深井超深井钻井液及固井技术.doc

1深井超深井钻井液及固井技术2目 录第一节 深井超深井钻井液技术 .....................................1一、我国深井超深井钻井液技术概述 ..............................3二、国外深井超深井钻井液技术概述 ..............................4三、油基钻井液在深井超深井中的应用情况 .......................10四、水基钻井液在深井超深井中的应用情况 .......................12五、新型耐高温水基钻井液 .....................................25六、抗高温处理剂 .............................................38第二节 国内外深井超深井固井完井技术 ............................44一、国内固井基础理论研究 .....................................45二、国内常规固井技术 .........................................45三、国内深井固井技术 .........................................46四、国内深井固井实例 .........................................48五、国内深井完井技术 .........................................52六、深井固井完井问题原因探讨 .................................55七、深井固井完井技术措施探讨 .................................56八、国外深井超深井固井技术 ...................................58九、国外超深井完井技术 .......................................683第一节 深井超深井钻井液技术由于普通泥浆高温高压下会发生降解而失效,因此,钻深井超深井必须使用专门的泥浆，这种泥浆必须具有：高温稳定性、良好的润滑性和剪切稀释特性，固相含量低、高压失水量低、抗各种可溶性盐类和酸性气体的污染,有利于处理、配置、维护和减轻地层污染。

现已研制出各种适合于钻深井超深井的泥浆，新的泥浆也在不断出现深井超深井钻井液技术的特点:①井愈深,井下温度压力愈高，钻井中泥浆在井下停留和循环的时间愈长，使深井超深井泥浆的性能变化和稳定性成为一个突出的问题,而且井愈深,井下温度愈高,问题就愈突出②深井钻井裸眼长,地层压力系统复杂，泥浆密度的合理确定和控制则更为困难，且使用重泥浆时，压差大因而经常出现井漏、井喷、井塌、压差卡钻以及由此而带来的井下复杂问题,从而成为深井超深井泥浆工艺技术的难点之一③深井钻遇地层多而杂，地层中的油、气、水、盐、粘土等的污染可能性增大,且会因高温作用对泥浆体系的影响而加剧,从而增加了泥浆体系抗污染的技术难度④泥浆对深部油层的损害，因高温而加剧, 从而对打开油层钻井完井液的技术要求更加严格⑤浅井已取得成效的各种先进钻井工艺技术及先进工具,在深井井段应用受到很大的限制因此,在深井井段(特别是在重泥浆的情况下)如何应用各种先进工具，在深井井段（特别是在重泥浆的情况下）如何应用各种先进的钻井技术以提高深井钻井速度和保证井下安全，提高钻井效益，至今仍是国内外钻井、泥浆技术界的一个攻关内容⑥因井深，起下钻钻业时间长，各种与泥浆性能有关的井下事故更容易诱发和恶化。

因此，必须对泥浆性能有更高的要求⑦泥浆对钻具的腐蚀因高温而加剧深井超深井使用的泥浆分为水基和油基类统计数据说明,超过800Om的超深井多采用油基泥浆,而8000m以内者则为水基泥浆但世界最深的几口9000m以上的超深井都是使用水基泥浆钻成的这两类泥浆自成体系, 各有各的优缺点及使用规律与水基泥浆相比，油基泥浆性能受高温影响较小而受压力的影响较大，高温性能较易控制且抑制页岩水化能力很强因此，是解决深井泥页岩、盐、膏泥岩层井段井壁不稳定问题的最有效的办法其次，地层中的盐、钙和粘土等对泥浆性能的污染小,泥浆的4润滑性及滤失性好,能有效地降低深井钻具扭矩,防止腐蚀，保护钻具以及有效地预防深井重泥浆压差卡钻因此，在国外的深井中被广泛使用，特别是在超深井复杂井中应用更多但与水基泥浆相比，有以下缺点：其初始成本高，条件苛刻；对环境污染严重，消除费用高；更易发生地层漏失；气溶性好易造成井涌且钻速较慢等,因而其使用受到了限制80年代中后期国外深井水基泥浆处理剂及泥浆体系有明显的发展相继出现了一批抗高温、钙、盐，性能良好的水基泥浆处理剂和一批抗高温的水基泥浆体系我国的深井以水基泥浆为主自1975年泥浆磺化处理剂及其体系获得成功以后，在全国被广泛使用并成为我国深井通用的泥浆体系。

