海水的温度随着海水深度的增加而降低,具有一定的规律性。在海水深度达到2 000 m的情况下,海洋泥线的温度可能低到2℃以下,在一些特殊的地区,当深度到达海底泥水分界面时,海水温度可能会降到0℃左右。众所周知,环境温度对钻完井液、水泥浆的性能影响较大。海洋深水钻井过程中会遇到许多与钻井液有关的问题,诸如钻井环境温度低、钻井液流变性调控难、钻井液用量大、海底页岩的稳定性、井眼清洗、浅水流动、浅层天然气以及气体水合物的生成等。此外,深水钻井时温度变化明显,钻井液的流变性受温度影响很大,特别是动切力和低剪切速率下的黏度难以控制,由此引发的井漏、当量循环密度(ECD)高,压力控制难等一系列问题正在成为深水钻井面临的挑战。合成基钻井液以其机械钻速高、井壁稳定性能好等特点已成为海上油气钻探的常用钻井液体系,但该钻井液的黏度、切力受温度的影响较为明显,因而容易发生井漏,特别是在钻井液长时间静置的情况下更为严重。
1)低温带来的影响
①低温情况下,钻井液的流变性会发生较大变化,具体表现在黏度和切力大幅度上升,而且还可能出现显著的胶凝现象,这样对于现场钻井液调控就带来了很大的困难。同时,由于钻井液因其流变性在低温和高温条件下差异大,会造成ECD高、井漏和压力控制难等问题。
②低温会增加生成天然气水合物的可能性。目前主要是通过在管汇外加有绝缘层,这样可以在停止生产期间保持生产设备的热度,从而防止因温度降低而生成气体水合物。当然也可以采取加入气体水合物抑制剂来减少生成天然气水合物的可能性。
③低温环境使井控更加困难:一方面,深水海域的节流管线和压井管线很长,导致压力损耗加大;另一方面,钻井液在低温情况下的胶凝现象使得高摩擦压力损失严重,这两方面因素都容易引发井控问题。
④低温会造成钻井液体积缩小,从而使得钻井液密度增大而导致液柱压力升高,这样不仅会引发气体水合物的生成,还有可能造成井漏。
2)钻井液黏度增加引发的问题(www.daowen.com)
深水钻井低温高压条件会使钻井液黏度增加,钻井液黏度增加会带来以下问题:
①导致地面条件下钻井液通过振动筛流动能力降低而造成钻井液损失,在钻井液重新循环时这种影响可造成振动筛被堵塞。
②有时出现严重的胶凝效应。合成基钻井液的胶凝效应导致了不超过地层破裂梯度的压力就不能开泵的尴尬局面,对单位成本高昂的合成基泥浆,这将极大地降低使用合成基泥浆的经济效益,并且需要花费时间来进行堵漏作业。
③当发生气侵的时候,黏度的增加还会使微小气泡可以在立管中悬浮,降低钻井液密度。
④引起井下压力控制困难,这样的环境要求基液具有较低的动力黏度,以降低开泵造成的压力激动。
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