钻井液方面做了大量的探索和研究,主要包括以下方面:1. 钻井液性能的优化在海洋深水钻井操作中,一些问题例如烧钻、漏失、堵塞等都是由于钻井液性能不好而引起的,而且随着钻井深度的加深,这些问题可能更大程度的出现。
因此,研究人员需要优化钻井液的性能,以提高海洋深水钻井的效率和成功率。
其中,防漏失剂、泡沫剂、高温高压稳定剂、环保改性剂等新型钻井液药剂的开发,有望为海洋深水钻井领域带来重大的进展。
2. 钻井液环境适应性研究海洋深水钻井作业的复杂环境要求钻井液能够适应不同的环境并保持稳定。
例如,在深海海域中,海水温度低、压力大,钻井液需要有一定的防冻、抗压性能;在沉积物较多的海域,钻井液的粘度需要相应增加,以便保证井筒安全。
如何研究和开发能够适应不同海洋环境的钻井液,是海洋深水钻井研究领域需要攻克的重要难题。
3. 钻井液环保性研究随着环保意识的不断提高,环保性成为了深水钻井液研究的热点问题。
深水钻井技术装备现状及发展趋势
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深水钻井技术装备现状及发展趋势近年來,人们生活水平不断提高,人们生产、生活的有序运行离不开资源的持续供应,基于此,深水钻井技术装备不断升级,以此增加石油资源数量,确保天然气资源更好的满足应用需要。
但随着钻井深度的增加,深水钻井技术应用阻力不断加大,为了提高深水钻井技术装备利用率,扩大深水钻井技术装备应用空间,本文针对该论题深入探究,希望能为同行提供借鉴。
标签:深水钻井技术;现状;趋势前言:随着科学技术的不断升级,深水钻井技术装备相应改造,以此丰富油气资源开采量,提高深水钻井技术水平。
对比于西方国家,我国深水钻井技术装备利用现状不容乐观,因此,我国应主动向西方国家借鉴先进经验,以此突破钻井技术应用阻力,取得良好的应用前景。
1深水钻井技术应用常见阻力深水钻井技术应用过程中受较多因素影响,常见影响因素包括水深、天然气水合物、海底低温、环保政策、千层气体及气流等,各方面阻力分析介绍如下。
1.1水深深水钻井活动主要在水深大于0.5km的位置展开,钻井平台具有悬浮式、移动式特点,水深增加的同时,钻井平台载荷相应增加,对此,应扩大钻井平台规模、提高定位准确定,以此抵御洋流冲击,增强钻井平台稳定性。
此外,相关操作设备精密度大大提高,灵活性不断增强。
1.2天然气水合物深水钻井技术开展期间极易遇到固体天然气水合物,这类固体物质清除难度较大,如果清除工作未能及时推进,那么最终会出现导管堵塞现象,最终产生严重的钻井事故,大大降低钻井作业安全性。
1.3海底低温海底低温环境会在短时间内增强钻井液粘结强度,影响油基钻井液体系稳定性,最终会对深水钻井技术顺利应用增加阻力,导致钻井效率大大降低。
不同海水区域水温不相一致,因此,深水钻井技术应用的过程中应考虑所在区域海水温度。
1.4环保政策海洋环境保护工作推进的过程中,应遵循国际环境保护规定,相关规定明确支持,海洋接收的废弃物应具有可降解、无毒、清洁等特点。
这在一定程度上影响深水钻井技术施工技术,同时,钻井成本大大提高。
钻井液技术发展趋势浅析
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3、市场前景
随着全球能源需求的不断增加,油气勘探和开发的市场前景广阔。而钻井液 作为油气勘探和开发过程中的关键技术之一,其市场需求也在不断增加。同时, 随着非常规油气资源的开发,如页岩气、煤层气等,对钻井液技术的需求也在逐 渐增加。因此,钻井液技术的市场前景十分广阔。
见解和建议
1、加大技术研发力度
钻井液是指在钻井过程中,为了更好地保护井壁、悬浮钻屑、润滑钻头等需 要而配制的一种特殊液体。钻井液按其使用功能可分为不同的类型,如普通钻井 液、高密度钻井液、深井钻井液等。这些钻井液不仅具有不同的密度、黏度、切 力等物理性质,还具备不同的化学性质和组成成分,以满足不同钻井环境的需求。
钻井液技术的重要性主要体现在以下几个方面:首先,良好的钻井液技术可 以有效地保护井壁稳定,预防井漏、井喷等事故的发生;其次,钻井液可以有效 地悬浮和携带钻屑,以避免钻头被堵塞,提高钻井效率;最后,钻井液还具有良 好的润滑性能,可以有效地降低钻头磨损,提高钻井寿命。
1、生物降解:环保型钻井液应具有较好的生物降解性能,在自然环境中能 够迅速被微生物分解,减小对环境的影响。
2、化学降粘:通过添加一定的化学剂,降低钻井液的粘度,以便于循环清 洗和减少对储层的损害。
3、杀菌灭藻:在钻井过程中,钻井液会接触到各种细菌和藻类,环保型钻 井液应具有较好的杀菌灭藻效果,防止污染环境。
2、与国内外企业合作:与国内外相关企业进行合作交流,共同研究开发新 的技术和产品;
3、提供技术咨询:针对不同客户需求,提供专业的技术咨询和服务,帮助 客户解决实际问题。
3、强化安全管理
在推广和应用钻井液技术的过程中,必须重视安全管理。具体来说,应采取 以下措施:
1、加强员工培训:对员工进行专业培训,提高员工的安全意识和技能水平;
国内外深井超深井钻井液技术现状及发展趋势
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我国钻井液技术发展现状及展望
![我国钻井液技术发展现状及展望](https://img.taocdn.com/s3/m/a54a60666c175f0e7dd1373b.png)
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⑴.没有产生新的理论(观点)、方法、处理剂、普适性很 强,全国普遍采用的新的泥浆体系及应用技术(公认、新一 代);
⑵.水基泥浆技术整体水平与国外先进水平相差不大,且 有自己特色,但油基泥浆仍未成体系(与国外巨大差距);
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(5).“恶性漏失”主要表现为漏失厉害并且很难堵住。 它常有两种不同的情况: 溶洞及较大的天然裂缝引起的有进无出的严重漏失 井段低承压地层“随机性、多点漏失”问题
⑹. 窄安全密度窗口安全钻井问题:
