空心玻璃微珠鉆井液在海洋深水鉆井中的應(yīng)用研究

王都謝志濤羅斐

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢，430100）

（2.油氣鉆井技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏研究室，湖北 武漢 430100）

（3.新疆油田公司工程技術(shù)研究院方案規(guī)劃研究所,新疆 克拉瑪依 834000

（4.昆侖能源湖北黃岡液化天然氣有限公司，湖北 黃岡 438000）

空心玻璃微珠鉆井液在海洋深水鉆井中的應(yīng)用研究

王都1,2謝志濤3羅斐4

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢，430100）

（2.油氣鉆井技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏研究室，湖北 武漢 430100）

（3.新疆油田公司工程技術(shù)研究院方案規(guī)劃研究所,新疆 克拉瑪依 834000

（4.昆侖能源湖北黃岡液化天然氣有限公司，湖北 黃岡 438000）

海洋深水淺部地層破裂壓力低，在鉆進(jìn)過程中面臨窄密度窗口的難題，通過添加空心玻璃微珠的密度減輕技術(shù)在海洋深水鉆井中應(yīng)用得越來越廣泛，本文首先在實(shí)驗(yàn)室研究了空心玻璃微珠P62的性能，再通過現(xiàn)場應(yīng)用，在鉆進(jìn)過程中加入空心玻璃微珠，有效的減輕了鉆井液比重。此方法有實(shí)用價(jià)值，值得推廣。

空心玻璃微珠;破裂壓力低;操作簡單

隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，石油勘探開發(fā)已經(jīng)由淺水逐步轉(zhuǎn)向了深水，與常規(guī)陸地、淺水勘探開發(fā)相比，海洋深水鉆井面臨的裝備要求高，成本大，風(fēng)險(xiǎn)高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉆井過程中每年因井壁失穩(wěn)的經(jīng)濟(jì)損失超過10億美元[1]對(duì)于深水鉆井，其中鉆井液安全密度窗口窄就是一個(gè)十分突出的問題，發(fā)生井壁失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)更大[2]，能夠在關(guān)鍵時(shí)間降低鉆井液密度顯得尤為重要。而空心玻璃微珠就是一種密度小、穩(wěn)定性好、抗壓強(qiáng)度高、能夠有效降低鉆井液密度的硅酸鹽納米級(jí)材料。

1 海洋深水鉆井難點(diǎn)

在深水鉆井中，泥漿密度窗口窄的問題是由于海洋地層上部被海水替代，且下部地層主要是由固結(jié)程度較低的土壤和泥土組成，強(qiáng)度相對(duì)較低，與陸地地層相比其上覆巖層壓力較低，此類環(huán)境下壓實(shí)程度較差，往往表現(xiàn)出破裂壓力較低，導(dǎo)致鉆井液安全密度窗口窄，極易發(fā)生井漏、坍塌等事故。

2 空心玻璃微珠鉆井液性能評(píng)價(jià)及應(yīng)用

2.1 物理性質(zhì)

空心玻璃微珠為單胞堿石灰硅酸硼類，能抗高溫高壓，PH值為9.0—9.8[3].筆者在實(shí)驗(yàn)中選用的是P62，P62是一種高性能空心玻璃微珠，壁厚1～3.5μm，

球體內(nèi)充有稀薄的氮?dú)狻⒍趸嫉葰怏w，是一種新型的無機(jī)非金屬填充型材料。具有粒徑為10～120μm的球體，流動(dòng)性好，易泵送；真密度0.20g/cm3～0.60g/cm3；抗壓強(qiáng)度可達(dá)60MPa，不易壓縮等特點(diǎn)。

2.2 穩(wěn)定性

將空心玻璃微珠加入到不同水基鉆井液靜置觀察，24h后觀察未出現(xiàn)分層、上浮現(xiàn)象。對(duì)分別含有0～45%的P62聚合物鉆井液在常溫下進(jìn)行鉆井液性能測試，結(jié)果如下表1

表1 空心玻璃微珠加量對(duì)鉆井液性能的影響

實(shí)驗(yàn)表明玻璃微珠從0加到45%，鉆井液密度可以降到0.59g/cm3,API失水量在加量0到30%時(shí)失水量從6ml～14.6ml，而當(dāng)加量在45%時(shí)，失水量降到10.8，由此說明加入空心玻璃微珠對(duì)鉆井液API漏失量影響較小。

2.3 配伍性

為了考察P62與不同鉆井液的配伍性，在聚合物鉆井液、油基鉆井液和海水中分別加入0～45%的P62，然后測定其常溫下的流變性。鉆井液動(dòng)切力和塑性粘度隨著P62的加量變化情況分別如下圖3和圖4

圖3 不同鉆井液中玻璃微珠加量塑性粘度的關(guān)系

圖4 鉆井液中玻璃微珠加量與動(dòng)切力的關(guān)系

由圖3和圖4可以看出，在空心玻璃微珠的加量在0～45%時(shí)，對(duì)不同鉆井液的塑性粘度與動(dòng)切力影響效果小，說明其配伍性好。

2.4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

南海鶯歌海盆地某勘探井水深1713米，海底溫度大約5℃。在鉆進(jìn)井深2625米時(shí)，使用深水鉆井液體系HEM，測得鉆井液密度為1.06～1.1，在鉆進(jìn)時(shí)需要降低鉆井液密度。為滿足設(shè)計(jì)密度要求，加量5%P62玻璃微珠，此時(shí)測得入口端鉆井液密度1.01～1.07，結(jié)果表明P62玻璃微珠在需要降低密度時(shí)使用，效果明顯。

3 結(jié)語

3.1 優(yōu)選出的P62高性能空心玻璃微珠，流動(dòng)性好，易泵送，密度為0.2g/cm3～0.6g/cm3,抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到60MPa，適用于深水鉆井設(shè)備，能夠有效的降低鉆井液密度。

3.2 空心玻璃微珠的穩(wěn)定性好，能夠保持鉆井液純液相狀態(tài)，易于控制其性能，而且能夠回收利用，減少鉆井液配制成本。

3.3 添加空心玻璃微珠簡單，易操作，設(shè)備要求低，能夠降低海洋深水鉆井的風(fēng)險(xiǎn)。

[1]蔚寶華，鄧金根等.深水鉆井井壁穩(wěn)定性評(píng)估技術(shù)及其應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2011，33（6）：1-4.

[2]孫清華，鄧金根等.深水淺層破裂壓力計(jì)算方法[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2015,46（4）：1402-1408.

[3]李燕梅，浦曉林，候勤立等.空心玻璃微珠球低密度水基鉆井液技術(shù)[J].2008,25(1):18-20.