FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液及其應用

胡文軍， 向雄， 楊洪烈

FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液及其應用

胡文軍， 向雄， 楊洪烈

（中海油田服務股份有限公司油田化學事業部，廣東湛江524057）

胡文軍，向雄，楊洪烈.FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液及其應用[J].鉆井液與完井液，2017，34（2）：15-20.

HU Wenjun, XIANG Xiong, YANG Honglie.Research and application of FLAT-PRO constant rheology synthetic base drilling fluid in deepwater operation[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2017，34（2）：15-20.

深水鉆井面臨低溫、安全密度窗口窄、淺層氣易形成氣體水合物、井壁易失穩等技術難題，對深水鉆井液提出了更高的要求。以Saraline 185V氣制油為基油，通過優選乳化劑、有機土、降濾失劑及其他處理劑，構建了一套適合深水鉆井的FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液體系。綜合性能評價結果表明：該鉆井液在4～65 ℃下流變性能穩定，具有恒流變特性，能有效保護儲層，其滲透率恢復值大于90%，能抗10%海水、15%鉆屑污染，易降解，滿足環保要求。南海LS-A超深水井水深為1 699.3 m，預測主要目的層溫度為34.6～36 ℃，φ508 mm套管鞋處的地層承壓能力系數低于1.14，安全密度窗口窄，如何控制ECD值、預防井漏是該井的作業控點，因此選擇密度為1.03 g/cm3的FLAT-PRO鉆井液開鉆。鉆進過程中，使用FSVIS調整流變性，維護黏度在50～70 s，動切力在8～15 Pa，φ6讀數為7～15，φ3讀數為6～12，用2%PF-HFR控制濾失量，應用井段起下鉆順利，電測順利，井徑規則，沒有出現任何復雜情況。應用結果表明，FALT-PRO深水恒流變合成基鉆井液在不同溫度下的流變性能穩定，抑制性好，潤滑性強，能獲得較低的ECD值，滿足深水鉆井的要求。

深水鉆井；合成基鉆井液；氣制油；恒流變鉆井液；鉆井液配方；南海油田

Key words Deepwater drilling; Synthetic base drilling fuid; GTL; Constant rheology drilling fuid; Drilling fuid formulation; Nanhai oil feld

0 引言

深水區油氣資源豐富，目前海洋油氣勘探開發已從淺海走向深海甚至超深海，但深水鉆井面臨井壁穩定性、鉆井液低溫流變性、安全密度窗口窄、鉆井液用量大、井眼清洗困難、高壓淺層流和天然氣水合物等技術難題，對深水鉆井液技術提出了更高的要求[1-2]。常規水基鉆井液的低溫流變性在深水鉆井作業過程中很難控制，由此引起當量循環密度（ECD）高，壓力控制難，鉆進、起下鉆、下套管和固井過程中易發生井漏等一系列問題[3-8]。深水合成基鉆井液具有可提高機械鉆速、可生物降解、在較大的溫度變化范圍內接近恒流變等特點，在國外深水勘探開發作業中已大量應用。

氣制油（GTL）是以天然氣為原料，經催化聚合（費-托法合成）反應制成的大分子組成的烷烴類物質。通過控制反應條件，可以控制產物分子的組成分布和形態。合成法生產的氣制油與蒸餾法制得的礦物油相比，其組分和性能具有更好的穩定性。鉆井液用的氣制油按照組分和性能的不同，可以分為以下幾種型號： Saraline 185V、Sarapar 147、Saraline 98V 和 Saraline 200，其中Saraline 185V廣泛用作鉆井液基礎油。Saraline 185V的黏度和芳烴含量均較低，能達到較好的效果，并具有很好的環保性能和低的毒性。同時Saraline 185V的運動黏度較低，有利于鉆井液性能的調控和提高機械鉆速。

筆者以Saraline 185V作為基礎油，通過優選乳化劑、潤濕劑和降濾失劑，構建了一套適合深水鉆井的FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液體系，并對其綜合性能進行了評價，介紹了該鉆井液在南海LS-A超深水井的應用情況。