当漏、喷、塌、…位于同一裸眼井段(同层),则引发出 多种复杂问题:主要归纳为窄或负安全密度窗口的安全钻井 复杂问题,成为目前钻井工程亟待解决的重大技术难题,而 喷和漏构成的窄或负安全密度窗口的安全钻井问题则更为复 杂、困难和危险,是我们当前重点攻关解决的重大难题。。
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1.井壁坍塌应(压)力:P塌
井壁不稳定由井壁坍塌应力P塌引起。 井眼形成后,地应力在井壁上的二次分布所产 生的指向井内引起井壁岩石向井内移动的应力,称 为井壁坍塌应力(P塌>0)。它是引起井壁不稳定的根 本原因(P泥<P塌)。但所钻地层形成井眼不一定必然 会产生坍塌压力(P塌=0) 。
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井壁坍塌应(压)力:P塌 P塌一旦产生(P塌>0)井壁岩石必然逐渐掉( 挤)入井中(缩径、掉块丶垮塌)。钻井过程中P塌 可以(也只能)用井内泥浆柱压力有效平衡:
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井壁坍塌应(压)力:P塌
众所周之井壁稳定是岩石力学-化学相耦合的问 题,所以一般情况下,人们常把井壁稳定问题主要分 成二大类:
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常见现象是井眼缩径、掉 块、井壁坍塌…… 这是一项涉及钻井、泥浆、岩石力学-岩矿学-化学渗流力学相耦合……的综合应用技术。目前仍以经验规律总 结及定性判定(半定量解释)相结合的实用系列技术。 这里只讨论由于井壁坍塌压力而引起的技术难题,不讨 论井壁水化分散、泥浆冲刷、井下扰动以及时间因素……等 引起的不稳定。
探讨钻井工程技术现状及发展趋势
![探讨钻井工程技术现状及发展趋势](https://img.taocdn.com/s3/m/945ae461dc36a32d7375a417866fb84ae55cc374.png)
探讨钻井工程技术现状及发展趋势钻井工程技术是石油勘探与开发的重要环节,它是人类获取地下能源资源的关键技术。
随着全球能源需求的增加和传统能源资源逐渐枯竭,钻井工程技术差异化和先进化的需求也越来越迫切。
本文将就钻井工程技术的现状及其发展趋势进行探讨。
钻井工程技术的现状钻井工程技术在过去几十年里取得了巨大的进步,从传统的手工操作发展到了现代的自动化、数字化和智能化水平。
以下是钻井工程技术的一些重要现状:1. 钻井装备的升级:钻井机械装备从早期的旋转钻和豪华钻井设备,到如今的大功率直驱电机和高效电动机械装备,电液对控制系统,装备的升级提高了钻井效率,并减少了钻井事故的风险。
2. 安全环保技术的应用:近年来,随着环保意识的增强和环境法规的加强,钻井工程技术中的安全环保技术得到了广泛应用。
井下环境监测装置、环境风险评估和预警系统等,有效减少了事故发生的概率,保护了环境的安全。
3. 控井技术的改进:控井技术是钻井工程中至关重要的一环,其安全性和准确性直接关系到井下井上的危险性与环境的安全性。
现如今,随着计算机、通讯和传感系统技术的发展,实时数据采集和处理技术、控井模拟仿真技术和自动化控井系统等都取得了重大突破,提高了控井的准确性和安全性。
4. 水平井技术的突破:水平井技术是近年来钻井工程技术的一大突破。
通过水平钻井技术,油井效率得到了大幅提升,油井储量得到了有效开发。
水平井技术也逐渐应用于非常规能源资源的勘探与开发,提高了非常规油气资源的利用率。
钻井工程技术的发展趋势随着能源需求的不断增加和能源资源的枯竭,钻井工程技术将继续发展。
以下是钻井工程技术的几个发展趋势:1. 数字化和智能化:数字化和智能化技术的发展将在钻井工程中发挥重要作用。
无人机在钻井勘探中的应用、智能井下传感器和智能化自动化控制系统的应用等,将显著提高钻井过程的精确度和效率,减少人工操作的风险。
2. 高效率、低成本:随着能源资源的稀缺性和价格上涨的压力,钻井工程技术将趋向于高效率和低成本。
钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势
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钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势随着石油工业的不断发展,钻井技术作为其中的重要组成部分,已然成为石油勘探与开采的基石。
而钻井液技术,作为钻井技术中的一项重要技术,也随之得到了广泛的应用。
然而,在实践应用中,钻井液技术还面临着很多挑战和需求。
本文将从现状、挑战、需求以及发展趋势四个方面来论述钻井液技术。
一、现状钻井液技术是钻井作业中非常关键的一环,它是为了保证钻井作业的正常进行,同时也是保障钻井设备的正常运转。
目前,钻井液技术主要应用在海洋石油勘探领域,特别是针对深海油田的开发需求。
市面上常见的钻井液有水基钻井液、油基钻井液和气体钻井液等,其中水基钻井液具有成本低、环保等优势,是目前使用最多的一种钻井液。
在钻井液的配制和处理方面,目前采用的是某些特殊并且有毒的化学物质,如羧代酰胺基甲酸钾(K-PAM)、钙镁石、硅胶等。
这些成分的添加帮助控制钻井液的性能,如黏度、密度、pH 值等,使其适应不同的钻井条件。
二、挑战虽然钻井液技术在实际应用中带来了很多好处,但是它也面临着许多挑战。
首先,钻井液技术的环保性得不到保障。
在钻井液制备和处理过程中,需要大量的化学品,这些化学品会和水和土壤中的其他物质形成复合物,使得这些物质在环境中的迁移和转化变得更加复杂和不可控。
因此,制备出符合环保要求且能有效钻井的钻井液,成为了当前技术待解决的问题之一。
其次,随着油气勘探的深入,钻井液性能要求也越来越高。
对钻井液的性能要求越来越复杂,需要涉及到高温、高压、高盐度、高酸碱度等多个因素,而现有的钻井液技术仍无法满足这些要求。
如何优化钻井液成分、提升钻井液性能,是值得深入研究的问题。
三、需求随着石油勘探技术的快速发展和油气资源的进一步枯竭,对钻井液技术的需求也不断增加。
未来将需要更加高效、环保的钻井液;更加具有适应性的钻井液;更加智能化的钻井液等。
四、发展趋势为了应对上述挑战和需求,钻井液技术也正在不断发展和创新。