80年代以来，它与聚合物泥浆相结合发展成为现在国内广为使用的聚一磺泥浆体系，基本上形成了能满足我国深井钻井要求的水基泥浆的高温处理剂和体系系列一、 我国深井超深井钻井液技术概述我国深井超深井钻井液技术的发展可划分成三个阶段1.钙处理钻井液是六十年代到七十年代初使用的基本钻井液类型,主要利用无机钙盐(Ca(OH) 2)或钠盐(NaCl)来提高“井眼稳定性”,另外再加上铁铬木质素磺酸盐(FCLS)或煤碱剂(NaC),羧甲基纤维素(CMC)及一些表面活性剂等来维持钻井液的流变性能如松基井(钙基)、东风2井(钙基)、新港57井(盐水基)、王深2井(饱和盐水基)等均是用这一类钻井液钻成功的2.三磺钻井液是70年代以后大多数深井所使用的钻井液类型，所谓“三磺”即是磺化酚醛树脂（SMP、磺化褐煤（SMC）和磺化栲胶（SMK）这三种处理剂有效地降低了钻井液的高温高压滤失量，进而提高了“井眼稳定性”，四川石油管理局用这三种处理剂再配合FCLS,CMC,Ca(OH)z以及重铬酸钾(K 2Cr2O7),表面活性剂等钻成了我国最深的关基井(7175米),女基井(6011米)三磺钻井液的研制成功,是我国在深井钻井液技术上的一大进步,其主要标志是:这三种处理剂能有效地降低高温高压滤失量,特别是加入磺化酚醛树脂后,随着井深及压差的增加,其滤失量增加很少,有时还降低(而这一特性是原钙处理钻井液体系达不到的),这样就大大低改善了泥饼质量,减少了井下的坍塌卡钻等复杂情况,提高了深井钻探的成功率。

例如在自深1井(四川)钻进时,在4700~ 5335m，向含l0%的膨润土浆加入：SMP 4%，SMC 56%、SP-80活性剂0.3%、AS（烷基磺酸钠）0.15%、Na 2Cr2O7 2%、柴油5%后，在井底192℃温度下，其滤失量从未加SMP的23.7ml下降至9.6ml，摩擦系数（Kf45min）0.07经过五次断钻具、三次打水泥塞，一次顿钻事故，均未发生卡钻为我国深井钻井液技术开创了新的局面3.聚磺钻井液阶段所谓“聚磺钻井液”是指在实践过程中将“聚合物钻井液”与“三磺钻井液”结合在一起而形成的一类体系，目前仍广泛应用“聚合物钻井液”，开始叫“不分散低因相聚合物钻井液”,是在70年代后期、80年代初期,为了推广“喷射钻井技术”和“优选参数钻井技术”利用丙烯酰胺类有机聚合物作为钻井液的抑制剂而逐渐发展形成的一种钻井液体系这类钻井液由于使用了长链的有机聚合物代替了原钙处理钻井液中使用的无机盐抑制剂，因而有效地抑制了地层的造浆，大大地提高了“井眼稳定性”，在提高钻井速度方面见到了显著的效果这一类有机聚合物的产品许多研制成功了从最初的非水解、部分水解聚丙烯酰胺开始，发展到大、中、小分子量的复配,不同官能团(钙、钠、铵盐)的衍生物或接枝共聚物以及扩大到乙烯基磺酸盐、乙烯基吡咯烷酮和带阳离子官能团的聚合物等。

