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固井前置液技术研究

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前置 技术研究
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文 章 编 号 : 1004— 5716 (2005)增 刊 — 0128— 02 中 图 分 类 号 : 文 献 标 识 码 : 前 置 液 技 术 研 究李 友 臣 ,吴 旭 辉 ,张   轩(胜 利 石 油 管 理 局 渤 海 固 井 公 司 ,山 东 东 营 257200)摘   要 :固 井 前 置 液 设 计 是 固 井 设 计 中 非 常 重 要 的 一 部 分 ,它 对 于 提 高 水 泥 浆 顶 替 效 率 ,改 善 水 泥 浆 胶 结 质 量 起 着 非 常重 要 的 作 用 。 针 对 不 同 井 型 和 井 的 复 杂 程 度 ,不 同 钻 井 基 液 ,选 择 不 同 的 冲 洗 液 和 隔 离 液 ,对 于 提 高 水 泥 浆 顶 替 效 率 ,改 善 水 泥 浆 胶 结 质 量 起 着 非 常 重 要 的 作 用 。关 键 词 : 前 置 液 ;紊 流 前 置 液 ;塞 流 前 置 液固 井 前 置 液 设 计 是 固 井 设 计 中 非 常 重 要 的 一 部 分 ,它 对 于提 高 水 泥 浆 顶 替 效 率 ,改 善 水 泥 胶 结 质 量 起 着 非 常 重 要 的 作 用 。近 几 年 来 ,针 对 不 同 井 型 和 井 的 复 杂 程 度 ,不 同 钻 井 基 液 对 前 置液 的 要 求 ,我 们 对 固 井 前 置 液 进 行 了 深 入 分 析 研 究 ,研 制 出 了 前 置 液 ,经 现 场 使 用 ,对 于 提 高 固 井 质 量 ,取 得 了 明 显 效果 。1  前 置 液 的 配 方 设 计 要 求1. 1  井 眼 状 况 的 要 求由 于 钻 井 过 程 中 多 种 因 素 的 影 响 ,井 眼 的 横 剖 面 呈 不 规 则的 椭 圆 型 或 葫 芦 形 ,纵 剖 面 呈 锯 齿 形 ,如 果 还 存 在 几 个 大 肚 子 冲蚀 井 段 ,不 管 顶 替 排 量 多 大 ,都 很 难 将 其 中 的 钻 井 液 顶 替 干 净 。另 外 弯 曲 井 眼 中 套 管 不 易 居 中 ,改 变 了 顶 替 过 程 中 环 形 空 间 的流 速 分 布 ,增 加 了 窄 边 钻 井 液 的 驱 替 难 度 。 而 这 些 残 留 的 钻 井 液往 往 与 水 泥 浆 不 能 相 容 ,严 重 影 响 了 水 泥 浆 的 流 变 性 和 胶 凝 强度 的 发 展 。 因 此 要 求 前 置 液 对 钻 井 液 要 有 很 好 的 稀 释 作 用 ,以 便改 善 其 流 动 性 能 ,易 被 容 易 顶 替 ,同 时 对 水 泥 浆 又 有 分 散 和 缓 凝作 用 ,既 产 生 了 紊 流 顶 替 ,又 延 长 了 稠 化 时 间 。 大 量 的 实 践 证 明 :在 注 水 泥 之 前 面 先 注 入 一 定 量 的 冲 洗 液 或 紊 流 隔 离 液 ,可 获 得最 有 效 的 冲 洗 和 清 除 效 果 ,特 别 是 对 于 弯 曲 井 眼 中 套 管 不 易 居中 造 成 的 窄 间 隙 的 钻 井 液 驱 替 ,效 果 更 为 明 显 。 这 样 就 极 大 地 提高 了 水 泥 浆 的 顶 替 效 率 ,从 而 改 善 了 水 泥 浆 胶 结 质 量 。1. 