未来的发展趋势主要包括以下几个方面:1. 钻井液的智能化:随着工业 4.0 的到来,各行各业都在朝着数字化转型,钻井液技术也不例外。
国内外钻井液技术发展现状
![国内外钻井液技术发展现状](https://img.taocdn.com/s3/m/a10f58854128915f804d2b160b4e767f5acf802c.png)
国内外钻井液技术发展现状钻井液技术是石油钻探的重要环节,近年来在国内外得到了广泛关注和发展。
以下是国内外钻井液技术发展现状的概述:1. 国内钻井液技术现状:近年来,我国钻井液技术取得了显著的进步。
通过持续研究和现场实践,国内钻井液技术在多个方面取得了新的进展。
在钻井液体系方面,研究者们关注提高钻井液的抑制性,适用于页岩气水平井和强水敏性易塌地层,以及深井超深井、海洋深水钻井的需要。
此外,还开展了新的研究和应用探索,尤其是近油基钻井液的成功应用,为水基钻井液部分替代油基钻井液奠定了基础。
在钻井液材料方面,国内研究者重视低成本钻井液开发,简化钻井液配方,完善钻井液固相控制技术等。
此外,还针对不同地层和钻井条件,研发了微泡钻井液、强封堵钻井液、环保钻井液和无土/固相水基钻井液等。
2. 国外钻井液技术现状:国外钻井液技术发展较为成熟,主要体现在以下几个方面:(1)水基钻井液:国外水基钻井液研究主要聚焦于提高钻井液的抑制性、抗污染能力和稳定性,以适应复杂地层和环境敏感地区的钻井需求。
(2)油基钻井液:油基钻井液在国外得到了广泛应用,特别是在深井、海洋钻井等领域。
研究者关注提高油基钻井液的性能,如抗高温、抗盐、抗钙等特性。
(3)合成基钻井液:合成基钻井液在国外研究较为成熟,如烃类合成基钻井液、生物质合成基钻井液等。
这些钻井液具有优良的性能,可适应不同钻井条件。
(4)环保钻井液:随着环保意识的提高,国外研究者关注开发环保型钻井液,以减少钻井液对环境的影响。
总之,国内外钻井液技术均在不断发展,研究方向主要集中在提高钻井液的性能、降低钻井液成本、开发环保型钻井液等方面。
未来钻井液技术将继续朝着高效、环保、智能化的方向发展。
探讨钻井工程技术现状及发展趋势
![探讨钻井工程技术现状及发展趋势](https://img.taocdn.com/s3/m/637285aa80c758f5f61fb7360b4c2e3f572725b9.png)
探讨钻井工程技术现状及发展趋势钻井工程技术是石油工业的重要环节,对于油气勘探开发具有至关重要的作用。
随着石油资源逐渐进入开发难度较高的阶段,钻井工程技术的发展也面临着新的挑战和机遇。
本文将探讨钻井工程技术的现状及发展趋势。
一、钻井工程技术现状1. 钻井工具和设备:随着科技的发展,钻井工具和设备不断更新换代,从传统的手工操作逐渐转向机械化、自动化和数字化。
常见的钻井工具有钻杆、钻铤、钻头等,而钻井设备则包括钻机、输送机、井口设备等。
2. 钻井方法和工艺:传统的钻井方法主要依靠地面钻机进行,而随着深水和超深水油气勘探的需求增加,深水钻井、水平井钻井等新的钻井方法和工艺不断涌现。
钻井液技术也在不断改进和优化,以适应不同井型和地质条件的需求。
3. 钻井监测和控制技术:钻井过程中的监测和控制技术是保证钻井安全和效率的关键。
流体控制技术、气体检测技术、井底参数监测技术等不断创新和发展,实时监测和控制井下的状况,提高工作效率和安全性。
4. 钻井工程管理系统:随着钻井作业规模的不断扩大和复杂化,钻井工程管理系统也日趋完善。
利用信息技术和互联网技术,实现钻井作业的可视化和自动化,提高钻井作业的管理水平和效率。
二、钻井工程技术发展趋势1. 深水和超深水钻井:随着陆地石油资源的逐渐枯竭,深水和超深水钻井是未来石油勘探开发的重要方向。
这种钻井方式对技术要求高,涉及到水深、海底温度和压力等复杂条件,因此需要发展适应深水和超深水作业的钻井技术和设备。
2. 水平井和多级水平井钻井:水平井是指井眼倾斜角度大于80度的钻井方式,以增加井下开发面积和油气产量。
水平井在油藏开发中得到广泛应用,尤其是在低渗透和致密油气开发中。
未来,水平井钻井技术将继续改进,发展出更多高效、可控的水平井钻井技术。
3. 钻井液技术:钻井液作为钻井过程中的重要介质,对于井下作业的效率和安全性起着至关重要的作用。
未来,钻井液技术将更加强调环保、高效、低成本的特点,研发并应用更多环保型钻井液,降低井下作业对环境的影响。
深水钻井技术现状及发展趋势分析
![深水钻井技术现状及发展趋势分析](https://img.taocdn.com/s3/m/404201a50b1c59eef9c7b433.png)
深水钻井技术现状及发展趋势分析摘要:海洋中有着大量的石油天然气资源,在全球油气资源总储量中占比高达70%左右,而500m以上的深水海域油气田在其中所占比例极高。
因此对于海洋油气特别是深海油气全球已达成共识,其将是未来世界油气资源来源的重要区域。
深海油气开采是高风险、高投资、高技术、高回报的行业。
本文就对深水钻井技术现状与发展进行了探讨。
关键词:深水钻井;钻井技术;海底钻井1 当前我国深水开发所面临的现状与挑战1.1在环境方面的挑战1.1.1浅层地质灾害主要包括三类:浅层气、浅层水流动(ShallowWaterFlow,简称SWF)、天然气水合物。
此类灾害一般在钻完井作业时泥线下约1500m的地层内有发生,影响井的安全性。
浅层气和浅层流具有高压力,容易高速井喷、要求压力波动低和处理困难的特点,易造成井塌,井喷。
而在我国南海,浅层气主要分布于大陆架区,而且甚为广泛。
SWF存在使得高质量的套管尾管无法建立,影响井壁稳定。
天然气水合物分解将引起地层承载力的不均匀,对海洋工程的安全有影响。
而且,突然释放的气体会对运输管道产生破坏作用,特别是在高压浅层气体释放的时候,轻则侵蚀套管,重则引起井喷。
除此之外合物的形成还会堵塞管线,钻进器具。
1.1.2恶劣的海洋环境(1)海底高压、低温环境;深水海底温度一般在3~5℃,海水的低温可影响到海底泥线以下450m处的岩层,使该区域岩层具有低于正常地温梯度的温度。
(2)波浪流:浮式平台和钻井船是在深水钻井作业中主要使用的工具,会因波、浪、流以及风吹产生摇晃,这会对其锚泊系统以及动力定为造成影响,使结果产生误差。
(3)台风:台风破坏力极强,当海上钻井平台或者钻采设备碰上台风时会被严重破坏。
