魏攀峰　郑力会，2　李博文　张万杰（.中国石油大学（北京），北京　02249；2.油气钻井技术国家工程实验室防漏堵漏研究室，湖北武汉　4000；.海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛　266000）

绒囊钻井流体在深水油气井中应用的可行性

魏攀峰1郑力会1，2李博文1张万杰3
（1.中国石油大学（北京），北京102249；2.油气钻井技术国家工程实验室防漏堵漏研究室，湖北武汉430100；3.海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛266000）

研究不受温度影响的钻井流体对于深水油气田安全高效钻井具有重要意义。室内采用流变性测量仪10~70 ℃、六速黏度计0 ℃，测定密度分别为0.74 g/cm3、0.80 g/cm3和0.84 g/cm3绒囊钻井流体在不同剪切速率下的剪切应力或黏度，然后拟合绒囊钻井流体在不同温度下的流变曲线和方程，发现绒囊钻井流体动切力较大，且随温度变化不大，因而悬浮能力较强；绒囊钻井流体的黏度随剪切速率的增大而增大，随温度的降低而小幅增大，表明绒囊钻井流体在研究温度范围内变化时能够保持良好性能。绒囊流体低温下应用于SZ36-1油田X井修井、辽河油田Y井堵水、长庆气田陕Z井修井，在–20 ℃环境中配制存放，注入井筒前测量结果和室内实验结果一致，且施工顺利。因此，绒囊钻井流体流变性满足深水作业需求。

钻井流体；深水；低温；流变性

深水钻井存在很多难点。其中，低温影响钻井流体流变性能，进而影响悬浮携带能力就是其中的重要问题之一［1］。水深达到609.6 m，泥线水温降至4 ℃［2］。如果钻井流体在高低温时的黏度变化幅度较大，则从井底流向泥线附近时，其黏度骤变，影响泵的注入能力、携带能力等，进而影响钻井效率。田荣剑等［3］室内测定深水条件下水基钻井流体和油基钻井流体流变性，发现温度对其流变性影响较大；李怀科等［4］研究气制油钻井流体在深水条件下得到相同的结论。因此，深水钻井中，流变性不受温度影响是钻井流体完成深水作业的重要条件之一。

在模糊封堵理论［5］指导下开发的绒囊钻井流体［6］，冬季已在海上修井作业中应用［7］，在温度变化极大的鄂尔多斯盆地煤层气钻井中无论冬季和夏季，都有应用［8］，流动和注入都很顺利。YANG Chen等［9］在室内优化绒囊工作流体作为转向压裂封堵剂时，发现绒囊钻井流体在高剪切速率下表观黏度较小，流动性好；SUN Jianrong［10］在磷矿反井导向钻孔中使用绒囊钻井流体有效控制漏失速率，泵注条件较差时仍能顺利注入，再次表明其良好的流动性。近五年来，绒囊工作流体应用环境从–20 ℃到120℃，流动性能很好。若其流变性能够满足深水钻井要求，可为深水钻井提供一种可选技术。

1　室内实验

1.1实验仪器及方法

室内用Thermo6000型流变仪，分别测定密度为0.74 g/cm3、0.80 g/cm3和0.84 g/cm3的3种现场用绒囊钻井流体在0~70℃时5 s–1、10 s–1、100 s–1、300 s–1、500 s–1、1 000 s–1下的表观黏度。对照0 ℃以下野外环境里用DNN-D6六速旋转黏度计测量的3种密度绒囊钻井流体600 r/min和300 r/min下读数。

1.2实验结果与分析

1.2.1绒囊钻井流体流变特性利用流变性测量仪测定的上述6个剪切速率下应力大小，构建剪切速率和剪切应力关系曲线，发现不同密度钻井流体的流变特性曲线变化趋势一致。图1是0.74 g/cm3绒囊钻井流体0~70 ℃的流变特性曲线。

