钻井液是钻井过程中使用的循环冲洗介质,是钻井作业中的血液。寒冷静谧的海底是一个巨大的恒温“冰箱”,大部分超过1000米水深的海底,水温长年保持在4℃左右,部分极深地区会在零度以下(如挪威深水海域海底温度可低至-2.5℃)。而在海床以下地层中,岩石温度却会随着深度的增加而不断升高。因此,在深水钻井过程中,作为流经井筒全身的“血液”,钻井液既要经历海底的“冷冻”,也要承受深入地壳的“炙烤”,一直都处于“水深火热”之中。
夏日炎炎,挥汗如雨,高温下的我们能感受到全身血液在加速运行;冬日凛凛,寒风刺骨,严寒中的我们畏畏缩缩,感到浑身血液几乎被冰冻,流动也变得缓慢。深水钻井液在海底的“严寒”和地壳的“酷暑”之中,也同样会受到温度变化的影响,导致流体的流变性发生变化,对深水钻井作业产生不利影响。
钻井液的流变性是钻井液受到外力(泵送、搅拌)作用发生流动和变形的特性,是评价钻井液性能的一项重要指标。钻井液具有合适的流变性,才能实现钻井液功能,支持钻井作业。
当钻井液的黏度太低时,悬浮和携带岩屑功能降低,清洁井眼的能力降低;当钻井液的黏度过高时,钻井液流动阻力增大,导致整个井筒压力升高,会破坏井筒与地层之间的压力平衡,易出现井漏等井下事故。一般来说,温度对钻井液流变性有很大影响,温度升高,钻井液黏度降低;温度降低,钻井液黏度升高,而且钻井液流变性对温度降低更敏感。
陆地钻井或者浅水钻井不必考虑低温对钻井液流变性的影响,但深水钻井显然不行,深水钻井液必须适应更宽泛的温变范围。为了解决深水钻井液在钻井作业过程中经历的“寒暑”变换问题,科研人员研发出了恒流变钻井液,并成功应用于深水钻井,取得了良好的效果。
恒流变钻井液体系是针对深水低温条件下钻井液增稠现象而研究设计的一种钻井液体系,恒流变钻井液体系在低温5℃、常温26℃、高温65℃条件下流变性基本保持不变,有较小的激动压力,且低温流动性好,能够很好地适应深水钻井。
起初的恒流变钻井液体系采用的是油基/合成基钻井液,由于海洋环保法规要求苛刻,深水钻井液必须具备良好的环保性能,即低毒性和良好的生物降解性,使用油基/合成基钻井还需要对其岩屑进行回收处理,所以油基/合成基恒流变钻井液体系逐渐退出深水钻井舞台,水基恒流变钻井液体系逐步成为主角。