深水条件下气制油合成基钻井液流变性和流变模式研究

第２２卷　第６期　２（）１０年１２月　中国海上油气　ＣＨＩＮＡ　ＯＦＦＳＨＯＲＥ　ＯＩＩ　ＡＮＤ　ＧＡＳ　Ｖｏ１．２２　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．２（）１０　深水条件下气制油合成基钻井液流变性和流变模式研究＊　李怀科　王　楠　田荣剑　李自立　严海源　（１．中海油田服务股份有限公司油田化学事业部技术发展中心；　２．【｝ｌ海油田服务股份有限公司油田化学事业郡深圳基地）　摘　要　深水钻井条件下钻井液面，临低温高压问题。通过室内实验研究了深水条件下气制油合成基　钻井液的流变性和流变模式。实验结果表明：低温条件下，高剪切速率时剪切应力随着压力的升高而　升高，低剪切速率时剪切应力受压力的影响不大；表观粘度、塑性粘度随着压力的升高而增大，随着温　度的升高而减小；动切力受温度和压力的影响较小，有利于井下压力控制。流变曲线拟合结果表明，　宾汉、卡森、赫谢尔一巴尔克莱（Ｈ＿Ｂ）等３种流变模式均能较好地表征深水条件下气制油合成基钻井液的　流变性，但卡森模式和Ｈ—Ｂ模式计算复杂，因此在精度要求范围内，建议采用宾汉模式进行水力学计算。　关键词　深水低温高压　气制油合成基钻井液　流变模式　流变性　确定钻井液流变模式是对钻井液流变性进行定　量表征的前提，对钻井过程中的水力学计算具有重　要意义［１　］。深水（水深５００～１　５００　ＩＴＩ　）钻井条件　下钻井液面临低温高压问题，要准确计算钻井过程　中的环空压耗和当量循环密度，必须先确定深水钻　井条件下钻井液符合哪种流变模式，并用该流变模　式表征体系的流变性。Ｄａｖｉｓｏｎ研究表明【　，深水　钻井条件下赫谢尔一巴尔克莱模式（Ｈ—Ｂ模式）和卡　流体的流变参数。以水深１　００（）ｍ，钻探深度　３　０００　ｍ的深水井为例，海底泥线处的温度约４＿Ｃ，　泥浆经隔水管循环至井口温度约４（）Ｃ，井底静液柱　压力约３０　ＭＰａ，因此实验过程中选取４、１５、２５、４（）、　５（）℃等５个温度点作为实验温度，选择０．Ｉ、７、１４、　２１、２８、３５　ＭＰａ等６个压力点作为实验压力。研究　对象选用已成功应用于我国渤海及印度尼西亚海域　的气制油合成基钻井液。　森模式能很好地表征油基钻井液和合成基钻井液的　流变性，Ｈ—Ｂ模式也能表征水基钻井液的流变性，　２实验结果及分析　２．１流变性分析　卡森模式可以表征加重的盐和聚合物钻井液体系；　赵胜英、鄢捷年等［　研究了抗高温高密度水基钻井　液的流变性，建议采用卡森模式表征；赵怀珍、薛玉　志［“　通过研究推荐Ｈ　Ｂ模式作为抗高温水基钻井　液超高温高压条件下的流变模式。气制油合成基钻　井液是一种以水滴为分散相、气制油为连续相并添　加高效乳化剂、润湿剂、亲油胶体等配制而成的乳化　２．１．１低温下钻井液剪切应力变化规律　为了研究低温下气制油合成基钻井液的流变参　数与压力之间的变化规律，实验首先测定了４Ｃ时６　个不同压力下的流变参数，实验结果见表１，钻井液　流变曲线如图１所示。由图１、表１可以看出，低温条　件下，高剪切速率时气制油合成基钻井液的剪切应力　随着压力的升高而增加且增加幅度越来越大；低剪切　速率下剪切应力受压力的影响较小。　表ｌ低温条件下（４℃）气制油合成基钻井液流变数据　剪切速率　（Ｓ一　）钻井液　。这种钻井液粘度低，无多环芳烃，生物降　解能力强，既能满足环保要求，也适合深水钻井对钻　井液的要求，但其在深水条件下的流变性和流变模式　尚未见文献报道。笔者主要通过室内实验研究深水　不同压力下钻井液的剪切应力（Ｐａ）　条件下气制油合成基钻井液的流变性和流变模式。　０　１　ＭＰａ　７　ＭＰａ　１　４　ＭＰａ　２１　ＭＰａ　２８　ＭＰａ　３５　ＭＰ　ｌ实验仪器和实验方法　使用ＦａｎＩＸ７７型全自动钻井液流变仪（测试温　度范围一１（）～３１６℃，最高压力可达３０　０００　ＭＰａ）测　＊国家重大专项“深水油气田开发钻完井液及同井工程配套技术研究”（编号：２００８ＺＸ０５０２６一Ｏ０１　０４）部分研究内容。　第一作者简介：李怀科，男，助理工程师，２００９年毕业于中国石油大学（北京）油气井丁程专业，现主要从事油田化学和储层保护方面的研究。　地址：河北省廊坊市　河燕郊海油大街１８号油田化学事业部技术发展中心（邮编：０６５２０１）。Ｅ　ｍａｉｌ：ｌｉｈｕａｉｋｅ９９９＠１２６．ＣＯＦＩ１。电话：０３１６　３３６６０９４一　４（）８　中国海上油气　２０１０正　表２低温（４℃）及不同压力条件下气制油合成基钻井液剪切应力与剪切速率的拟合方程及其相关系数　３　结论　（１）低温条件下，高剪切速率时气制油合成基　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ａｎｄ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ＧＴＬ　ｂａｓｅｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｅｅｐｗａｔｅｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　钻井液的剪切应力随着压力的升高而升高，低剪切　速率下的剪切应力受压力的影响很小。　（２）低温条件下，气制油合成基钻井液的表观　粘度、塑性粘度随着压力的升高而升高；同一压力　Ｌｉ　Ｈ　ｕａｉｋｅ　Ｗａｎｇ　Ｎａｎ　Ｔｉａｎ　Ｒｏｎｇｊ　ｉａｎ　Ｌｉ　Ｚｉｌｉ　Ｙａｎ　Ｈａｉｙｕａｎ　（１．Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　Ｒｅｓｅａｒｃ　ｈ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，　Ｃｈｉｎａ　ＯｉｌＪ’ｉｅｌｄ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ　Ｌｔｄ．，Ｈｅｂｅｉ，０６５２０１；２．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　下，随着温度升高气制油合成基钻井液的表观粘度、　塑性粘度逐渐减小；动切力受温度和压力的影响变　化小，有利于井下压力控制。　