與淺水區(qū)域相比,深水鉆井面臨的主要問題有[1-4]:海底頁巖的穩(wěn)定性差、鉆井液用量大、井眼清洗難、淺層天然氣與形成的氣體水合物、低溫下鉆井液的流變性、地層破裂壓力窗口窄等。這些問題給鉆井工作帶來了諸多困難,同時(shí)對鉆井液技術(shù)提出了更高的要求:在保證鉆井安全的前提下,兼顧鉆井成本和環(huán)境效益。

 

  海底頁巖的穩(wěn)定性差.

 

  在深水區(qū)中,由于沉積速度、壓實(shí)方式以及含水量的不同,海底頁巖的活性大。河水和海水?dāng)y帶細(xì)小的沉積物離海岸越來越遠(yuǎn),由于缺乏上部壓實(shí)作用,膠結(jié)性較差,易于膨脹、分散,導(dǎo)致過量的固相或細(xì)顆粒分散在鉆井液中,從而影響鉆井液性能。

 

  112 鉆井液用量大.

 

  在深水環(huán)境下的鉆井液需求量是很大的。一般隔水管體積就高達(dá)159 m3,再加上平臺(tái)鉆井液系統(tǒng),而且由于井眼直徑大,為了鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深,一般下入的套管也多(常常是4~7層),因此鉆井液用量就比其他同樣井深的陸上或淺水區(qū)的井大得多。

 

  井眼清洗難.

 

  深水鉆井時(shí),由于開孔直徑、套管和隔水管的直徑都比較大,如果鉆井液流速不足就難以達(dá)到清洗井眼的目的。因此,對鉆井液清洗井眼的能力提出了更高要求。一般采用稠漿清洗、稀漿清洗、聯(lián)合清洗、增加低剪切速率黏度,以及有規(guī)律地短程起下鉆等方法,這些方法均有助于清除鉆井過程中的鉆屑。

 

  使用與鉆井過程中鉆井液黏度不同的清掃液清除鉆屑效果較明顯,比如使用稀漿鉆進(jìn),稠漿清洗鉆屑。

 

  淺層氣與氣體水合物.

 

  深水鉆井作業(yè)中,氣體水合物的形成不僅是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問題,更是一個(gè)安全問題。氣體水合物類似于冰的結(jié)構(gòu),主要由氣體分子和水分子組成,外觀上看起來類似于臟冰,但是它在性質(zhì)上又不像冰,如果壓力足夠,它可以在0e以上形成。海底附近或井中溶解的水合物受到冷卻后易在隔水管和壓井阻流管線上重新凝結(jié),尤其是在節(jié)流管線、鉆井隔水導(dǎo)管、防噴器以及海底的井口里,一旦形成氣體水合物,就會(huì)堵塞氣管、導(dǎo)管、隔水管和海底防噴器等,從而造成嚴(yán)重的事故;同樣鉆井過程中的水合物分解可能導(dǎo)致地層變?nèi)?井眼擴(kuò)大、固井失敗以及井眼清潔方面的問題[5-12]。

 

  溫度過低.

 

  隨著水深加大,鉆井環(huán)境的溫度也越來越低,給鉆井和采油作業(yè)帶來很多問題。如在低溫下,鉆井液的黏度和切力大幅度上升,而且會(huì)出現(xiàn)顯著的膠凝現(xiàn)象,形成天然氣水合物的可能性增大[13]。

 

  地層孔隙壓力和破裂壓力之間/窗口0狹窄深水區(qū)域上覆巖層相當(dāng)一部分由海水所替代,因此上覆巖層壓力與陸地上相比偏低,由于地層具有較低的破裂壓力而孔隙壓力沒有很大的變化,這就使孔隙壓力與破裂壓力之間的差變得非常小。對于相同沉積厚度的地層來說,隨著水深的增加,地層的破裂壓力梯度在降低,致使破裂壓力梯度和地層孔隙壓力梯度之間的窗口較窄,深海鉆井尤其是表層地層容易出現(xiàn)井漏等井下復(fù)雜情況。