1、深井超深井水基钻井液技术,一 前言 二 高温高压对水基钻井液的影响 三 高温高压钻井液关键技术 四 技术措施 五 钻井实例 六 总结,一 前言,深井通常是指完钻井深为45006000米的井，超深井通常指完钻井深为6000米以上的井。近年来，深井、超深井的数量越来越多。钻井实践表明，当钻遇七八千米的超深井时，正常温度梯度就可以使井底温度达到200250，因此温度可能会更高。 由于井深增加，井底处于高温和高压条件下，钻进井段长而且有大段裸眼，还要钻穿许多复杂地层，因此其作业条件比一般井要苛刻得多，于是对钻井液的性能也提出了更高的要求。,由于深井井底温度可达200250或更高,压力可达1500200
2、0大气压,一般认为高压对水基钻井液性能没有显著影响,但是温度的影响却十分显著,因而深井水基钻井液的主要问题是抗高温,其核心就是抗高温的处理剂。在中国，抗200以上高温的水基钻井液虽然已经获得室内多方面研究，但是其应用技术还不是很成熟。,在高温条件下，钻井液中的各种组分均会发生降解、发酵、增稠及失效等变化，从而使钻井液的性能发生剧变，并且不易调整和控制，严重时将导致钻井作业无法正常进行；而伴随着高的地层压力，钻井液必须具有很高的密度，从而造成钻井液中固相含量很高。这种情况下，发生压差卡钻及井漏、井喷等井下复杂情况的可能性会大大增加，欲保持钻井液良好的流变性和较低的滤失量亦会更加困难。此时使用常规
3、钻井液已无法满足钻井工程的要求，而必须使用具有以下特点的深井钻井液：,具有抗高温的能力 具有良好的高温流变性 具有良好的润滑性 具有包被抑制性 具有良好的造壁性和防垮塌能力 具有良好的悬浮性和携砂能力 对于含膏盐地层，还要具有较强的抗盐抗钙能力和防止蠕变缩径、井壁溶蚀坍塌能力,二 高温高压对水基钻井液的影响,1） 对密度的影响高温高压环境下的超深井钻井液密度 不再是一个常数,而是随温度和压力的变化 而变化。由于深井井底温度高,高密度钻井液的处理异常复杂,经常陷入加重增稠降黏加重剂沉降密度下降再次加重的恶性循环,甚至导致卡钻。,2) 对黏土的影响(1)黏土的高温分散作用 通过实验得知,钻井液中黏
4、土的高温分散本质上是水化分散,而高温只是激化了这种作用而已。高温分散作用使钻井液中黏土粒子浓度增加,因此,对钻井液的流变性有很大的影响,而且这种影响是不可逆的和不可恢复的。,(2)黏土的高温聚结作用 黏土粒子高温聚结对钻井液性能的影响很明显,主要是因为高温聚结使钻井液中的颗粒数目减少,粒径增大,从而增大了滤饼的渗透率,使滤饼质量降低,增加钻井液滤失量。 (3)钻井液中黏土颗粒的高温钝化 实验发现,黏土悬浮体经高温作用后,黏土粒子表面活性降低,这就是黏土粒子表面高温钝化。高温钝化后钻井液的分散度、黏度增加的同时,动切力和静切力却增加不多,有时甚至下降,这个现象在悬浮体中黏土含量较低时普遍存在。,
5、3) 对钻井液处理剂的影响 (1)高温降解 高温降解是有机高分子化合物因高温而产生分子链断裂的现象。对于钻井液处理剂,高温降解包括高分子主链断裂,亲水基团与主链联结链的断裂2个方面,前者使处理剂分子量降低,部分或全部失去高分子性质,从而导致处理剂部分或全部失效,后者降低处理剂亲水性或吸附能力,从而使处理剂抗盐抗钙能力和效能降低,以致丧失其作用。,(2)高温交联一般的有机高分子处理剂(特别是天然高分子)都能发生高温交联,高温交联可能产生2个结果。一是高分子交联过度,形成三维的空间网状结构,成为体型高聚物,则处理剂失去水溶性,整个体系成为冻胶,处理剂完全失效;二是处理剂交联适当,增大分子量,抵消了
