海洋深水钻井液研究进展石工5班四组张雪薇1.doc
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1、海洋深水钻井液研究进展石工11-5班 4组 张雪薇近年来,世界各国掀起了海洋深水石油天然气勘探开发的高潮。海洋深水钻井是深水油气资源勘探和开发的必要手段,由于深水海洋环境和地质情况特殊,存在低温、浅水流、浅层气及气体水合物、低破裂压力梯度和不稳定地层等问题,这给深水钻井作业带来诸多困难。海洋深水钻井液技术是深水钻井的关键技术之一,上述问题大多与其密切相关。因此,在钻井设计阶段应针对海洋深水特殊环境,选择合适的钻井液体系以避免或减少钻井事故的发生,保证深水钻井作业的顺利进行。1、 深海钻井的定义及一般要求 深水钻井一般指在海上作业中水深超过 900 m的钻井,水深大于 1500 m时为超深水钻井
2、。近年来随着海洋石油储量开采比例的不断增加,海洋石油勘探逐步向深水区域发展。然而,深水钻井所涉及的钻井环境温度低、钻井液用量大、海底页岩稳定性、井眼清洗、浅水流动、浅层天然气及形成的气体水合物等问题,给钻井、完井带来严峻的挑战。世界上许多国家都开始了对深水钻井技术方面的研究,并在一些地区应用取得了成功。 海洋深水钻井对钻井液体系的具体要求如下:1. 能够有效地抑制气体水合物的产生; 在大直径井眼中具有良好的悬浮和清除钻屑能力;2. 具有较强的抑制性,能有效稳定弱胶结地层;3. 在低温下具有良好的流变特性;4. 具有良好的润滑性;5. 具有较低的当量循环密度 ( ECD) ; 6.防泥包效果好,
3、 可有效提高机械钻速 ( ROP) 。二、深水钻井带来的主要问题以及解决办法 与浅海区域相比,深海钻井液技术主要面临以下问题: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,这些问题给钻井工作带来了诸多困难,同时对钻井液技术了更高的要求: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。在深水区中,由于地质作用导致胶结性较差,易于膨胀、分散,导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中。针对海底页岩稳定性问题,采取了加入一定量的页岩稳定 剂的措施,如在挪威的深水钻井钻井液中主要加入无机盐 ( NaC1、CaCl
4、2) 和具有浊点的聚合醇,以达到增强页岩稳定性的目的。2. 钻井液用量大。因为海洋钻井需要采用隔水管,加上平台钻井液系统,所以钻井液需用量比其他同样深度但钻井条件不同井大得多。了减少钻井液的用量,采取以下措施:钻井中为了避免复杂情况的发生,一般多下几层套管,因此 所需的井眼直径也相应增大。深水钻井时应配备3台高频振动筛,以及大流量的除砂器和除泥器等固控设备;在非加重的钻井液中,固相的有效清除率应大于75%,将钻井液中的钻屑含量控制在适当的范围内,可节省大量的钻井液费用 。3. 井眼清洗。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
5、井液清洗井眼的能力提出高要求 ,一般采用稠浆清洗 、稀浆清洗 、联合清洗 、增加低剪切速率粘度,以及有规律地短程起下钻等方法,均有助于钻井过程中钻屑的清除。据资料显示,使用与钻井过程中钻井液粘度不同的钻井液清除钻屑效果明显,比如使用稀浆钻进,稠浆清洗钻屑 。4. 浅层气与气体水合物。深水钻井作业中,气体水合物的形成不仅是一个经济问题,更是一个安全问题。气体水合物类似于冰的结构,主要由气体分子和水分子组成,一旦形成气体水合物,就会等,堵塞气管、导管、隔水管和海底防喷器从而造成严重的事故。为了防止深水钻井作业中形成气体水合物,目前国外通用的方法是在钻井作业过程中使用高盐钻井液,这种体系一般可以使形
6、成气体水合物的温度比使用淡水钻井液低13.9 15.6 。为了进一步降低形成天然气水合物的可能性,也可以在钻井液中加入一定量的醇类,使形成气体水合物的温度再降低 5.68.3 。通过这些措施 ,可以使形成气体水合物的温度总共降低19.523.9 (一定压力条件下)。5. 温度过低。随着水的深度加大,钻井环境的温度也 越来越低,给钻井和采油作业带来很多问题。如在低温下,钻井液的粘度和切力大幅度上升,而且会出现显著的胶凝现象,增加形成天然气水合物的可能性。目前主要是采用在管汇外加有绝缘层的方法,这样可以在停止生产期间保持设备的温度,防止因温度降低而形成水合物。6. 地层孔隙压力和破裂压力之间“窗口
7、”狭窄。深水区域上覆岩层相当一部分由海水替代,因此上覆岩层压力与陆地上相比偏低,由于地层具有较低的破裂压力而空隙压力没有很大的变化,这就使孔隙压力与破裂压力之间的差变得非常小。对于相同沉积厚度的地层来说,随着水深的增加,地层的破裂压力梯度在降低,致使破裂压力梯度和地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄,深海钻井尤其是表层地层容易出现井漏等井下复杂情况。 7.海洋环保问题。由于海洋环保法要求苛刻,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。 三、现今海洋深水钻井常用钻井液体系深水钻井体系大致可分为两类,第一类为深水水基钻井液体系,一般来说, 只要能够抑制水合物形成和减少粘土带来的问题,
8、 就可以使用深水水基钻井液体系, 该体系包括高盐/ 聚合物、胺基聚合物等体系;第二类为深水油基/混合基钻井液体系,其中合成基钻井液在世界深水钻井作业中已大量应用。1. 深水水基钻井液体系 一般来说,只要能够抑制水合物形成和减少粘土带来的问题,,就可以使用深水水基钻井液体系,该体系包括高盐/ 聚合物、胺基聚合物等体系。 1.1高盐/ 聚合物钻井液体系高盐/ 聚合物钻井液体系是一套应用了几十年的体系, 其常用处理剂有 NaCl、KCl、PH PA ( 部分水解聚丙烯酰胺) 、聚合醇、乙二醇等, 该体系有如下优点: 生物毒性低;生物降解较快;3有效抑制气体水合物的生成。 但是, 由于该体系中含有高浓
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