(4)内波流:部分流体发生密度变化使流体内部不连续的现象,会导致大幅震荡。
较大的内波会严重缩小钻井作业窗口使钻井作业无法正常开展开。
并且如果钻井平台的立柱或着隔水管等结构遇到内波流时会受到较大的作用力使平台发生一定距离的偏移。
钻井液技术发展面临的问题及趋势研究
![钻井液技术发展面临的问题及趋势研究](https://img.taocdn.com/s3/m/6d1fe32e770bf78a64295414.png)
钻井液技术发展面临的问题及趋势研究钻井液技术是石油工程体系中不可缺少的内容,是对异常高温、高压环境进行技术处理的体系,并以井壁稳定技术为核心要素,在我国的深水钻井液技术发展进程中,相较于国外发达国家而言还处于初始阶段,面临技术上的问题,要关注钻井液技术的发展趋势,更好地实现我国钻井液技术的问题解决。
标签:钻井液技术;发展;问题;趋势面对我国石油工程领域的钻井工程需求,钻井液技术由最初的自然造浆逐渐发展到钻探作业,再到现今的钻井流体的专业化应用,可以看到钻井液技术在不断发展和成熟,然而由于理论、手段等方面的不足,钻井液技术的发展还存在一些发展中的问题,钻井过程中的井壁稳定问题尤其突出,要加以突破和完善。
1 钻井液技术应用体系方面的研究1.1 钾基聚合物体系这是在钻井液之中添加KCl和石灰,它们具有较强的抗钙能力,可以更好地稳定钻井液体系,提升化学抑制能力和化学防塌能力。
1.2 阳离子体系阳离子基团不仅可以有序地吸附黏土上的矿物晶层,而且还可以排挤吸附的水分子,产生去水效应,有效地增强钻井液的防塌能力。
1.3 正电钻井液体系正电钻井液是完全阳离子化的体系,主要是以钻屑为主的负电性物质的损耗,然而与之相匹配的正电助剂尚未成熟,这就使该体系的发展受到较大的限制,难以实现长远的应用实践。
1.4 KCl—聚胺强抑制体系它是以聚季胺为主的小分子型强抑制剂,对于环境的污染性影响较小,因而得到广泛的使用,聚醚胺类抑制剂可以与无机盐产生良好的配伍效应,极大地增强钻井液的化学防塌抑制能力。
1.5 硅酸盐体系它是利用硅酸盐与地层水中的无机盐的反应,形成化学沉积物,抵达一定深度之后凝结而成具有膜效应的封堵壳,实现对储层的封堵。
同时,与黏土矿物中的铝醇基反应,较好地黏合破碎储层。
该技术可以较好地稳定井壁,并在复杂的地层之中实现低密度、安全钻进。
1.6 油基钻井液体系它是以油為基液,以有机土,油基降滤失剂、乳化剂等油基处理剂配制的新型钻井液体系。
简析钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势
![简析钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势](https://img.taocdn.com/s3/m/f69e8632fbd6195f312b3169a45177232f60e4c6.png)
简析钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势近几年,我国钻井液技术在技术研发和实际应用两个方面,与国外先进技术相比都有了长足的进步。
但是随着我国“十二五”期间对西部地区复杂地质环境下深井、超深井勘探需求的持续增加,现有的钻井液技术水平已经不能够满足实际生产的需求。
因此,有必要从全局角度出发,对我国钻井液技术现状以及应用难度进行归纳,更加慎重的规划钻井液技术的下一步发展方向。
而本文针对这一情况,主要介绍了国内钻井液技术的应用现状,以及在实际应用过程中存在的突出问题。
并结合我国目前西部地下资源开发规划的实际需求,针对我国钻井液技术应用难度,分析了未来我国钻井液技术的发展趋势。
标签:钻井液技术;现状;发展趋势一、国内钻井液技术现状分析(一)水基钻井液成膜技术针对我国泥页岩地质环境较多客观现状,近几年我国在水基钻井液成膜技术的应用过程中,在水基成膜技术方面有了长足发展。
为了优化泥页岩地质不太理想的水基钻井液成膜现状,需要控制孔隙尺寸。
目前国内主要通过在泥页岩薄层添加适当比例的化学材料来加大其电荷密度,从而达到介绍水压力,适当的改变井下水推动力的受力方向,使得井壁更加稳定,从而实现接近理想的水基钻井液半透膜。
(二)超高温水基钻井液技术考虑超深井采用水基钻井液技术时较易出现的超高温工作环境,国内钻井液技术学术研发界充分考虑超高温对钻井液黏土粒子效用的影响,针对性的增强钻井液处理剂对黏土粒子抗热氧降解以及去水化方面的强度。
国内目前一般采用GBH组昂今夜抗高温处理剂,且该处理剂总还进行了更加细致的针对高温带来的各类隐患的防治配方,能够根据具体地质环境及实际应用条件更加具体的解决高温黏土凝结、塌封等问题。
(三)快速钻井液技术我国石油集团针对西部新疆、青海等地区的特殊地质,研制出了一种能够有效减少钻井液环控摩擦力,提高超深井钻井机械转速的快速钻井液技术。
这一项技术不仅能够提高深井、超深井钻探工程效率,同时还能解决上层黏土吸附钻头,造成下钻阻力加大的问题。
钻井液技术的现状_挑战_需求与发展趋势
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文章编号:1001-5620(2011)06-0067-10钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势孙金声, 张希文(中国石油集团钻井工程技术研究院,北京)摘要 介绍了国外钻井液技术的新进展,包括井壁稳定、防漏堵漏、抗高温钻井液、提高机械钻速的钻井液、低密度钻井流体、大位移井钻井液、储层保护、绿色钻井液等技术,以及“十一五”期间中国钻井液技术的主要成果,分析了当前钻井液技术面临的主要挑战及“十二五”发展需求,并讨论了钻井液技术的发展趋势。
关键词 钻井液;现状;发展趋势;综述中图分类号:TE254.3 文献标识码:A近年来,钻井液在保障钻井井下安全、稳定井壁、提高钻速、保护储层等方面的作用日益突出,但随着当前复杂地层深井、超深井及特殊工艺井越来越多,人们对钻井液技术提出了更高的要求。
为此,国外开展了大量的应用基础理论和新技术研究,取得了一系列的研究成果和应用技术,而“十一五”期间中国钻井液技术也取得了较大进展,但与国外相比仍有差距。