2  钻 井 液 性 能 的 要 求性 能 优 良 的 钻 井 液 不 仅 可 提 供 一 个 较 为 规 则 的 井 眼 ,而 且会 在 井 壁 上 形 成 薄 而 韧 的 泥 饼 ,从 而 保 证 了 固 井 质 量 。 但 实 际上 ,由 于 多 种 原 因 ,大 部 分 井 在 钻 进 过 程 中 井 壁 上 形 成 的 是 厚 而疏 松 的 滤 饼 ,个 别 井 在 下 完 套 管 的 洗 井 过 程 中 ,套 管 表 面 上 也 会附 着 一 层 疏 松 的 滤 饼 。 这 些 滤 饼 的 存 在 使 水 泥 浆 不 能 直 接 接 触套 管 壁 和 井 壁 ,并 在 水 泥 水 化 过 程 中 脱 水 粉 化 ,形 成 微 环 隙 ,引 起油 气 水 窜 ,降 低 了 油 气 井 的 封 固 质 量 。 因 此 在 设 计 前 置 液 时 ,必须 使 其 具 有 高 效 紊 流 冲 刷 悬 浮 效 能 ,不 仅 能 以 平 面 驱 替 钻 井 液 ,而 且 还 能 抑 制 钻 井 液 偏 流 ,产 生 高 径 向 流 ,进 一 步 提 高 对 套 管 壁和 井 壁 滤 饼 的 冲 蚀 。 同 时 在 前 置 液 中 加 入 一 定 量 的 表 面 活 性 剂 ,包 围 钻 井 液 固 相 颗 粒 和 被 冲 刷 下 来 的 滤 饼 ,使 它 们 由 于 静 电 斥力 而 不 相 互 聚 集 ,防 止 固 相 颗 粒 沉 降 和 堆 积 ,造 成 水 泥 浆 注 替 过程 中 的 憋 泵 事 故 。1. 3  地 层 特 性 的 要 求钻 井 过 程 中 ,经 常 钻 遇 泥 岩 、 页 岩 等 水 敏 性 地 层 ,这 就 要 求 前置 液 含 有 一 定 量 的 保 持 在 10以 上 (强 碱性 ) ,以 防 破 坏 钻 井 液 或 产 生 造 浆 作 用 ,造 成 泥 岩 、 页 岩 等 水 敏 性地 层 井 壁 垮 塌 。1. 4  不 同 钻 井 液 的 要 求钻 井 液 一 般 分 为 淡 水 钻 井 液 、 海 水 钻 井 液 和 油 基 钻 井 液 三种 。 一 般 井 大 部 分 采 用 淡 水 钻 井 液 ,对 于 淡 水 钻 井 液 ,如 果 不 需要 用 前 置 液 加 重 来 平 衡 井 眼 压 力 的 话 ,一 般 要 求 其 性 能 具 有 较低 的 密 度 和 接 近 牛 顿 型 流 体 的 粘 度 ,同 时 对 井 壁 厚 而 疏 松 的 滤饼 具 有 一 定 的 浸 透 力 和 悬 浮 力 ,使 粘 土 离 子 相 互 之 间 的 连 接 力降 低 ,易 于 冲 蚀 剥 落 ,且 有 效 防 止 冲 蚀 剥 落 下 来 的 滤 饼 沉 降 和 堆积 。 另 外 ,还 必 须 具 有 很 好 的 稀 释 和 分 散 钻 井 液 的 性 能 。 对 于 海水 钻 井 液 和 盐 层 、 石 膏 层 固 井 ,前 置 液 应 使 用 饱 和 盐 水 作 为 冲 洗液 ,最 好 不 使 用 隔 离 液 。 油 基 钻 井 液 一 般 使 用 于 水 平 井 和 大 斜 度井 ,在 钻 井 过 程 中 能 保 证 井 眼 稳 定 ,又 能 提 供 很 好 的 润 滑 性 。 但是 在 注 水 泥 作 业 时 ,这 种 亲 油 环 境 使 水 泥 浆 与 钻 井 液 接 触 过 的表 面 不 与 相 胶 结 。 因 此 要 求 前 置 液 中 必 须 含 有 一 定 量 的 阴 离 子表 面 活 性 剂 和 水 乳 化 剂 ,使 套 管 壁 与 井 壁 的 亲 油 环 境 改 变 为 亲水 环 境 。 同 时 考 虑 到 套 管 的 居 中 问 题 ,最 好 使 用 紊 流 前 置 液 。2  前 置 液 设 计 原 理 及 配 方2. 1  前 置 液 性 能 及 配 方 前 置 液 是 我 们 经 过 多 次 室 内 试 验 和 大 量 现 场 试 验 ,根 据 不 同 井 下 条 件 和 不 同 钻 井 液 性 能 而 研 制 的 系 列 前 置 液 。 