超高温水基钻井液技术分析与应用

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1、中国石油大学(华东)硕士学位论文第二章超高温钻井液技术现状随着世界石油资源需求日益加剧和己探明石油地质储量被不断开采，需要有足够的后备储量才能保证石油工业的长期可持续发展，而探井钻井是发现和评价油气资源的唯一可靠手段。随着钻井新工艺、新技术的不断进步，原来只限于勘探和开发浅部、易钻探区域和储层的时代已经过去，一些勘探开发难度大的区域和深部储层被投入越来越多的资金和力量去钻探，并且己见到很大效益。在世界上钻井技术水平居前列的是美国、加拿大、英国和前苏联。这些国家的钻井设备好，钻井技术整体水平较高。我国在上个世纪70年代以后也钻了不少5000m--6000m的深井，

2、但超过7000m的深井只有四口，均使用了水基钻井液，分别是：2003年完钻的塔里木中4井【¨，井深7220m，井底温度170℃：2005年完钻的塔里木英深1井12]，井深7258m，井底温度171℃；2006年7月完钻的塔里木塔深1井【3J，井深8408m，井底温度198"12；2007年5月完钻的胜科l井【4J，7026m(东部油田最深)，井底温度235"t2(当时国内最高)。2．1深井超深井钻井液技术现状按照国际通用概念，深度超过4500m的井称为深井，深度超过6000m的井为超深井，超过9000m的井为特深井。目前世界上深井钻探工作量最大的是美国，迄今为止

3、累计工作量占全球的85％。其次是原苏联，1984年，原苏联在科拉半岛的波罗地盾结晶岩中钻成世界上第一口12260m特深井SG．3井(1991年第二次侧钻至最终井深12869m)。专家们在认真考察当今技术水平的基础上，认为利用目前最先进的技术已具备钻达15000m深度的能力【5】，美国已在着手制定这方面的特深井钻井计划。从实用角度看，钻探超深井的目的是：①开采地球深部的地热资源；②普查或钻探陆地及大陆架深部的石油天然气资源；③对深度大于3000m的金属矿的形成、存在状态以及远景含量进行评价。随着技术的发展，使得当今施工超深探井的目的已不再局限于创造直接的经济价值，

4、更多的原因是利用超深井来揭示埋藏地下深处、地质年龄高于5亿年的岩石(奥陶纪以前)组成及存在状态，并从中获取物理、化学、生物、遗传学以及地质科学等方面的相关信息。2．1．1国外深井简况在目前常规的技术条件下，施工一口井深为5000m,-,6000m的井的钻井技术已经成熟。有关统计表明，目前世界上可以施-1-4500m以上的深井有80多个国家，其中以美3第二章超高温钻井液技术现状国的施工技术最先进，全世界钻成的6口特深井，美国占3口，原苏联2口，德国1口。从钻井水平和工作量看，美国和前苏联仍居前列，近年来世界上的深井作业量多集中于欧洲的北海。该地区所钻的井平均井深超

5、过5000m，井底压力高达99．8MPa～105．5MPa，井底温度高达200℃，属高温高压海上探井。位于德国普法尔茨的温迪施琴巴赫小镇上的KTB科探井在施工时应用了VDS垂直钻井系统、顶部驱动钻机、铝合金钻杆、不起钻金刚石绳索取心、环空最小间隙(10．9mm)套管方案、大井眼钻井(完井井径215．9ram)设计、尤固相Dehydrik抗250℃高温钻井液、耐200℃高温的低转速大扭矩螺杆马达和带变速装置的涡轮钻具等高新技术成果。日本在地热井技术方面亦处于世界先进行列，早在1992年以前，用旋转钻机钻成5000m以上的深井23口，其中最深的井为5315m，井底最

6、高温度达193℃。1955年7月，日本重金属与化学有限公司(JMC)在东京以北葛根田地热区WD．IA井井深3729m处曾钻遇500℃超高温地层。该井在井深3642m处钻遇H2S气体，随钻井液返至地表，为安全考虑停钻观察了159h。在井深2600m处(215．9111111井段)地温超过350℃，在这种条件下采用井下马达(B删)、随钻测量仪(MWD)成功纠斜，用特制的顶W系统(TDS)下钻；在严格的环空和钻杆内温度监测条件下，不喷高温蒸汽时可以钻进500℃高温地层；遇500℃高地温时，井深3500m处钻井液的循环温度可控制在170"12以下；用钻井液冷却钻具和顶驱

7、系统。最近几年，由于高新技术在深井钻井作业中的运用数量越来越多，使得深井钻井工程成为又一个高新技术密集领域。2．1．2国内深井概况我国深井超深井起步晚，但近年来发展迅速，已形成一条自主研发为主与有选择地吸收国外先进技术相结合的道路，在国内外市场竞争力逐步提高。我国开展了大量深井理论的研究，如以优质、快速、安全钻井为目标的岩石破碎力学、岩石工程力学、钻井流体力学与物理化学、钻井管柱力学与井下控制工程学、优质钻井液等，推动我国深井超深井钻井技术向优质高速、经济有效和安全环保方向发展【6】。综合分析有关资料，可将1994年作为国内深井施工发展的一个分界点，在此之前，国

8、内钻井技术人员在复杂地质