因此,为了更好地为钻井作业提供优质高效的钻井液技术,同时也为中国“十二五”钻井液技术发展方向提供科学依据,概述了钻井液技术现状、挑战、需求与发展趋势。
1 国外钻井液技术新进展1.1 井壁稳定技术1.1.1 高性能水基钻井液技术国外各大钻井液公司均研发了一种在性能、费用及环境保护方面能替代油基与合成基钻井液的高性能水基钻井液(HPWM),其典型配方如下。
(2%~4%)聚胺化合物+(1%~2%)铝酸盐络合物+(2%~4%)钻速提高剂+(2%~3%)聚合物(可变形封堵剂)+(0.2%~0.4%)改性淀粉+(0.15% ~0.3%)XC+(0.1%~0.2%)PAC代表性技术有M-I公司的ULTRADRIL体系、哈利伯顿白劳德公司的HYDRO-GUADR TM体系[1-2]。
该钻井液体系中,聚胺盐的胺基易被黏土优先吸附,促使黏土晶层间脱水,减小水化膨胀;铝酸盐络合物进入泥页岩内部后能形成沉淀,与地层矿物基质结合,增强井壁稳定性;钻速提高剂能覆盖在钻屑和金属表面,防止钻头泥包;可变形聚合物封堵剂能与泥页岩微孔隙相匹配,形成紧密填充[3]。
钻井液技术现状及发展趋势培训讲义课件 (一)
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钻井液技术现状及发展趋势培训讲义课件(一)首先,钻井液技术是钻井工程中不可或缺的一部分,它的主要作用是在钻井过程中冷却钻头、控制井壁稳定、以及控制油气井层压力等。
然而,钻井液技术的发展也面临着新的挑战、新的变化,需要不断更新和完善。
下面,我们来详细了解钻井液技术现状与发展趋势。
一、钻井液技术现状:1. 钻井液技术的基础研究和应用研究得到了大力支持,并取得了一定的成果。
2. 钻井液技术已经向可控性、高效性和环保性等方向发展,单一的技术已经不能满足钻井工程的需要。
3. 钻井液技术设备的更新换代使它的操作更加智能化、自动化、数字化,很大程度上提高了生产效率和安全性。
二、钻井液技术发展趋势:1. 多技术、全能型:目前行业发展方向要求开展钻井液高性能、多功能、高效、自适应的研究和应用。
这就要求有各类工程师的协同配合,从而提高钻井液培训讲义课件的综合性能。
2. 环保化:石油与环保之间并不是长期对抗关系,石油工业在今后要逐步将环境保护考虑到钻井液技术的设计中去,从而实现石油产业的可持续发展。
3. 资源化:大型石油公司将钻井液技术视为一种“无形资产”,推动高科技、精细化的工艺和技术进一步实现资源节约,促进资源再利用。
4. 新材料化:全球石油工业获得了新的技术突破,涉及到新材料、人工智能、物联网等领域的知识,令未来钻井液技术的研究和应用更加具有前景性。
综上,随着科技的快速发展,钻井液技术也必然经历着前所未有的变革和发展。
未来,行业需要更多的人才参与其中,推动钻井液技术水平的不断提升,进一步深化应用,更好地促进石油产业的高质量发展。
刍议深水石油钻井技术现状与发展趋势
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刍议深水石油钻井技术现状与发展趋势摘要:随着社会经济的发展以及国家能源需求的提高,石油钻井的工作量也越来越大,对深水石油钻井专业技术的要求也越来越高。
本文先对深水石油钻井的几类关键性技术的现状进行了相关的阐述,再对深水石油钻井技术的发展趋势进行了展望,希望能促进我国深水石油钻井技术的进一步发展,进而促进深水钻井领域的进一步开发。
关键词:深水石油钻井技术发展趋势相关的数据显示,全世界有90%多的石油储存量是潜伏在1000米以下的深水层,而石油资源对一个国家的工业发展以及能源的开采具有非常重要的作用[1]。
因此,深水石油钻井技术就显得极其关键。
而随着水位的不断加深,石油钻井的条件也会越来越复杂,对钻井技术的要求自然也越来越高。
因此,笔者认为,对深水石油钻井技术现状与发展趋势这一课题进行相关的探讨具有非常重要的实际意义。
一、当前国内外深水石油钻井的技术现状石油资源的勘探具有很高的开发价值。
相关的研究表示,海洋的石油资源在全球的石油资源总量中所占的比例高达34%,但是目前人类的勘探还属于开发的早期阶段,因此,深水领域的石油勘探具有很高的开发价值[2]。
而随着当前石油钻井技术的发展,深水的范围与概念也在不断扩大,关于深水钻井技术的投资也越来越大。
深水石油钻井是一项复杂而系统的工作,对钻井的技术有着非常高与非常关键的要求。
具体来说,深水石油钻井的关键性技术主要有以下几个方面:1.深水钻井的设备。
深水钻井的设备主要包括两种:钻井船和半潜式的钻井平台。
钻井船指的是具有良好机动性的一种移动式钻井装置,具有停泊简单、使用水深范围大、移动灵活等特征。
钻井船包括船体和定位设备两个组成部分。
船体主要是为钻井安装、航行动力设备的安装以及工作人员工作、生活等提供相应的场所。
钻井船当前主要是活跃在美国墨西哥湾、西非以及巴西海域[3]。
而半潜式的钻井平台主要活跃在墨西哥、澳大利亚、北海、西非等领域[4]。
2.深水定位系统。
深水定位系统是对钻井装置进行定位,以防止其受风、浪、流等影响的一种技术,在当前全球深水作业的33台钻井中,有27艘是采用动力定位的方式[5]。
国外深水钻井液技术现状
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国外深水钻井液技术现状(一)引言自1985年以来,随着第一批水深在300 m以上深水油气勘探开发项目的投入建设,国际深水油气勘探开发逐渐增多。
最初10年的年平均增长速度为65%,西北欧、巴西、墨西哥湾的勘探开发速度最快,2001年起墨西哥湾深水区的产量已超过浅水区。
据统计,截至2000年,水深500 m的深水油气田有162个,遍及世界各海域,其中尤以美洲的墨西哥湾海域、拉丁美洲的巴西海域及西非海域最多,深水油气田探明油气储量为22.6×108t油当量,占海上油气田探明总储量的12%。
目前,深水钻井还面临着许多难题,对钻井液技术的要求更高,本文在分析深井钻井存在的主要难题的基础上,详细介绍了国外先进的深水钻井液技术,并对其发展趋势进行了分析。
(二)深水钻井中存在的问题与浅水区域相比,深水钻井面临的主要问题有:海底页岩的稳定性差、钻井液用量大、井眼清洗难、浅层天然气与形成的气体水合物、低温下钻井液的流变性、地层破裂压力窗口窄等。
