小井眼钻井液性能研究.pdf

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石油天然气学报(江汉石油学院学报)2013年11月第35卷第11期
Journal of Oil and Gas Technology (J JP1)Nov 2013 Vol 35 No 11
101
小井眼钴井液性能研究
王平双,邢希金,刘书杰(中海油研究总院,北京10007
罗刚,部福昌(荆州市汉科新技术研究所,湖北荆州434000
[摘要]由于小井眼环空间隙小,小井眼钻井较常规井钻井具有更大的难度,对钻井液提出了更高的要
求。研究了适合海上某井密度为1.50g/cm3的小井眼钻井液的配方及性能。结果表明,该小井眼钻井液
具有流变性、漶失量、抻制性、润滑性等良好的综合性能,很好地保证了目标井的当量循环密度(Pe)
的控制,从而有效地防止小井眼环空间腺小、P。过高而压漏地层,能够满足目标井小井眼钻井要求
[关键词了小井眼井;钻井液;钻井要求
中图分类号]TE254.3
文献标志码]A[文章编号]1000-9752(2013)11~0101-04
为小井眼井。但周煌辉等认为穿透目的层的井段是用小于7in钻头钻成的井眼也可以称为小并秦
一般认为井筒中大于90%的井眼直径小于7in(1in=2.54cm)或70%的井眼直径小于6in的井
小井眼钻井的关键技术是环空水力学。它不仅涉及到环空钻屑举升、环空压耗、井壁稳定、钻具与
井壁的润滑等,还与正确选择钴井工艺参数有关。环空压力损失很高,成为小井眼水力学研究中必须
首先研究的核心问题。笔者根据海上某井的井身结构,结合小井眼对钻井液的要求,研究出了适合该
井的小井眼钻井液。该体系既具有常规钻井液良好的综合性能,又很好地控制了钻井液的当量循环密度
(Pe),从而保证小井眼钴井施工的安全。
1体系的基本配方及基本性能
室内通过大量处理剂的优选以及处理剂加量对钴井液性能影响规律的研究,最终研究出了适合海上
某井小井眼钻井液的配方,其基本配方为
100ml海水+0.2gNa2CO3+0.3g包被剂PF-PLH+0.2g流型调节剂PF-XC+2g降滤失剂HFL-X
+2g页岩防塌剂PF-TEX+2g润滑剂HLB+2g防水锁剂HARD,甲酸钠加重到1.25g/cm3,重晶石
加重到1.50g/cm
该配方钴井液的基本性能见表1
表1小井眼钻井液基本性能
热滚条件
/(mPa?s)Ap/(mPas)
R
ms
Vhhn /MI
滚前
35.5
9.5
滚后
28.5
注1:热滚条件为150℃×16h;流变性测试温度为50℃;高温高压滤失条件为150℃×3.5MPaX30min。
注2:A为表观黏度;p为塑性黏度;a为动切力;Rゅ为动塑比;No、No分别为六速旋转黏度计6、3r/min对应的读值;VAPI为
API滤失量;Vhnp为高温高压滤失量
2体系的常规性能评价
2.1不同密度钻井液的性能
配方:100ml海水十0.2gNa2CO2+0.3g包被剂PF-PLH+0.2g流型调节剂PF-XC+2g降滤失剂
[收稿日期]2013~06-06
作者简介]王平双(1959-),男,1982年华东石油学院毕业,高级工程师,现主要从事海洋钻完井工程方面研究。
石油天?气ユ程
2013年11月
HFL-X十2g页岩防塌剂PF-TEX+2g润滑剂HLB+2g防水锁剂HAR-D,甲酸钠加重到1.25g/cm
重晶石加重至所需密度
表2不同密度小井眼钻井液性能
密度/(g?cm~3)热滚条件Aa/(mPa?s)a/(mPas)
滚前
滚后
滚前
滚后
28.5
滚前
滚后
27
10.0
0.37
注:热滚条件为150℃×16h;流变性测试温度为50℃。
从表2中数据可以看出,随着密度的增大,体系a和均有所增加,体系总体性能变化不大。说
明研制的小井眼钴井液体系流变性能稳定,在一定的密度范围可调。
2.2体系的抑制能力评价
小环空间隙致使钻具容易发生卡钻,钻井液应能抑制地层造浆以防止塑性泥页岩地层水化膨胀产生
缩径,维护井壁稳定,避免发生井塌、卡钻等复杂情况。室内对研制的小井眼针井液抑制能力进行了评
价,主要从岩屑的150℃条件下热滚回收率和16h线性膨胀率两个方面来进行评价,热滚回收率高和线
性膨胀率小,说明体系的抑制性能好。结果表明:钻屑在小井眼钴井液体系中的热滚回收率高达92%
16h的线性膨胀率仅为9.5%,说明研制的小井眼钻井液体系具有很强的抑制黏土水化能力
2.3体系的润滑性
由于小井眼的环空间隙小,要求钴井液
表3小井眼钻井液的润滑能力
必须具备良好的润滑性以改善摩阻和減小钻润滑剂LB质量浓度
润滑系数降低率
润滑系数
/(mg?L-)
具黏卡机会。室内采用FP极压润滑仪分
000
0.151
别测定润滑剂HILB不同质量浓度的极压润
滑系数,结果见表3。由表3结果表明,润
0.998
30000
0.093
滑剂HLB加入后,体系极压润滑值明显降
注:表中空自表示无此项
低,说明极压润滑剂加人后能够明显地改变
体系的润滑性能,有助于降低钻井过程中的摩阻、降低扭矩,能够有利于减少井下复杂情况的发生。
3当量循环密度(ps)计算
3.1pe的计算公式
环空间隙小是小井眼井身结构的一个主要特点,所以钻井液密度的使用范围变窄。小间隙环空的存
在极易造成井漏、压差卡钻及丧失循环等情况的出现。因此合理控制p,是解决小井眼钻井液密度窗口
的安全以及快速钻井的关键问题。
研究和实践表明,钻井液的m可定义为钻井液的当量静态密度与钴井液流动造成环空压力损失转
化的密度之和,其计算方法可用如下方程表示:
H
式中:P为当量循环密度,g/cm3;a。为钻井液静态密度,g/cm;△か为环空压耗,Pa;g为重力加速度,
9.8m/s2;H为井深,m
3.2海上某井的基本情况
海上某井主要采取四开结构,斜深4546.0m,垂深3887.0m。其中三开和四开的套管程序为7in