它分 为 紊 流 前 置 液 、 塞 流 前 置 液 两 种 。 基 液 ,其 配 方 为 :淡 水 + 1%阴 离 子 表 面 活 性 剂 + 2. 5% ~ 2. 8% 5% 1. 25% 2. 5% 2. 5% 2. 5%. 2  的 技 术 参 数从 表 1中 可 以 看 出 , 是 一 种 强 碱 性 ,低 密 度 液 体 ,其流 性 指 数 和 稠 度 系 数 均 能 满 足 以 较 低 的 临 界 速 度 而 达 到 紊 流 ,因 此 其 本 身 就 可 单 独 作 为 一 种 紊 流 隔 离 液 使 用 。室 内 试 验 从 表 2可 以 看 出 ,如 果 不 需 要 用 前 置 液 加 重 来 平 衡井 眼 压 力 的 话 ,对 于 一 般 井 ,在 注 水 泥 浆 前 ,先 注 入 1~ 2 入分 散 剂 和 稀 释 剂 的 混 合 水 作 为 冲 洗 液 ,然 后 再 注 入 3~ 4 作 为 隔 离 液 ,共 同 构 成 前 置 液 。 这 样 冲 洗 液 首 先 对 钻 井 液 进总 第 111期2005年 增 刊                    西 部 探 矿 工 程W o. 1112005行 分 散 、 稀 释 ,并 高 速 冲 刷 套 管 壁 和 井 壁 ,隔 离 液 再 进 一 步 对 套 管壁 和 井 壁 进 行 高 径 向 速 度 的 冲 蚀 ,并 有 效 避 免 水 泥 浆 与 钻 井 液直 接 接 触 污 染 ,使 水 泥 浆 与 钻 井 液 界 面 清 楚 ,减 少 了 水 泥 浆 窜 槽 ,从 而 极 大 地 提 高 了 水 泥 浆 顶 替 效 率 ,改 善 了 水 泥 胶 结 质 量 。表 1  的 技 术 参 数序 号 项 目 技 术 指 标1 外 观 棕 褐 色 粘 稠 液 体2 123 密 度 0. 95~ 1. 1g/ 度 n > 0. 55, K < 0. 3表 2  的 室 内 模 拟 顶 替 试 验类 型 数 量(顶 替 效 率(% ) 说 明淡 水 3 93 水 泥 浆 严 重 污 染 ,界 面 不 清 楚淡 水 + 5%分 散 剂 + 5%稀 释 剂 5 95 水 泥 浆 严 重 污 染 ,界 面 不 清 楚 97 水 泥 浆 轻 度 污 染 ,界 面 清 楚淡 水 + 5%分 散 剂 + 5%稀 释 剂 + 99 水 泥 浆 无 污 染 ,界 面 清 楚2. 3  的 室 内 及 抗 污 染 试 验表 3  的 室 内 试 验实 验 时 间 (m 试 验 温 度 (℃ ) 试 验 压 力 (稠 度 ( 27 0. 1 430 89 39 360 110 60 0. 790 110 60 0. 7120 110 60 0. 7从 室 内 试 验 表 2可 以 看 出 , 随 着 时 间 、 温 度 、 压 力 的升 高 ,其 稠 度 逐 渐 降 低 ,当 达 到 一 定 时 间 、 温 度 和 压 力 时 ,稠 度 稳定 在 0. 7 不 随 时 间 、 温 度 和 压 力 的 增 加 而 增 加 。 这 也 就 说明 了 当 时 间 、 温 度 和 压 力 达 到 一 定 数 值 时 ,已 接 近 牛 顿性 流 体 的 特 性 ,满 足 了 以 较 低 的 临 界 速 度 而 达 到 紊 流 的 要 求 。表 3  对 水 泥 胶 凝 强 度 的 影 响序 号 隔 离 液类 型 冲 洗 率( % ) 养 护 条 件 第 一 界 面 胶 结 强 度( 无 没 冲 洗 常 压 , 60℃ , 3d 0. 872 0 常 压 , 60℃ , 3d 2. 5从 室 内 试 验 3可 以 看 出 ,用 过 界 面 ,第 一 界 面 的 胶结 强 度 有 较 大 提 高 。