FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液及其应用

胡文军， 向雄， 杨洪烈

FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液及其应用

胡文军， 向雄， 杨洪烈

（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，广东湛江524057）

胡文军，向雄，杨洪烈.FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液及其应用[J].钻井液与完井液，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.

深水钻井面临低温、安全密度窗口窄、浅层气易形成气体水合物、井壁易失稳等技术难题，对深水钻井液提出了更高的要求。以Saraline 185V气制油为基油，通过优选乳化剂、有机土、降滤失剂及其他处理剂，构建了一套适合深水钻井的FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液体系。综合性能评价结果表明：该钻井液在4～65 ℃下流变性能稳定，具有恒流变特性，能有效保护储层，其渗透率恢复值大于90%，能抗10%海水、15%钻屑污染，易降解，满足环保要求。南海LS-A超深水井水深为1 699.3 m，预测主要目的层温度为34.6～36 ℃，φ508 mm套管鞋处的地层承压能力系数低于1.14，安全密度窗口窄，如何控制ECD值、预防井漏是该井的作业控点，因此选择密度为1.03 g/cm3的FLAT-PRO钻井液开钻。钻进过程中，使用FSVIS调整流变性，维护黏度在50～70 s，动切力在8～15 Pa，φ6读数为7～15，φ3读数为6～12，用2%PF-HFR控制滤失量，应用井段起下钻顺利，电测顺利，井径规则，没有出现任何复杂情况。应用结果表明，FALT-PRO深水恒流变合成基钻井液在不同温度下的流变性能稳定，抑制性好，润滑性强，能获得较低的ECD值，满足深水钻井的要求。

深水钻井；合成基钻井液；气制油；恒流变钻井液；钻井液配方；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

深水区油气资源丰富，目前海洋油气勘探开发已从浅海走向深海甚至超深海，但深水钻井面临井壁稳定性、钻井液低温流变性、安全密度窗口窄、钻井液用量大、井眼清洗困难、高压浅层流和天然气水合物等技术难题，对深水钻井液技术提出了更高的要求[1-2]。常规水基钻井液的低温流变性在深水钻井作业过程中很难控制，由此引起当量循环密度（ECD）高，压力控制难，钻进、起下钻、下套管和固井过程中易发生井漏等一系列问题[3-8]。深水合成基钻井液具有可提高机械钻速、可生物降解、在较大的温度变化范围内接近恒流变等特点，在国外深水勘探开发作业中已大量应用。

气制油（GTL）是以天然气为原料，经催化聚合（费-托法合成）反应制成的大分子组成的烷烃类物质。通过控制反应条件，可以控制产物分子的组成分布和形态。合成法生产的气制油与蒸馏法制得的矿物油相比，其组分和性能具有更好的稳定性。钻井液用的气制油按照组分和性能的不同，可以分为以下几种型号： Saraline 185V、Sarapar 147、Saraline 98V 和 Saraline 200，其中Saraline 185V广泛用作钻井液基础油。Saraline 185V的黏度和芳烃含量均较低，能达到较好的效果，并具有很好的环保性能和低的毒性。同时Saraline 185V的运动黏度较低，有利于钻井液性能的调控和提高机械钻速。

笔者以Saraline 185V作为基础油，通过优选乳化剂、润湿剂和降滤失剂，构建了一套适合深水钻井的FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液体系，并对其综合性能进行了评价，介绍了该钻井液在南海LS-A超深水井的应用情况。

1 FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液配方优选

1.1 乳化剂加量的优选

根据乳状液的稳定性机理和合成基钻井液乳化剂的选择原则，采用复配乳化剂形成的复合膜比单一膜更结实，强度更大，会使乳状液更稳定。采用均匀设计法优选了乳化剂。每组实验选取2种乳化剂，主乳化剂考察加量分别为0.6%、0.8%、1.0%、1.5%；辅乳化剂考察加量分别为0.8%、1.0%、1.2%、1.8%，即两因素四水平。选用了油包水表面活性剂FSEMUL作为主乳化剂，水包油表面活性剂FSCOAT作为辅乳化剂，实验结果见表1。