1 FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液配方優選

1.1 乳化劑加量的優選

根據乳狀液的穩定性機理和合成基鉆井液乳化劑的選擇原則，采用復配乳化劑形成的復合膜比單一膜更結實，強度更大，會使乳狀液更穩定。采用均勻設計法優選了乳化劑。每組實驗選取2種乳化劑，主乳化劑考察加量分別為0.6%、0.8%、1.0%、1.5%；輔乳化劑考察加量分別為0.8%、1.0%、1.2%、1.8%，即兩因素四水平。選用了油包水表面活性劑FSEMUL作為主乳化劑，水包油表面活性劑FSCOAT作為輔乳化劑，實驗結果見表1。

表1 乳化劑加量優選實驗

從表1可以看出，主乳化劑和輔乳化劑的總加量在1.8%～2.2%之間，樣品的破乳電壓在400～500 V，低于該總加量，破乳電壓低于300 V，可能是由于乳狀液不夠穩定，高于該總加量，破乳電壓高于500 V，乳化劑加量高會導致體系的黏度偏高，對流變性、ECD控制不利。最終確定主乳化劑和輔乳化劑的配比在1.0～1.2之間，總加量控制在1.8%～2.2%之間。

1.2 有機土加量的優選

對比了加不同量有機土的基液老化前后的高低溫流變性能變化，結果見表2。從表2可以看出，有機土加量在1.5%～2.0%之間時，體系的流變性、破乳電壓及高溫高壓濾失量較好。

1.3 降濾失劑的優選

合成基鉆井液乳化好的乳滴作為變形粒子具有封堵作用，體系本身的濾失量較小。合成基鉆井液用降濾失劑作用機理包括油分散型封堵或油溶性提高液相黏度。實驗選用PF-HFR作為降濾失劑，加量為2%。測得鉆井液在40 ℃老化16 h后的濾失量為2.4 mL，小于加入其他降濾失劑體系的濾失量，實驗結果見表3。

表2 有機土加量優選實驗

表3 降濾失劑優選實驗

1.4 其他處理劑的優選

通過對比FSVIS、PF-HSV、PF-MOVIS 3種流型調節劑的對比評價，優選出了FSVIS作為合成基鉆井液的流型調節劑。通過對3種潤濕劑進行優選，得到潤濕劑FSWET的效果最好。最終優選出FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液的配方如下。

Saraline 185V+（0.8%～1.0%）FSEMUL+（1.0%～1.2%）FSCOAT+1.2%FSWET+2%有機土FSGEL+25%CaCl2鹽水+2.5%PF-MOALK+2% PF-HFR+0.1%FSVIS+重晶石，油水比為（70∶30）～（85∶15）。

1.5 環境保護性能

生物毒性測試數據表明：FLAT-PRO合成基鉆井液體系對裸項蝦虎魚仔魚96 h半致死濃度為39 680 mg/L，對凡納濱對蝦仔蝦96 h半致死濃度大于16 000 mg/L，表明其是一種無害化環境保護鉆井液體系，其降解曲線如圖1所示。

圖1 FLAT-PRO合成基鉆井液體系的降解曲線

2 FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液的性能評價

2.1 鉆井液的恒流變特性

配制FLAT-PRO恒流變合成基鉆井液，在不同溫度下測定其流變性，從圖2和圖3可以看出，在4、25、65 ℃下，FLAT-PRO鉆井液的動切力、φ6讀數、靜切力變化平穩，說明該鉆井液具有恒流變的特性。

2.2 鉆井液的穩定性

在40 ℃對FLAT-PRO鉆井液分別老化16、36、72 h，測其在不同低溫下的性能，結果見表4。可以看出：FLAT-PRO鉆井液在4～65 ℃下，其動切力，φ6和φ3讀數變化都比較平穩，且長時間老