图1　0.74 g/cm3绒囊钻井流体流变特性曲线

试验流体不同温度下流变模式相同，基本符合H-B模型，即带有动切力的幂律模式；同一温度时，250 s–1前剪切应力较大。说明流体在低速区能形成较强凝胶强度，适于深水井筒直径变化较大的井，有效悬浮钻屑；相同剪切速率下，温度越低，流体剪切应力越大，表明低温对钻井流体有一定影响，但温度变化较小时，剪切应力相对变化小。即流体从井底高温经海底泥线时被海水吸收部分热量，降低一定温度，由于吸热过程需要时间，温度不会大幅下降，黏度变化不会太大，因此，流动能力仍较好。

不同密度下流变特性规律一致，利用MATLAB软件拟合不同温度剪切应力与剪切速率的流变方程为τ=（6.14~9.87）+（1~21）γ（0~0.5），相关性系数大于0.95，满足工程需要。由此得3种不同密度绒囊钻井流体不同温度动切力变化曲线（图2）。可看出，不同密度绒囊钻井流体动切力随温度变化并不明显。说明绒囊钻井流体动切力保持相对稳定，能在深水钻井中维持较强的悬浮能力。

图2　绒囊钻井流体动切力与温度的关系

1.2.2温度对表观黏度影响3种密度绒囊钻井流体不同温度下流体黏度随剪切速率的变化趋势相同。密度为0.74 g/cm3绒囊钻井流体0~70 ℃表观黏度与剪切速率的关系曲线，如图3。

图3　密度为0.74 g/ cm3绒囊钻井流体黏度与剪切速率关系

从图3可看出，绒囊钻井流体黏度随剪切速率增大而减小。相同剪切速率下，尤其在高剪切速率区，表观黏度基本不受温度影响，全部呈较低黏度。而在低剪切速率区，流体的黏度大幅增加，即低剪切下的高黏度和高剪切下的低黏度，剪切稀释能力较好。3种密度绒囊钻井流体0 ℃时表观黏度，也反映绒囊钻井流体强剪切稀释性（图4），再次说明剪切稀释性良好。在低速区绒囊钻井流体表观黏度较高，具有较强悬浮能力；高速区表观黏度较低，能够提高钻井泵水功率。对比3种密度绒囊钻井流体0~70℃时剪切速率分别为5 s–1和1 000 s–1的表观黏度（图5、6）。可看出，不同密度绒囊钻井流体在不同剪切速率时，温度降低，绒囊钻井流体表观黏度小幅增大。低剪切速率时绒囊钻井流体表观黏度远大于高剪切速率时的表观黏度，验证了绒囊钻井流体的强剪切稀释性。同时，绒囊钻井流体流动性基本不受温度影响。因此，在深水钻井中温度从低温到中温变化，绒囊钻井流体表观黏度与剪切速率的关系稳定，能够保证顺利钻进。

图4　绒囊钻井流体0 ℃时表观黏度变化

图5　剪切速率为5 s–1流体表观黏度与温度关系

图6　剪切速率为1 000 s–1流体表观黏度与温度关系

2　应用实例

（1）SZ36-1海上油田X井初冰期修井。流体密度1.01 g/cm3，绥中地区最低温度1 ℃，静置一夜后施工，暂堵液注入顺利，封堵效果良好。

（2）辽河油田Y井20 ℃堵水。流体密度0.73~0.84 g/cm3，注入顺利。现场绒囊流体表观黏度与室内0℃测量结果基本吻合。

（3）长庆气田陕Z井约0 ℃修井。流体密度0.90~0.93 g/cm3，现场温度–1~7 ℃，作业10 d，多次反复注入，施工顺利。

3　结论与建议

（1）绒囊钻井流体流变模式符合H-B三参数模式。同一剪切速率下，表观黏度和动切力随温度变化较小，但低剪切速率下表现为高黏度和高动切力。在低温和中温变化过程中能保持较强悬浮能力。

（2）绒囊钻井流体表观黏度随温度下降小幅增大。同一温度下，表观黏度在低剪切速率区随剪切速率增大急剧降低，在高剪切速率区趋于稳定。流体在低温与中温的变化中表现出良好的剪切稀释性。

（3）绒囊流体在低温现场环境中作业，注入顺利，性能稳定，表明绒囊流体在低温下保持良好的流动性能和稳定的作业性能，在深水钻井作业潜力较大。

（4）实验所用绒囊流体只是作业过程中特定井浆，实施深水作业，尚需针对施工井实际情况，开展绒囊钻井流体流变性和其他性能评价。

［1］YUE Qiansheng, YANG Qingzhi, LIU Shujie, et al. Rheological properties of water based drilling fluid in deep water drilling conditions［J］. Applied Mechanics and Materials. 2013（318）: 507-512.