虽然这类产品对控制蒙脱石含量较高的地层有着较突出的抑制效果，但目前还不能适应于深井的使用特别对付硬脆性的地层，还必须加入一些磺化物来改善泥饼质量降低高温高压滤失量因之很自然低将这两种成分结合在一起而形成了“聚磺钻井液”可以说在三磺水基钻井液的基础上引入阴离子丙烯酰胺类做为抑制剂是我国在深井钻井液技术上的第二个进步进而,将阳离子型有机聚合物引入三磺钻井液中作为强抑制剂是我国深井钻井液的第三个进步二、 国外深井超深井钻井液技术概述国外深井超深井钻井液类型如下：1.水基钻井液（1） 阴离子型聚合物水基钻井液实质是“聚磺钻井液”的一种类型以Magcobor、Baroid，Millpark、IDF四大家的泥浆公司所提供的配方为例，其所使用的聚合物在其C-C主链上都在侧基上含有磺酸根（SO 3H），以提高其抗高温的能力不论是其较新的产品，如磺化聚合物Polydrill，或早已生产的产品如SSMA（磺化苯乙烯与马来酸酐共聚物）均是如此这是研制可抗高温聚合物处理剂所必须的一个官能团6（2） 阳离子型聚合物水基钻井液（聚磺钻井液的另一类型）随着钻井液技术的发展，国外研制成功了阳离子聚合物钻井液这种抑制能力很强的新型钻井液与原阳离子聚合物钻井液的本质区别就是在“有机聚合物包被剂”这一主剂上引入了阳离子基团。

另外又添加了分子量较小的季胺盐类（如羟丙基二甲基氯化铵）其他配方中处理剂的组成基本上大同小异现仅介绍美国Magcobor公司的配方如下：无机盐 阳离子聚合物包被剂 稳定剂KCl MCAT-A（阳离子聚丙烯酰胺） 淀粉（Pplysol）KOH MCAT（季胺盐） 聚阴离子纤维素（PAC）DVA（聚乙烯醇） 生物聚合物（XC）其他公司如Baroid公司称“Cat-1”阳离子聚合物泥浆；I.D.F公司称“VispLEX” 体系；Aachor称“AncoQUAJ”阳离子聚合物泥浆；BJ公司称“RCS-Ⅰ（Ⅱ）” 阳离子聚合物泥浆等3） 合成基油包水钻井液合成基钻井液是以人工合成的有机物为连续相、盐水为分散相，再配合以乳化剂、降滤失剂、流型改进剂等组成与油基钻井液相比较其研制的主导思想是浆柴油或矿物油换成可以生物降解又无毒性的改性植物油类目前已开发并在现场应用见到效果的有酯基钻井液、醚基钻井液和聚α-烯烃基钻井液三大类，近期又发展出第二代合成基钻井液，主要成分是LAO’S（直链α-烯烃），LP’s（直链α-石蜡），LP’s（内α-烯烃）。

似乎这种分法并没有什么本质的区别，只表现在性质（如基液的粘度）上有所差异① 酯基钻井液酯是最早发现有可能成为连续相的物质酯是有机脂肪酸在水存在的条件下与醇反应并以酸为催化剂的产物植物脂肪酸来源很广，如菜籽油、椰子油等酯基钻井液是最早由Statoil公司在北海、挪威区域的Statfilord气井应用，先后钻了10口井，均获得良好的效果，提高了钻井速度，节约了成本② 醚基钻井液醚类与酯类有相似的物理性能，可以由醇类与酸反应生成，一般来说醚类、酯类都属于非离子型表面活性剂，在液体中不会电离由于分子结果中没有活泼的烃基，性能较稳定，因而有较好的抗盐、抗钙、抗碱能力与酯基钻井液一样，这类钻井液是以醚来作连续相，以盐水为分散相，再配合相应的乳化剂、降滤失剂、流型改进剂等配成③ 聚α-烯烃基钻井液（PAO）7这类物质是由α-烯烃聚合而成的，它的优点之一是它不随温度、pH值而改变其特性而酯类钻井液在碱性条件下，则可能分解因而PAO比酯抗高温和石灰污染能力强这类钻井液同样在现场取得了好的效果贝克—休斯INTEQ公司采用了ISO-TEQ的合成基配制成Syn-TEQ合成基钻井液，用这种合成基配成的合成基钻井液耐温高于226.7℃。