Ｂａｓｅ，Ｃｈｉｎａ　ｏｉｕ　ｉｅｌｄ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ　Ｌｔｄ—Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，５１　８０６６）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｄｅｅｐｗａｔｅｒ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｔｈｅ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄｓ　ｆａｃｅｄ　ａｒｅ　ｌｏｗｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ａｎｄ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ＧＴＬ　ｂａｓｅｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｌｏｗｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａ—　ｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｓｈｅａｒ　ｒａｔｅ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｈａｄ　１ｉｔｔｌｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｔ　ｌｏｗｅｒ　ｓｈｅａｒ　ｒａｔｅ；ｔｈｅ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｉｎ—　ｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｈａｄ　ｌｉｔｔｌｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｐｏｉｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｂｅ　ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｏｗｎ　ｈｏｌｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｒｈｅｏｌｏｇ—　ｉｃａｌ　ｃｕｒｖｅ　ｒｅｇｒｅｓｓｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　Ｂｉｎｇｈａｍ　（３）宾汉、卡森、Ｈ—Ｂ三种流变模式均能较好地　表征深水条件下气制油合成基钻井液的流变性，但　卡森模式、Ｈ—Ｂ模式计算复杂，因此在精度要求范　围内，建议采用宾汉模式进行水力学计算。　参　考　文　献　［１］吴彬，向兴金，张岩，等．深水低温条件下水基钻井液的流变性　研究Ｉ－Ｊ］．钻井液与完井液，２００６，２３（３）：１２－１９．　［２］陈庭根，管志川．钻井工程理论及技术［Ｍ］．山东东营：石油大　学出版社，２０００．　Ｅ３］王言峰．深水钻井问题综述［Ｊ］．吐哈油气，２０１）９，１４（２）：　１６７　１７Ｏ．　Ｅ４］ＤＡＶＩＳＯＮ　Ｊ　Ｍ，ＣＬＡＲＹ　Ｓ，ＳＡＡＳＥＮ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｒｈｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｅｅｐｗａｔｅｒ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｃｏｎｄｉ—　ｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｄｏｗｎｈｏｌｅ　ｍｏｄｅｌ，Ｃａｓｓｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　Ｈ—Ｂ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｎ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｆｌｕｉｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ［Ｃ］．ＳＰＥ５６６３２，１９９９．　Ｅｓ］赵胜英，鄢捷年。丁彤伟。等．抗高温高密度水基钻井液流变性　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ　ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ＧＴＬ　ｂａｓｅｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｅｅｐｗａｔｅｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｂｕｔ，　Ｂｉｎｇｈａｍ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ｆｏｒ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ　研究［Ｊ］．天然气工业，２００７，２７（５）：７８　８０．　Ｅ６］赵怀珍，薛玉志，李公让，等．抗高温水基钻井液超高温高压流　变性研究［Ｊ］．石油钻探技术，２００９，３７（１）：５－９．　［７］　罗健生，莫成孝，刘自明，等．气制油合成基钻井液研究与应用　［Ｊ］．钻井液与完井液，２００９，２９（２）：７－１１．　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃａｓｓｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　Ｈ—Ｂ　ｍｏｄｅ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐｗａｔｅｒ；ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ＧＴＬ　ｂａｓｅｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ；ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ；ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　［８］　鄢捷年．钻井液工艺学［ⅣＩ＿．山东东营：中国石油大学出版社，２００６．　收稿Ｅｔ期：２０１０－０７—２３　（编辑：孙丰成）