王都谢志涛罗斐

（1.长江大学石油工程学院，湖北武汉，430100）

（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.新疆油田公司工程技术研究院方案规划研究所,新疆 克拉玛依 834000

（4.昆仑能源湖北黄冈液化天然气有限公司，湖北 黄冈 438000）

空心玻璃微珠钻井液在海洋深水钻井中的应用研究

王都1,2谢志涛3罗斐4

（1.长江大学石油工程学院，湖北武汉，430100）

（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.新疆油田公司工程技术研究院方案规划研究所,新疆 克拉玛依 834000

（4.昆仑能源湖北黄冈液化天然气有限公司，湖北 黄冈 438000）

海洋深水浅部地层破裂压力低，在钻进过程中面临窄密度窗口的难题，通过添加空心玻璃微珠的密度减轻技术在海洋深水钻井中应用得越来越广泛，本文首先在实验室研究了空心玻璃微珠P62的性能，再通过现场应用，在钻进过程中加入空心玻璃微珠，有效的减轻了钻井液比重。此方法有实用价值，值得推广。

空心玻璃微珠;破裂压力低;操作简单

随着石油工业的不断发展，石油勘探开发已经由浅水逐步转向了深水，与常规陆地、浅水勘探开发相比，海洋深水钻井面临的装备要求高，成本大，风险高。据统计，钻井过程中每年因井壁失稳的经济损失超过10亿美元[1]对于深水钻井，其中钻井液安全密度窗口窄就是一个十分突出的问题，发生井壁失稳的风险更大[2]，能够在关键时间降低钻井液密度显得尤为重要。而空心玻璃微珠就是一种密度小、稳定性好、抗压强度高、能够有效降低钻井液密度的硅酸盐纳米级材料。

1 海洋深水钻井难点

在深水钻井中，泥浆密度窗口窄的问题是由于海洋地层上部被海水替代，且下部地层主要是由固结程度较低的土壤和泥土组成，强度相对较低，与陆地地层相比其上覆岩层压力较低，此类环境下压实程度较差，往往表现出破裂压力较低，导致钻井液安全密度窗口窄，极易发生井漏、坍塌等事故。

2 空心玻璃微珠钻井液性能评价及应用

2.1 物理性质

空心玻璃微珠为单胞碱石灰硅酸硼类，能抗高温高压，PH值为9.0—9.8[3].笔者在实验中选用的是P62，P62是一种高性能空心玻璃微珠，壁厚1～3.5μm，

球体内充有稀薄的氮气、二氧化碳等气体，是一种新型的无机非金属填充型材料。具有粒径为10～120μm的球体，流动性好，易泵送；真密度0.20g/cm3～0.60g/cm3；抗压强度可达60MPa，不易压缩等特点。

2.2 稳定性

将空心玻璃微珠加入到不同水基钻井液静置观察，24h后观察未出现分层、上浮现象。对分别含有0～45%的P62聚合物钻井液在常温下进行钻井液性能测试，结果如下表1

表1 空心玻璃微珠加量对钻井液性能的影响

实验表明玻璃微珠从0加到45%，钻井液密度可以降到0.59g/cm3,API失水量在加量0到30%时失水量从6ml～14.6ml，而当加量在45%时，失水量降到10.8，由此说明加入空心玻璃微珠对钻井液API漏失量影响较小。

2.3 配伍性

为了考察P62与不同钻井液的配伍性，在聚合物钻井液、油基钻井液和海水中分别加入0～45%的P62，然后测定其常温下的流变性。钻井液动切力和塑性粘度随着P62的加量变化情况分别如下图3和图4

图3 不同钻井液中玻璃微珠加量塑性粘度的关系

图4 钻井液中玻璃微珠加量与动切力的关系

由图3和图4可以看出，在空心玻璃微珠的加量在0～45%时，对不同钻井液的塑性粘度与动切力影响效果小，说明其配伍性好。

2.4 应用效果评价

南海莺歌海盆地某勘探井水深1713米，海底温度大约5℃。在钻进井深2625米时，使用深水钻井液体系HEM，测得钻井液密度为1.06～1.1，在钻进时需要降低钻井液密度。为满足设计密度要求，加量5%P62玻璃微珠，此时测得入口端钻井液密度1.01～1.07，结果表明P62玻璃微珠在需要降低密度时使用，效果明显。

3 结语

3.1 优选出的P62高性能空心玻璃微珠，流动性好，易泵送，密度为0.2g/cm3～0.6g/cm3,抗压强度可以达到60MPa，适用于深水钻井设备，能够有效的降低钻井液密度。

3.2 空心玻璃微珠的稳定性好，能够保持钻井液纯液相状态，易于控制其性能，而且能够回收利用，减少钻井液配制成本。

3.3 添加空心玻璃微珠简单，易操作，设备要求低，能够降低海洋深水钻井的风险。

[1]蔚宝华，邓金根等.深水钻井井壁稳定性评估技术及其应用[J].石油钻采工艺，2011，33（6）：1-4.

[2]孙清华，邓金根等.深水浅层破裂压力计算方法[J].中南大学学报，2015,46（4）：1402-1408.

[3]李燕梅，浦晓林，候勤立等.空心玻璃微珠球低密度水基钻井液技术[J].2008,25(1):18-20.