这些问题给钻井工作带来了诸多困难,同时对钻井液技术提出了更高的要求:在保证钻井安全的前提下,兼顾钻井成本和环境效益。
1.海底页岩的稳定性差在深水区中,由于沉积速度、压实方式以及含水量的不同,海底页岩的活性大。
河水和海水携带细小的沉积物离海岸越来越远,由于缺乏上部压实作用,胶结性较差,易于膨胀、分散,导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中,从而影响钻井液性能。
2.钻井液用量大在深水环境下的钻井液需求量是很大的。
一般隔水管体积就高达159 m3,再加上平台钻井液系统,而且由于井眼直径大,为了钻达设计井深,一般下入的套管也多(常常是4~7层),因此钻井液用量就比其他同样井深的陆上或浅水区的井大得多。
3.井眼清洗难深水钻井时,由于开孔直径、套管和隔水管的直径都比较大,如果钻井液流速不足就难以达到清洗井眼的目的。
因此,对钻井液清洗井眼的能力提出了更高要求。
一般采用稠浆清洗、稀浆清洗、联合清洗、增加低剪切速率黏度,以及有规律地短程起下钻等方法,这些方法均有助于清除钻井过程中的钻屑。
深水钻井液技术现状与发展趋势
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侵入 和 传 热作 用 等 因 素 , 井 壁 周 围地 层 压 力 和 温度 的变 化 导致地 层 中的水 合物分 解 , 地层强 度 降 低 J , 引发 井壁 坍 塌 。此 外 , 水 合 物分 解 释 放 大量 气体。 。 和少 量 的 水 , 增 加 了 井 壁 地 层 的含 水 量 和 地 层孔 隙压 力 , 引发 井 壁 失稳 ; 而 大量 的气 体 进入
水钻 井液技 术研 究进展 。最后 , 展 望 了深水钻 井液技 术的发展 趋势。 关键 词 : 深水复杂地层 ; 深水钻井液 ; 低 温 流 变性 ; 技术现状 ; 发 展 趋 势
中 图分 类 号 : T E 2 5 4 文 献标 识 码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 6— 6 5 3 5 ( 2 0 1 3 ) 0 3— 0 0 0 1 — 0 7
井液 面临 的技 术 问题及 对 策进 行 全 面分 析 , 总结 深
由于 天然 气 水合 物可 稳定 存 在 于 深水 高 压低 温 环境 中 , 钻 井过 程 中不可避 免地 钻遇 赋存 天然气
水合 物地 层 。 由于钻 具 的机 械 扰 动 以及 钻 井 液 的
水钻井 液体 系研 究与应用进 展 以及 中 国深水 钻井 液 技术 研究现状 , 并对深水钻井液技术 的发展趋势进行 了展望 , 以期把握 先进 深水钻 井液 技术 动 向, 对 中国
层 1 “ j 。 由于沉 积 模 式 不 同 于 其 他 典 型 沉 积 模
由于 深 水沉 积 过 程 中部 分 上 覆 岩层 由海 水 代
式, 盐岩 密度 不 随埋深 的增 加而增 大 。存在一 临界
收稿 日期 : 2 0 1 2 1 2 0 4 ; 改 回日期 : 2 0 1 3 0 2 2 3 基金项 目: 国家科 技重大专项 ( 2 O l 1 z x o 5 o 3 o一 0 0 5— 0 7 ) “ 海外 典型油 田厚盐岩 层钻井 液体系研 究” ; 教育部创 新 团队“ 海 洋油气 井钻完井 理论 与工程 ” ( I R T1 0 8 6) 作者简介 : 邱正松 ( 1 9 6 4一) , 男, 教授 , 博士生导师 , 1 9 8 5年毕业于华东石油学院钻井工程专业 , 2 0 0 1 年毕业于中国石 油大学 ( 华东 ) 油气井工程 专业 , 获博 士学位 , 主要从事井壁稳定理论及应用 、 钻井液处理剂研发 、 油气层保护等教学及科研工作。
国内外深水钻井液技术进展
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国内外深水钻井液技术进展摘要:我国社会经济的不断发展与进步,人们的生活水平也在逐渐提高。
使我国深水钻井工程的也迅速崛起,同时也增加了它的竞争力,使井漏问题不断涌现,导致大量钻井液逐渐流失,严重影响了钻井工程的发展。
基于此,提出了有效的解决对策和技术手段。
下文对国内外深水钻井液技术进展进行了深入性的分析。
关键词:深水钻井液技术;防漏堵漏近些年,科学技术的发展,对油气资源的需求量在逐渐提高,加大了对油气资源的开发和利用,使深水油气资源受到了社会各界的关注和重视。
深水井目前面临着温度低、高压、密度窗口窄井漏等众多技术的挑战,同时也给钻井液提出了更高的要求和标准,需要结合实际情况制定完善的实施对策,进而提高钻井工程的施工效率,降低井漏、卡钻等各种难题的发生率,从而为我国油田企业获取最大的经济效益。
一、深水钻井液面临的挑战和相关的技术措施(一)、温度低深水井几百米以上的海水段的温度会随着水深的不断增加而逐渐降低,在通常情况下,达到1000m的深水泥线,其附近的温度一般都在4℃左右,有部分地方的温度比泥线的温度还低。
为此,深水井钻井作业时,钻井液经过隔水段之后,可以在热交换的作用下使其循环的温度逐渐降低[1]。
较低的温度会使钻井液变得更加粘稠,这样就会出现糊筛跑浆的异常现象,在此基础上循环的当量密度也会随之不断的增加,在套管鞋位置上非常容易出现压漏的现象。
对于深水低温度的挑战,需要采用低分子量聚合物对钻井液的低温流变性进行合理化的控制和调整。
除此之外,在现场施工的过程中还需要采用水力学软件的作用进行实时计算,并对循环当量密度的实际变化情况进行全面的监测。
(二)、大尺寸井眼携岩深水井隔水管的直径一般为533.4 mm,该直径为下部井段的1.57倍。
钻井液一旦上返时就会出现环控面积增大的现象,这样就会降低上返的速度。
为此,需要采用有效的方法对大尺寸井眼进行有效的清洁。
在实际操作过程中不仅需要有效改善钻井液的流变性,还需要结合隔水管的性能和特征配备相应的增压泵,以此来更好的增加钻井液的环空返排速度。
国内外钻井液技术发展概述
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国内外钻井液技术发展概述钻井液是在石油勘探开发中不可或缺的一项技术,它不仅用于冷却和润滑钻头,还能控制井壁稳定、输送钻屑、调整井内压力等。