圖2 FLAT-PRO鉆井液在不同溫度下的動切力與φ6值

圖3 FLAT-PRO鉆井液在不同溫度下的靜切力值

表4 FLAT-PRO鉆井液在40 ℃熱滾不同時間后不同溫度下的性能

化下，鉆井液性能穩定。YP（最大）/YP（最小）、φ6（最大）/φ6（最小）、φ3（最大）/φ3（最小）的比值分別為1.17、1.11和1.28，說明低溫對鉆井液流變性能影響較小。

2.3 抗污染能力

在FLAT-PRO鉆井液中加入不同量的海水、鉆屑，測量其常規性能，結果見表5。從表5可知，FLAT-PRO鉆井液能抗10%海水污染和15%鉆屑污染，說明鉆井液抗海水和鉆屑污染的能力較強。

表5 FLAT-PRO鉆井液的抗污染能力評價

2.4 不同溫度壓力下鉆井液性能

使用Fann 77高溫高壓流變儀，在實驗室模擬井下情況測量鉆井液流變性，數據如表6所示。從表6可以看出，大幅度變化溫度和壓力的情況下，FLAT-PRO鉆井液的流變性能變化不大，溫度、壓力對體系的流變性影響較小。

2.5 儲層保護能力

選取3塊人造巖心進行測試，將巖心抽成真空，飽和標準鹽水，然后在室溫下測定鉆井液污染前后的煤油滲透率，根據SY/T 6540—2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》，采用JHDS高溫高壓動失水儀，在300 r/min、100 ℃、3.0 MPa條件下進行動態污染實驗，結果如表7所示。從表7可以看出，3塊巖心被FLAT-PRO鉆井液損害后，其滲透率恢復值均在90%以上，說明鉆井液能有效保護儲層。

3 現場應用

南海LS-A超深水井水深1 699.3 m，一開φ914.4 mm井段使用海水噴射鉆進至1 811 m；二開φ660.4 mm井段使用海水開路鉆進，稠膨潤土漿清掃，中途完鉆后替入墊漿，鉆進至井深2 130 m，下φ508 mm套管至井深2 123.83 m；三開φ444.5 mm井段使用FLAT-PRO鉆井液鉆進至井深2 349 m，下φ339.7 mm套管至井深2 343.03 m；四開φ311.15 mm井段使用FLAT-PRO鉆井液鉆進至井深2 483 m，完鉆，水深，井淺，是典型的超深水井。

表6 FLAT-PRO鉆井液Fann77流變性能

表7 FLAT-PRO鉆井液儲層保護能力評價

LS-A井從上而下鉆遇樂東組、鶯歌海組一段、鶯歌海組二段，樂東組及鶯歌海組一段以泥巖為主，主要目的層為鶯歌海組二段，目的層井段壓力系數為1.03。預測主要目的層溫度為34.6～36.0 ℃，井底溫度約為38.4 ℃。

3.1 現場鉆井液關鍵技術

根據地質資料預測，結合鄰井資料分析，該井φ508 mm套管鞋處的地層承壓能力系數低于1.14（實際地層承壓系數實驗結果為1.10），安全密度窗口窄，地層漏失風險大，控制ECD值、預防井漏是該井的作業控點。因此選擇密度為1.03 g/cm3的FLAT-PRO鉆井液開鉆，以獲得低的ECD值。

3.2 現場鉆井液維護要點

①合成基鉆井液在基地泥漿站配漿，鉆井液到達平臺后，檢測鉆井液全套性能；②鉆進過程中，使用FSVIS調整鉆井液的流變性，維護鉆井液黏度在50～70 s，動切力在8～15 Pa，φ6/φ3讀數在（7～15）/（6～12）；③鉆進過程中加入2%PF-HFR，控制鉆井液濾失量；④使用PF-MOALK調整鉆井液的堿度在1.5～2.5之間；⑤完鉆后，短程起下鉆，拉順井眼，以利于電測作業。