表1 乳化剂加量优选实验

从表1可以看出，主乳化剂和辅乳化剂的总加量在1.8%～2.2%之间，样品的破乳电压在400～500 V，低于该总加量，破乳电压低于300 V，可能是由于乳状液不够稳定，高于该总加量，破乳电压高于500 V，乳化剂加量高会导致体系的黏度偏高，对流变性、ECD控制不利。最终确定主乳化剂和辅乳化剂的配比在1.0～1.2之间，总加量控制在1.8%～2.2%之间。

1.2 有机土加量的优选

对比了加不同量有机土的基液老化前后的高低温流变性能变化，结果见表2。从表2可以看出，有机土加量在1.5%～2.0%之间时，体系的流变性、破乳电压及高温高压滤失量较好。

1.3 降滤失剂的优选

合成基钻井液乳化好的乳滴作为变形粒子具有封堵作用，体系本身的滤失量较小。合成基钻井液用降滤失剂作用机理包括油分散型封堵或油溶性提高液相黏度。实验选用PF-HFR作为降滤失剂，加量为2%。测得钻井液在40 ℃老化16 h后的滤失量为2.4 mL，小于加入其他降滤失剂体系的滤失量，实验结果见表3。

表2 有机土加量优选实验

表3 降滤失剂优选实验

1.4 其他处理剂的优选

通过对比FSVIS、PF-HSV、PF-MOVIS 3种流型调节剂的对比评价，优选出了FSVIS作为合成基钻井液的流型调节剂。通过对3种润湿剂进行优选，得到润湿剂FSWET的效果最好。最终优选出FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液的配方如下。

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

1.5 环境保护性能

生物毒性测试数据表明：FLAT-PRO合成基钻井液体系对裸项虾虎鱼仔鱼96 h半致死浓度为39 680 mg/L，对凡纳滨对虾仔虾96 h半致死浓度大于16 000 mg/L，表明其是一种无害化环境保护钻井液体系，其降解曲线如图1所示。

图1 FLAT-PRO合成基钻井液体系的降解曲线

2 FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液的性能评价

2.1 钻井液的恒流变特性

配制FLAT-PRO恒流变合成基钻井液，在不同温度下测定其流变性，从图2和图3可以看出，在4、25、65 ℃下，FLAT-PRO钻井液的动切力、φ6读数、静切力变化平稳，说明该钻井液具有恒流变的特性。

2.2 钻井液的稳定性

在40 ℃对FLAT-PRO钻井液分别老化16、36、72 h，测其在不同低温下的性能，结果见表4。可以看出：FLAT-PRO钻井液在4～65 ℃下，其动切力，φ6和φ3读数变化都比较平稳，且长时间老

图2 FLAT-PRO钻井液在不同温度下的动切力与φ6值

图3 FLAT-PRO钻井液在不同温度下的静切力值

表4 FLAT-PRO钻井液在40 ℃热滚不同时间后不同温度下的性能

化下，钻井液性能稳定。YP（最大）/YP（最小）、φ6（最大）/φ6（最小）、φ3（最大）/φ3（最小）的比值分别为1.17、1.11和1.28，说明低温对钻井液流变性能影响较小。

2.3 抗污染能力

在FLAT-PRO钻井液中加入不同量的海水、钻屑，测量其常规性能，结果见表5。从表5可知，FLAT-PRO钻井液能抗10%海水污染和15%钻屑污染，说明钻井液抗海水和钻屑污染的能力较强。

表5 FLAT-PRO钻井液的抗污染能力评价

2.4 不同温度压力下钻井液性能

使用Fann 77高温高压流变仪，在实验室模拟井下情况测量钻井液流变性，数据如表6所示。从表6可以看出，大幅度变化温度和压力的情况下，FLAT-PRO钻井液的流变性能变化不大，温度、压力对体系的流变性影响较小。

2.5 储层保护能力

选取3块人造岩心进行测试，将岩心抽成真空，饱和标准盐水，然后在室温下测定钻井液污染前后的煤油渗透率，根据SY/T 6540—2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》，采用JHDS高温高压动失水仪，在300 r/min、100 ℃、3.0 MPa条件下进行动态污染实验，结果如表7所示。从表7可以看出，3块岩心被FLAT-PRO钻井液损害后，其渗透率恢复值均在90%以上，说明钻井液能有效保护储层。