在过去的几十年里,国内外钻井液技术取得了重大的进展和创新。
本文将对这些发展进行概述。
随着油气勘探的深入,深水、超深水钻井液技术得到了显著的提升。
传统的钻井液在深水钻井中面临着温度高、压力大、井深深等问题,无法满足需求。
因此,研究人员开发了一系列适用于深水环境的新型钻井液。
例如,高密度碱性钻井液具有良好的高温高压稳定性和抗盐抗硬水性能,在深水钻井中发挥了重要作用。
环境友好型钻井液的研究也取得了重要进展。
传统的钻井液中含有大量的有机溶剂和毒性物质,对环境造成了严重污染。
为了保护环境和可持续发展,国内外科学家们不断探索开发环境友好型钻井液。
例如,水基钻井液利用水作为基质,不含有机溶剂和毒性物质,对环境影响小。
此外,新型无毒钻井液的研发也取得了重要突破,有效降低了对环境的污染。
纳米技术在钻井液领域的应用也得到了广泛关注。
纳米技术的引入可以改善钻井液的性能,提高其稳定性和流变性。
例如,纳米颗粒可以增加钻井液的黏度和扩散性,提高其在井壁稳定和输送钻屑方面的效果。
此外,纳米材料还可以用于改善钻井液的流变性能,提高其适应不同地层的能力。
国内外钻井液技术还在改进和创新中不断发展。
例如,高温高压钻井液技术、超临界二氧化碳钻井液技术、气体钻井液技术等都是国内外研究的热点。
这些技术的发展将进一步提升钻井液的性能和效率,促进油气勘探开发的进展。
总的来说,国内外钻井液技术在过去几十年里取得了显著的进展和创新。
深水、超深水钻井液技术的发展、环境友好型钻井液的研究、纳米技术的应用以及其他创新技术的出现,都为钻井液技术的发展带来了新的机遇和挑战。
随着科学技术的不断进步和勘探开发的深入,相信钻井液技术将在未来继续取得更大的突破和发展。
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深水钻井液技术现状与发展趋势文/邱正松赵欣,中国石油大学引言深水已成为国际油气勘探开发的重点区域。
深水钻井液技术作为深水油气开发的关键技术之一,需解决深水复杂地层井壁失稳、低温流变性调控、天然气水合物的生成等技术问题。
由于深水钻井液技术难度大,风险高,目前主要由国外技术服务公司垄断。
中国深水钻井液技术尚处于起步阶段,与国外先进水平存在很大差距。
笔者对深水钻井液面临的技术问题及对策进行全面分析,总结深水钻井液体系研究与应用进展以及中国深水钻井液技术研究现状,并对深水钻井液技术的发展趋势进行了展望,以期把握先进深水钻井液技术动向,对中国深水钻井液技术的发展起到一定的参考与借鉴作用。
1 深水钻井液面临的主要技术问题及对策与陆地和浅水相比,深水钻井液面临着许多特殊的技术问题,包括深水地质条件的复杂性、钻井液低温流变性调控、天然气水合物的生成、井眼清洗问题及环保问题。
1.1 深水地质条件的复杂性1.1.1 海底疏松地层井壁失稳与井漏问题由于深水沉积过程中部分上覆岩层由海水代替,造成地层欠压实,孔隙压力大,胶结性差,海底泥页岩易膨胀、分散。
欠压实作用下地层破裂压力低,导致钻井液的安全密度窗口变窄,易出现井漏等问题。
海底浅部地层通常存在数百米厚的硅质软泥,含水量为50%~70%,其物理性质类似于牙膏,剪切强度低,地层承载力差,易引发井壁失稳。
1.1.2 天然气水合物地层分解问题由于天然气水合物可稳定存在于深水高压低温环境中,钻井过程中不可避免地钻遇赋存天然气水合物地层。
由于钻具的机械扰动以及钻井液的侵入和传热作用等因素,井壁周围地层压力和温度的变化导致地层中的水合物分解,地层强度降低,引发井壁坍塌。
此外,水合物分解释放大量气体和少量的水,增加了井壁地层的含水量和地层孔隙压力,引发井壁失稳;而大量的气体进入井筒易引起井涌或井控问题。
1.1.3 深水厚盐岩层井壁失稳问题在墨西哥湾、巴西海域和西非海域等地普遍存在着大面积的盐岩层,厚度可达6000 m 以上,且伴有难以预测的高压夹层及盐下沥青地层。
由于沉积模式不同于其他典型沉积模式,盐岩密度不随埋深的增加而增大。
存在一临界深度,盐岩密度和上覆岩层密度相同,此时盐岩开始塑性流动,引起井壁失稳及卡钻等事故。
其蠕变速率取决于埋深、地层温度、矿物成分、含水量、杂质成分以及偏应力大小。
而钻遇沥青地层时沥青的流动特性引起井眼闭合、井漏,严重时会导致无法钻达目标井深。
这对深水钻井液技术提出了更大的挑战。
1.1.4 深水地质灾害问题深水钻井面临的主要地质灾害为钻遇海底高压层时发生的浅层水-气流动。
典型高压砂层厚度为15~90 m,具有高孔隙度和高渗透率的特点。
如果钻井液液柱压力不能平衡砂层压力,就会发生浅层水-气流动,引起井壁坍塌或井控问题,严重时甚至引发安全事故。
在北海、挪威海域和墨西哥湾等几乎所有深水油气区都曾钻遇浅层水流。
针对上述井壁稳定问题,应加强钻井液物理封堵与化学胶结固壁作用,提高地层强度,拓宽安全密度窗口,实现钻井液有效密度支撑,这也是防治浅层水-气流动的有效手段。
同时,需增强对海底页岩的抑制作用和化学活度平衡,如在水基钻井液中加入聚胺、无机盐或聚合醇等。
而使用油基/合成基钻井液可较好地解决深水井壁失稳问题。
解决井漏问题的主要对策包括调整钻井液流变性能,降低当量循环密度;加入桥堵剂、凝胶或胶结材料封固井壁,提高地层承压能力等。
在墨西哥湾深水钻井中使用了一种热激活的快凝流体,很好地解决了严重漏失问题。
钻遇天然气水合物地层时,应合理控制井底温度和压力(可通过降低钻井液温度来实现);合理提高钻井液密度,实现对井壁的有效支撑;减少滤液侵入等。
此外,可加入卵磷脂和PVP 等添加剂,抑制水合物的分解。
在深水大段盐岩层钻井过程中,针对盐岩蠕变、井壁冲刷以及盐水饱和与结晶等问题,应确定合理的盐水体系类型与浓度,适当提高钻井液密度控制蠕变。
目前已应用于墨西哥湾等地的水基钻井液包括饱和、过饱和盐水钻井液和欠饱和盐水钻井液。
部分实例表明将钻井液密度提高到上覆地层密度的93%可有效控制盐岩蠕变。
而油基/合成基钻井液不溶解盐,因而避免了盐岩溶解以及含盐膏泥岩的吸水膨胀和分散引起的各种复杂情况,已在巴西和墨西哥湾等地的深水复杂盐岩地层中使用。
1.2 钻井液低温流变性调控问题随着水深的增加,海底温度越来越低,墨西哥湾和西非海域水深超过1219 m 时温度即降低至4℃;而挪威深水海域海底温度可低至-2.5℃[20]。
