高温高压条件下钻井液密度研究

摘
要
研 究 了温度和压力对钻井液 当量静态 密度 （ Ｅ Ｓ Ｄ）的影响 ，建立 了高温高压条件下钻 井液 当量循环 密 度 （ Ｅ Ｃ Ｄ）模型，利用 南海 莺琼盆地某井的数据进行 了钻井液循环模 拟计算，结果显示： （ １ ）井底压力随
着地 温梯度 的升高而降低 ， （ ２ ） 钻 井液入 口温度 对于井底压力 的影响较小， （ ３ ） 井底压力 随着钻井液循 环速度 的增大 而升高。
面密 度减 小 了 １ ４ ％。因此 确定高 温高 压井 中钻井 液 的密 度 关系 到钻 井 作业 的成败 。 高温 高压 钻井 具有 很大风 险 ，但 是多数 都与地 层压 力过 高有关 ，通常应 当使用密度 足够 高 的钻井 液， 但 是这样 往往 会导 致压漏 同一 井眼段 压 力正常 的层段 ，如果 降低钻井 液密 度 ， 又会 导致溢 流发 生 。 也就 是说 钻井 液 的安全密度 窗 口过窄 ，有时甚 至 小于钻井 液 的循环压 降 ，使得 井漏 与溢 流经 常同 时发
高温高压条件下钻 井液密度研 究
姜智博 １ ， ２ ， ３ ，张兴 ｉ 全２ ， ３ 李峰 飞
（ １ ．中海 油研 究总院 ，北京 １ ０ ０ ０ ２ ７ ；２ ．中国石油勘探 开发研究院，北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ；
３ ． 中国石 油集 团 钻 井工程技 术研 究院，北京 １ ０ ０ １ ９ ５ ）
生 。此 外 ，高温 高压 深井 的起钻作 业 时 间较长 ，由于钻 井液 密度 降低 ，与起 钻过 程的抽 吸效应 共 同作
用 ，很有可 能会 诱发 井涌 、井 喷等事 故 。因此 ，建立准 确 的钻井 液 当量 循环密 度模 型 ，精确 计算 井筒 环 空压 力剖面 ，有 效控制 井眼 的完整 性与 稳定性 ，才 能确保 高温 高压钻 井作 业 的安全顺 利进行 。
１ 高温 高 压对 钻 井 液 当量 静态 密度 （ Ｅ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ｄ）的影 响
钻 井液 受到热 胀冷 缩 的影 响 ，温度 升 高 ，钻井 液体积会 膨胀 ，密度 就会减 小 ，但是 压力增 大 ，钻 井 液 体积又被 压 缩 ，密 度反 而会增 加 ，因此有 必要研 究温 度和 压力 究竟如 何控 制和影 响钻井 液密 度 ，
５ ４卷 增刊 ２ ２ ０ １ ３年 Ｉ １月
中 国 造 船 Ｓ ＨＩ Ｐ ＢＵ Ｉ Ｌ Ｄ Ｉ ＮＧ Ｏ Ｆ Ｃ ＨＩ ＮＡ
Ｖｏ １ ． ５ ４ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ２
ＮＯ Ｖ ． ２ Ｏｌ ３
文 章编 号：１ ０ ０ ０ ． ４ ８ ８ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ￥ ２ ． ０ ２ ９ ２ ． ０ ５
盆地 、陆上 的塔 西 南油 田、川 东油气 田等地 都遇 到 了高温 高压钻完 井难 题 。其 中之 一就 是钻井 液密 度 不再 是一 个定值 ，而 是 随着 压 力和温 度 的变 化而变 化 。例如 某种 不含加 重材料 的合 成油机 钻井 液 ，在
地面 测得 密度 为 ０ ． ７ ９ ｇ ／ ｃ ｍ３ ，在 井深 ４ ９ ７ ７ ｍ 处 ，温 度 为 ２ ０ １ ℃，测得钻 井液 密度 为 ０ ． ６ ８ ｇ ／ ｃ ｍ３ ，相 对地
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姜智博 ，等 ：高温高压条件下钻井液密度研究
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Ａ ｄ ａ ｍｓ ｏ ｎ等 人认 为 高温 高压对 钻 井液密 度 的影 响足 以导致 井 眼 出现 失 稳 的状 况 ［ ２ 】 ； Ｐ ｅ ｔ ｅ ｒ 等 人根 据不 同 钻 井 液 成 分建 立 了预 测钻 井 液 密 度 的 模 型［ 】 ；Ｋｅ ｍ ｐ 等 人 提 出 了纯 盐 水和 混 合 盐水 的密 度模 型【 】 ； Ｈｏ ｂ ｅ ｒ ｏ ｃ ｋ 等人 根据 物质 平衡 理 论 ，提 出 了水基 和 柴油基 钻井 液 密度 预测模 型【 ５ 】 ；Ｂ ａ ｂ ｕ在 预测 钻井 液 密 度 经验 模 型 的基础 上 ，计算 了钻 井液 密 度变 化对 静态压 力 的影 响【 ６ ］ ；Ｋｕ ｔ ａ ｓ ｏ ｖ 提 出 了预 测钻 井液 密 度 的经验 模 型 １ ；鄢 捷年 和汪 海 阁也 通过 大量 室 内实验 提 出了经 验模 型 刚 。 其 实关 于钻井 液 密度模 型 的研 究无 非 是两种 ， 一种 以 Ｈ ｏ ｂ ｅ ｒ ｏ ｃ ｋ为代 表 根据 钻井 液不 同成分 在 高
关 于 钻 井液 密 度 在 高温 高 压 条 件 下 的变 化 规 律 ， 国外 已有很 多学 者 提 出过 不 同模 型 。Ｋｅ ｅ ｌ ａ ｎ
基金项 目：国家科技重大专项 “ 深 水钻 完井工程技术 ”（ 编 号：２ ０ １ １ Ｚ Ｘ ０ ５ ０ ２ ６ — ０ ０ １ ）部分研究成果。
从而精确计算井筒的环空压力剖面 。 建立高温高压钻井条件下精确 的井底压力预测模型，关键就在于
确 定钻 井液密 度 随井深 的变化 规律 ，建立 高温 高压井 的 当量 静态 密度和 当量 动态 密度 的积 分模 型 ，从 而 精确 计算井 底 压力 ，满足 安全钻 井 的需要 ，为钻井 设计 计算 与施 工提供 可靠 的理论 依据 。
关 键 词： 高温高压；钻井液；当量循环密度；模拟计算
０ 引 言
高温 高压 钻井一 直是 一项 世界性 的难题 。 通 常将 井底温 度大 于 １ ５ ０ ℃， 地 层孔 隙压 力大于 ６ ８ ． ９ ＭＰ ａ
（ １ ０ ０ ０ ０ ｐ ｓ ｉ ）或地层 孔 隙压力 当量 泥浆密 度大于 １ ． ８ ０ ｇ ／ ｃ ｍ３ 的井称 为高温 高 压井 【 １ 】 。在 我 国南海 的莺琼
温 高压条件下不同变化规律所提出的复合模型；一种以 Ｋ ｕ ｔ ａ ｓ ｏ ｖ为代表 ，基于大量室 内实验数据提出
的经 验模 型 。
Ｈ ｏ ｂ ｅ ｒ ｏ ｃ ｋ的 复合模 型 【 ５ 】 为