从 室 内 试 验 4可 以 看 出 , 具 有 非 常 好 的 稳 定 性 。表 4  的 稳 定 性 试 验静 止 时 间 , ( h) 1 2 3 4 5悬 浮 比 , (0 /100 0. 1 /100 0. 1 /100 0. 2 /100 0. 2 /100从 室 内 试 验 表 5可 以 看 出 , 对 钻 井 液 和 水 泥 浆 有 很好 的 相 容 性 ,对 钻 井 液 和 水 泥 浆 不 仅 不 会 造 成 污 染 ,而 且 随 着 时间 、 温 度 、 压 力 的 升 高 其 流 动 性 也 会 有 很 大 改 善 和 提 高 。表 5  的 污 染 试 验钻 井 液 (密 度 1. 35g/ 度 65 s) = 3∶ 7水 泥 浆 (水 灰 比 50% ,密 度 1. 85g/= 3∶ 7时 间(m 度(℃ )压 力( 度( 度(℃ )压 力( 力( 度( 0 27 52 0 27 0. 1 35. 760 60 110 2 60 110 60 4120 60 110 2 120 110 60 42. 4  现 场 试 验 及 应 用 效 果经 2003年 至 今 ,现 场 使 用 400多 口 井 。 在 注 水 泥 浆 前 ,先 注入 1~ 2 入 分 散 剂 和 稀 释 剂 的 混 合 水 作 为 冲 洗 液 ,然 后 再 注入 3~ 4 作 为 隔 离 液 共 同 构 成 前 置 液 。 在 水 泥 浆 返 出地 面 的 井 中 观 察 到 界 面 清 楚 ,变 密 度 测 井 水 泥 面 也 很 明 显 ,说 明该 前 置 液 具 有 很 好 的 冲 洗 隔 离 作 用 。 使 用 前 后 相 比 较 ,固 井 质 量优 质 率 有 了 大 幅 度 提 高 。3  几 点 说 明(1)虽 然 能 够 作 为 紊 流 隔 离 液 单 独 使 用 ,若 配 合 混有 分 散 剂 和 稀 释 剂 的 冲 洗 液 一 起 使 用 ,效 果 更 为 明 显 。 由 于 其 配方 中 含 有 阴 离 子 表 面 活 性 剂 ,因 此 配 方 不 做 任 何 调 整 ,就 直 接 可以 在 以 油 基 钻 井 液 完 井 的 水 平 井 、 大 斜 度 井 等 中 应 用 。(2)以 液 ,对 其 配 方 进 行 适 当 调 整 ,如 加 入 高 粘 40、 膨 润 土 、 重 晶 石 粉 、 磨 砺 性 材 料 等 就 可 以 形 成 密 度 可 以 在1. 2~ 2. 0g/ 任 意 调 整 的 粘 性 隔 离 液 ,它 具 有 高 携 带 能 力和 对 井 壁 的 强 冲 蚀 力 ,由 于 其 密 度 一 般 高 于 钻 井 液 0. 06~0. 12g/ 于 水 泥 浆 0. 06~ 0. 12g/因 此 当 于 钻 井 液 接触 时 ,就 会 形 成 粘 稠 过 度 带 ,从 而 实 现 了 塞 流 顶 替 。(3)如 果 需 要 用 前 置 液 加 重 来 平 衡 井 眼 压 力 的 话 ,可 在 中 加 入 悬 乳 剂 和 重 晶 石 粉 把 密 度 提 高 到 高 于 钻 井 液 0. 06~0. 12g/ 于 水 泥 浆 0. 06~ 0. 12g/ 围 。参 考 文 献 :[ 1 ]  杨 远 光 . 水 泥 浆 和 前 置 液 技 术 [ R ]. 西 南 石 油 学 院 .[ 2 ]  提 高 水 泥 环 第 二 界 面 胶 结 质 量 的 固 井 技 术 [ J ]. 石 油 钻 探 技 术 ,1999, 005年增 刊   李 友 臣 ,吴 旭 辉 ,张   轩 :固 井 前 置 液 技 术 研 究
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