隔水管下部的钻井液在停止循环12 h 后便会达到与海底相同的温度。
低温造成钻井液黏度和切力大幅度上升,油基钻井液甚至出现显著的胶凝现象,引起过高的当量循环密度,造成井漏等问题。
如何实现深水钻井“低温-高温”大温差下钻井液流变性的有效调控,控制当量循环密度,是深水钻井液面临的关键技术问题之一。
恒流变钻井液较好地解决了以往油基钻井液存在的低温流变性问题。
1.3 天然气水合物的生成与抑制问题在深水钻井作业中,海底温度可低至0℃以下,静水压力可达30MPa 以上。
低温高压环境增加了钻井液中生成天然气水合物的可能性。
水合物的生成可以堵塞节流/压井管线和防喷器组,导致无法监测井内压力、防喷器无法关闭或关闭后无法打开,使钻井作业周期延长,甚至引起安全事故。
实践证明,在钻井液中添加水合物抑制剂可有效解决该问题,而高效、低成本、低毒性的水合物抑制剂研发也是未来深水钻井液技术研究的重要内容。
1.4 大环空低速梯度下携岩与井眼清洗问题深水钻井中,隔水管直径较大,较低的钻井液返速难以有效携带、清除岩屑。
当井斜角较大时,井眼清洗问题更加突出。
提高钻井液低剪切速率黏度,是解决该问题的有效途径。
实践表明,恒流变油基/合成基钻井液具有较好的携岩与井眼清洗能力,而水基钻井液可通过加入聚合物类流型调节剂提高钻井液低剪切速率黏度,目前应用效果最好的是黄原胶。
1.5 海洋环保问题由于海洋环保法规要求苛刻,深水钻井液必须具备良好的环保性能,即低毒性和良好的生物降解性。
尤其是油基/合成基钻井液,需要对岩屑进行回收处理。
国外通常用糠虾生物检测方法评价钻井液毒性,决定其能否直接排入大海。
2 深水钻井液体系研究与应用现状2.1 水基钻井液体系水基钻井液具有成本低及环保等优点,但其在深水钻井作业中面临着复杂地层井壁失稳以及天然气水合物的生成等突出问题。
目前主要通过无机盐、聚合醇以及聚胺等抑制剂抑制海底泥页岩水化分散,通过水合物抑制剂抑制水合物的生成。
水合物热力学抑制剂是防治天然气水合物的有效途径。
该类抑制剂可改变水和烃分子间的热力学平衡条件,从而防止水合物生成,应用效果较好的有NaCl、甲醇和乙二醇。
但该类抑制剂用量大、费用高,且存在环保或设备腐蚀问题。
而水合物动力学抑制剂由于其用量少、环保性能好而越来越受到国内外研究机构的重视。
目前较成熟的产品包括聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯基己内酰胺(PVCap)和含内酰胺基团的共聚物Gaffix VC-713 等[26-28]。
动力学抑制剂通过抑制水合物晶核生成或抑制水合物晶体生长发挥作用,但目前对其作用机理的认识尚有较大欠缺。
研究表明,动力学抑制剂和热力学抑制剂具有协同作用,2 者配合使用可以取得更好的效果。
2.1.1 高盐/聚合物钻井液高盐/聚合物钻井液广泛应用于早期的深水钻井中。
主要包括高盐/PHPA 钻井液体系、高盐/聚合物/聚合醇钻井液体系等。
该类钻井液具有低成本、低毒性等特点,通过加入高浓度的无机盐抑制水合物生成,无机盐与聚合物或聚合醇协同防塌。
挪威水深837 m 的深水井,泥线温度低至-1.6℃,静水压力超过11 MPa,极易引起水合物生成。
该井使用的高盐/聚合物/聚合醇体系中,通过高浓度的NaCl,配合使用KCl、聚合醇和乙二醇来提供足够的水合物抑制性,淀粉和PAC(聚阴离子纤维素)复配控制失水量,聚合醇与KCl 配合使用提供优良的页岩抑制性。
在墨西哥湾,针对深水海底强黏性泥岩研发的CaCl2/聚合物钻井液体系得到成功应用,解决了该地区使用NaCl/PHPA 钻井液时遇到的黏土膨胀分散问题。
第1 代CaCl2/聚合物钻井液体系成功应用于1951.6 m 的深水井中。
第 2 代钻井液使用了新型高分子聚合物包被剂,解决了第 1 代钻井液存在的黏振动筛问题,在墨西哥湾水深1422.8 m 深水井中成功应用[31]。
目前,高盐/聚合物钻井液常用于无复杂地层情况的深水井中,如位于中国南海的水深1036 m的白云6-1-1 井,三开钻进时使用NaCl/PHPA 水基钻井液顺利完工。
2.1.2 强抑制高性能水基钻井液强抑制高性能水基钻井液体系是近年来在深水钻井中应用效果最好的水基钻井液,已成功应用于墨西哥湾、中国南海、巴西海域和哥伦比亚海域等地。
其关键处理剂为低分子胺基聚合物[33-34],阳离子聚合物作为包被剂;钻速提高剂(或清洁剂)防止钻头泥包并起润滑作用,通过无机盐或醇类抑制水合物生成,针对不同地层选用KCl 或铝酸盐络合物协同封堵防塌,PAC 和改性淀粉作为降滤失剂,必要时选用碳酸钙等作为桥堵剂。
其强抑制机理为钻井液中的聚胺分子部分解离形成铵基阳离子,中和黏土表面的负电荷,降低黏土水化斥力。
同时聚胺可与黏土表面的硅氧烷基形成氢键,吸附在黏土表面。
静电引力与氢键共同作用压缩黏土层,减弱黏土水化。
聚胺分子链上的聚氧丙烯疏水基覆盖在黏土表面,降低黏土亲水性,阻止水分子的进入,进一步抑制黏土水化膨胀。
高性能水基钻井液具有极强的抑制页岩分散和黏土聚结泥包功能,性能接近于油基钻井液,且用量少,可重复使用,并符合海洋环保要求,可直接向海上排放,大幅减少了钻井液废弃物的处理工作,节约了成本。
在巴西深水成功应用的聚胺高性能钻井液中,使用可变形胶体在砂岩孔喉和页岩微裂隙中架桥封堵形成内泥饼,阻缓滤液侵入,提高地层强度;KCl 和聚胺复配使用实现对黏土地层的强抑制作用;体系中的铝酸盐络合物进入页岩基质,通过pH 值的降低或与地层流体中高价离子反应而就地沉淀胶结,协同胶粒的物理封堵作用形成选择性渗透膜。
该体系已在多口深水定向井中使用,其体系组成如表1 所示。
表2为该体系在水深782 m 和1311 m 的2 口井中的性能指标。
在黑海地区的深水钻井中,其高活性页岩地层经常引起钻井事故。
在水深2018 m 的深水井中使用了聚胺高性能水基钻井液,顺利钻穿大段活性黏土层,缩短了工时。
在东墨西哥湾地区 2 口水深分别为2774m 和2730 m 的深水探井中使用了聚胺高性能水基钻井液,钻速可达156.3 m/d。
体系中加入15%~20% NaCl抑制水合物生成。
使用黄原胶提高低剪切速率黏度,聚胺的使用提高了黄原胶的热稳定性,使该体系可在149℃范围内维持良好的流变性。