3.3 現場鉆井液性能

現場鉆井液性能如表8所示。從表8可以看出，LS-A井作業中，FLAT-PRO鉆井液性能穩定，返出的巖屑，鉆頭切削齒痕明顯，形狀均勻，見圖4。

表8 LS-A井不同井深FLAT-PRO鉆井液性能

3.4 應用效果

圖4 振動篩返出的巖屑

FALT-PRO深水恒流變合成基鉆井液在LS-A井的應用過程中，在不同溫度下鉆井液的流變性能穩定，抑制性好，潤滑性強，能獲得較低的ECD值。起下鉆順利，電測作業順利，井徑規則，下套管一次到位，沒有出現任何復雜情況，如圖5和圖6所示。LS-A井設計建井周期為28.5 d，實際建井周期為19.13 d，創海洋深水井建井周期最快記錄。

圖5 LS-A井鉆進過程中ECD變化圖

圖6 LS-A井電測井徑

4 結論

1.通過對乳化劑、有機土、降濾失劑及其他處理劑進行優選，構建了FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液體系。

2.室內評價了FLAT-PRO深水恒流變合成基鉆井液體系的基本性能，結果表明：該體系在4～65 ℃下流變性能穩定，具有恒流變特性，能有效保護儲層，其滲透率恢復值在90%以上，抗海水、鉆屑污染能力強，易降解，滿足環境保護要求，可以滿足深水鉆井的要求。

3.南海LS-A超深水井應用結果表明，該體系性能穩定，ECD控制良好，電測井徑規則，完全能滿足超深水井作業需求。

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Research and Application of FLAT-PRO Constant Rheology Synthetic Base Drilling Fluid in Deepwater Operation

HU Wenjun, XIANG Xiong, YANG Honglie
(Diνision of Oilfeld Chemistry, COSL, Zhanjiang, Guangdong 524057)

Technical problems encountered in deepwater drilling, such as low temperature, narrow drilling window, formation of gas hydrate by shallow natural gas and hole sloughing etc. have posed rigorous requirements to drilling fuids. Using GTL Saraline 185V as the base fuid, a deepwater synthetic base drilling fuid, FLAT-PRO, was developed based on optimizing the emulsifer, organo-clay, flter loss reducer and other additives. Laboratory evaluation results showed that FLAT-PRO had stable constant rheology at 4-65 ℃. In permeability test, a permeability recovery of higher than 90% was obtained. This performed very well even when was contaminated with 10% seawater and 10% drilled cuttings. FLAT-PRO was easy to degrade, satisfying the need of environmental protection. An offshore well, LS-A, drilled in South China Sea, with water depth of 1,699.3 m, had formation (main target) temperatures between 34.6 ℃and 36 ℃. The coeffcient of formation pressure at the shoe of the ?508 mm casing string was lower than 1.14, indicating a narrow safe drilling window. How to control ECD and mud losses were the major concerns of the drilling operation. FLAT-PRO with a density of 1.03 g/cm3was used in spudding the well, and FSVIS was chosen to maintain the rheology of the drilling fuid. During drilling, rheological parameters of the drilling fuid were maintained as follows: FV = 50-70 s, YP = 8-15 Pa, φ6reading = 7-15, and φ3reading = 6-12. 2% of HFR was used in fltration control. Drilling, tripping and wireline logging were all successful performed. Filed application showed that the deepwater constant rheology FLAT-PRO drilling fuid had stable rheology at different temperatures, good inhibitive capacity, and superior lubricity, thereby maintaining low ECD during drilling and satisfying the needs for deepwater drilling.

TE254.3

A

1001-5620（2017）02-0015-06

2016-12-21；HGF=1702N1；編輯 王小娜）

10.3969/j.issn.1001-5620.2017.02.003

胡文軍，工程師，碩士，1978年生，畢業于江漢石油學院化學工程與工藝專業，現從事鉆井液與完井液的技術管理與應用工作。電話 （0759）3909815；E-mail：huwj10@cosl.com.cn。