3 现场应用

南海LS-A超深水井水深1 699.3 m，一开φ914.4 mm井段使用海水喷射钻进至1 811 m；二开φ660.4 mm井段使用海水开路钻进，稠膨润土浆清扫，中途完钻后替入垫浆，钻进至井深2 130 m，下φ508 mm套管至井深2 123.83 m；三开φ444.5 mm井段使用FLAT-PRO钻井液钻进至井深2 349 m，下φ339.7 mm套管至井深2 343.03 m；四开φ311.15 mm井段使用FLAT-PRO钻井液钻进至井深2 483 m，完钻，水深，井浅，是典型的超深水井。

表6 FLAT-PRO钻井液Fann77流变性能

表7 FLAT-PRO钻井液储层保护能力评价

LS-A井从上而下钻遇乐东组、莺歌海组一段、莺歌海组二段，乐东组及莺歌海组一段以泥岩为主，主要目的层为莺歌海组二段，目的层井段压力系数为1.03。预测主要目的层温度为34.6～36.0 ℃，井底温度约为38.4 ℃。

3.1 现场钻井液关键技术

根据地质资料预测，结合邻井资料分析，该井φ508 mm套管鞋处的地层承压能力系数低于1.14（实际地层承压系数实验结果为1.10），安全密度窗口窄，地层漏失风险大，控制ECD值、预防井漏是该井的作业控点。因此选择密度为1.03 g/cm3的FLAT-PRO钻井液开钻，以获得低的ECD值。

3.2 现场钻井液维护要点

①合成基钻井液在基地泥浆站配浆，钻井液到达平台后，检测钻井液全套性能；②钻进过程中，使用FSVIS调整钻井液的流变性，维护钻井液黏度在50～70 s，动切力在8～15 Pa，φ6/φ3读数在（7～15）/（6～12）；③钻进过程中加入2%PF-HFR，控制钻井液滤失量；④使用PF-MOALK调整钻井液的碱度在1.5～2.5之间；⑤完钻后，短程起下钻，拉顺井眼，以利于电测作业。

3.3 现场钻井液性能

现场钻井液性能如表8所示。从表8可以看出，LS-A井作业中，FLAT-PRO钻井液性能稳定，返出的岩屑，钻头切削齿痕明显，形状均匀，见图4。

表8 LS-A井不同井深FLAT-PRO钻井液性能

3.4 应用效果

图4 振动筛返出的岩屑

FALT-PRO深水恒流变合成基钻井液在LS-A井的应用过程中，在不同温度下钻井液的流变性能稳定，抑制性好，润滑性强，能获得较低的ECD值。起下钻顺利，电测作业顺利，井径规则，下套管一次到位，没有出现任何复杂情况，如图5和图6所示。LS-A井设计建井周期为28.5 d，实际建井周期为19.13 d，创海洋深水井建井周期最快记录。

图5 LS-A井钻进过程中ECD变化图

图6 LS-A井电测井径

4 结论

1.通过对乳化剂、有机土、降滤失剂及其他处理剂进行优选，构建了FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液体系。

2.室内评价了FLAT-PRO深水恒流变合成基钻井液体系的基本性能，结果表明：该体系在4～65 ℃下流变性能稳定，具有恒流变特性，能有效保护储层，其渗透率恢复值在90%以上，抗海水、钻屑污染能力强，易降解，满足环境保护要求，可以满足深水钻井的要求。

3.南海LS-A超深水井应用结果表明，该体系性能稳定，ECD控制良好，电测井径规则，完全能满足超深水井作业需求。

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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 ϕ508 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；编辑 王小娜）

10.3969/j.issn.1001-5620.2017.02.003

胡文军，工程师，硕士，1978年生，毕业于江汉石油学院化学工程与工艺专业，现从事钻井液与完井液的技术管理与应用工作。电话 （0759）3909815；E-mail：huwj10@cosl.com.cn。