6、降解的破坏作用,从而保持以至增大处理剂的效能。另外, 2种处理剂适当交联可使其亲水能力和吸附能力互为补充,其结果相当于处理剂进一步改性增效。,4）黏土颗粒和处理剂相互作用 (1)高温解吸附。处理剂这种高温下的解吸作用会大大影响高温下的性能和热稳定性。保证处理剂在高温下的吸附能力是高温高压钻井液工作必须考虑的重要问题,这主要是由处理剂的吸附基团的本性和数量决定的。 (2)去水化作用。在高温下处理剂的亲水基会发生去水作用,导致黏土粒子水化膜减薄,促进了高温聚结作用,这样必然使高温下滤失量上升,流变性变坏,这种变化亦具有可逆性。,5）高温高压对水基钻井液的影响特点 (1)恶化钻井液性能。随着温度的增
7、加,钻井液的各种性能都会随之而发生改变。一般而言,升温使钻井液的造壁性能变坏,即滤饼变厚,渗透性变大,滤失量增高。 (2)降低钻井液的热稳定性。高温使钻井液中各组分本身及各组分之间在低温下本来不易发生的变化、不剧烈反应、不显著的影响都变得激化,这些作用的结果必然严重改变、损害以至完全破坏钻液原有性能。,(3)高温对钻井液流变性、热稳定性的影响。高温增稠;高温减稠;高温固化。 (4)降低钻井液的pH值。钻井液经高温作用后pH值下降,其下降程度视钻井液体系不同而异。钻井液矿化度越高,其下降程度越大,在高温下的饱和盐水钻井液pH值一般下降到78。pH值下降必然会恶化钻井液性能,影响钻井液的热稳定性。
8、 (5)提高了处理剂加量。经验表明,高温钻井液比浅井常规钻井液消耗更多的处理剂。,三 高温高压钻井液关键技术,(1)研制开发和使用高效抗高温处理剂,避免处理剂在高温高压作用下产生高温降解或交联作用而导致大部分或部分失效。 (2)提高钻井液体系的整体抗温性能,并严格控制钻井液中的细质土(包括加入的膨润土、钻屑和随重晶石加入的细质土)含量,避免细质土产生高温分散或高温聚结作用。,(3)高温高压钻井液流变性调控技术,解决当量钻井液密度与钻井液密度差别大、安全密度窗口窄的矛盾。 (4)高温超压地层井壁稳定技术。 (5)储层保护技术,具有较高的动态污染渗透率恢复值。,四 技术措施,（1）确定合理的钻井液
9、密度是稳定井壁、防止压差压漏地层、防止黏卡和井喷等复杂事故的保证,并有利于及时发现油气层。 （2）严格控制活性黏土含量,随着密度、温度的升高,应努力降低黏土含量。 （3）搞好固控设备的维护与使用,严格控制有害固相含量,是保证钻井液高温稳定性、润滑性和抗盐抗钙能力的关键。,（4）控制起下钻速度,避免引起压力激动,减小油气层内部黏土颗粒的运移。 （5）控制API滤失量在5 mL以内,高温高压滤失量在12 mL以内。 （6）发生井漏时,分析其原因,再考虑降低密度,采用暂堵技术,不使用永久性堵漏材料。,(7) 盐膏层在高温高压下具有塑性流动性,易导致缩径、卡钻等工程事故。钻遇盐膏层前对钻井液进行抗污染
10、试验,制定出具体维护处理方案。保证钻井液必须具有极强的抗污染能力,能抵制石膏、岩盐等无机盐等的污染。 （8）对含硫化氢地层，应在钻井液中提前加入碱式碳酸锌，定期测量钻井液滤液,常测钻井液pH，提高钻井液的pH值至1011。,五 钻井实例,实例一 英深1井，位于塔里木盆地，2003年11月开钻，2005年11月完钻。完钻井深7258米，井底温度171度，井底压力160MPa,抗高温泥浆选采用KCL-聚磺钻井液。实例二 塔深1井，位于塔里木盆地 2005年4月开钻，2006年7月完钻。完钻井深8408米，是目前亚洲最深井。在井深6 800 m8408m井段采用抗高温聚磺钻井液，井底温度预计为180。,六 总结,总而言之，深井和超深井深部地层的高温环境给钻井液能否维持稳定的性能带来了极大的挑战。尽管油基钻井液具有耐温能力高和润滑性能好等优点，但它同时存在污染比较严重和成本比较高的问题，且安全风险大，因此抗高温水基钻井液的发展备受重视。抗高温水基钻井液的关键是抗高温的钻井液处理剂，尤其是高温条件下性能稳定的降滤失剂。,谢谢观赏！Thanks!,