［2］ROJSAS J C, BERN P, PLUTT L J, et al. New constantrheology synthetic-based fluid reduces downhole losses in deepwater environment［R］. SPE109586, 2007.

［3］田荣剑，王楠，李松，等.深水作业中钻井液在低温高压

条件下流变性［J］.钻井液与完井液，2010， 27（5）：5-7.

［4］李怀科，王楠，田荣剑，等.深水条件下气制油合成基

钻井液流变性和流变模式研究［J］.中国海上油气，2010，22（6）：406-408.

［5］郑力会，张明伟. 封堵技术基础理论回顾与展望［J］.石油钻采工艺， 2012， 34（5）：1-9.

［6］ZHENG L H, KONG L C, CAO Y, et al. The mechanism

for fuzzy-ball working fluids controlling & killing lost circulation［J］. ChinseSci Bull, 2010, 55: 4074-4082.

［7］张媛.产油趋势法评价绒囊修井液在海上SZ36-1 油田修井效果［J］.石油钻采工艺，2014，36（4）：61-63.

［8］LI Z C, ZHANG Z H, ZHAN L, et al. Fuzzy ball drilling fluids for CBM in the Ordos Basin of China［J］.Advanced Materials Research, 2013: 843-846.

［9］YANG Chen, ZHEN GLihui, ZHANG Jie, et al. Study on

the recycling of fuzzy ball bionic drilling fluid［J］. BioTechnology: An Indian Journal, 2013（7）: 499-503.

［10］SUN Jianrong. Study on controlling lost circulation of pilot hole in raise boring by using fuzzy ball drilling fluid ［J］ . Advanced Materials Research, 2014: 274-280.

〔编辑付丽霞〕

Rheological properties of fuzzy ball drilling fluidscan be met in deepwaterdrilling

WEI Panfeng1, ZHENG Lihui1,2,LI Bowen1, ZHANG Wanjie3
（1. China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Leak Proof and Plugging Laboratory, Oil and Gas Drilling Technology National Engineering Laboratory, Wuhan 430100, China; 3. Offshore Oil Engineering（QD）Co., Ltd., QingDao 266000, China）

Rheological properties of drilling fluid were influenced by temperature directly and then suspension property and carrying ability. The shear stress and apparent viscosity of fuzzy ball drilling fluids with density of 0.74 g/cm3, 0.80 g/cm3and 0.84 g/cm3were tested under different shear rate by rheological properties test machine with temperature of 10-70 ℃ and six speed rotary viscometer with temperature of 0 ℃. Rheological curve and function was fitted under different temperature. It is found yield point is large and hardly influenced by temperature. With shear rate increased and temperature decreased, the viscosity increased. It suggested fuzzy ball drilling fluids has strong suspension capacity and good properties within the change of temperature. Fuzzy ball working fluids were applied to SZ36-1 Oilfield X well, Liaohe Oilfield Y Well, Changqing Oilfield Z Well, and Fuzzy ball fluids were prepared and storage in somewhere below 20 ℃. Before injecting, the rheological properties were tested. The result was consistent with indoor test result. Therefore, fuzzy ball drilling fluids Rheological properties were applicable to deep-water working.

drilling fluid; deep water; low temperature; rheological properties

TE249

A

1000 – 7393（2015） 01 – 0080 – 03

10.13639/j.odpt.2015.01.020

国家自然科学基金创新研究群体项目（批准号：51221003）。

魏攀峰，1990年生。在读硕士研究生，主要从事非常规天然气储层伤害研究。E-mail：wei.panfeng@163.com。

2014-12-27）

引用格式：魏攀峰，郑力会，李博文，等.绒囊钻井流体在深水油气井中应用的可行性［J］.石油钻采工艺，2015，37（1）：80-82.