适用于油基钻井液的高效前置液的研究与应用.pdf

第 2 5卷 第 3期 2 0 0 8年 5月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I I I NG FI UI D COM P I ETI ON FI UI D Vo 1 ． 25 NO． 3 M a y 2 0 08 文章编号 1 0 0 卜5 6 2 0 2 0 0 8 0 3 0 0 4 9 0 3 适用于油基钻 井液的高效 前置液的研 究与应 用 齐静 李宝贵 张新文 李 良兵 马疆 西部 钻探 工程有限公司克拉玛依钻井工艺研究 院， 新疆克拉玛依 摘要 中国适用于油基钻 井液 的前置 液品种较单一， 可选性差 ， 且它I f ] 的冲洗效果 、 与油基钻 井液的相容性 等 性能 尚有待完善 。因此 ， 研 制 出了用于油基钻井液完钻井 的高效前置液 。介绍 了前置液 的组成及作用机 理并对其 性能进行 了评价。该前置液在现场应用 了 1 0口井， 其 中 2口井 固井质 量为合格 ， 8口井固井质 量为优 质。现场应 用 表 明 该 前 置 液 能够 提 高 界 面 亲 和 程 度 ， 解 决 了前 置 液 与 油基 钻 井 液 和水 泥 浆 的相 容 性 问 题 ， 提 高 了 油 基 钻 井 液 完 钻 井 的 固井 质 量 。 关键词 前置液 固井质量 胶 结强度 油基 钻井液 中图分类号 TE 2 5 6 ． 9 文献标识码 A 采用油 基钻 井 液 完钻 的井 ， 在 井 壁 和 套 管 壁 上 均黏 附着一 层油 基 钻 井 液和 油 膜 ， 使 水 泥 环 界 面胶 结 性能 变差 ， 水泥 石界 面 胶结 强 度 为零 ， 这 严重 影 响 了固井质量 及油 田的勘探 开发 。注水 泥前 使用 前 置 液 冲洗黏 附在井 壁界 面上 的钻 井液 、 油膜 ， 是提 高 固 井质量 的有 效手段 。中 国适 用 于油基 钻 井液 的前 置 液 品种 较单 一 ， 可 选 性 差 ， 且 它 们 的 冲洗 效 果 、 抗 温 性 及与 油基 钻井液 的相 容性 等性 能 尚有待 完善 。新 疆 石 油管理 局钻 井工 艺研究 院研 制 出的用 于 油基钻 井液完钻井的高效前置液， 能够提高界面亲和程度 ， 解决了前置液与油基钻井液和水泥浆 的相容性 问 题 ， 具有较 强 的渗透 冲洗 能力 。该 前置 液在北 9 6等 1 0口井进行 了现 场应 用 ， 其 中 2 井 的 固井质 量 为 合 格 ， 8口井 的 固井 质量 均为 优质 ， 取 得 了较好 的使 用 效果 。 1 前置液的组成及作 用机理 1 ． 1 组 成 冲洗液 主要组 成 为水 、 悬 浮剂 、 复合表 面活 性剂 A和 调节 剂 ； 隔 离 液 基 液 主 要 组 成 为 水 、 悬 浮 稳 定 剂 、 复合 表 面活性 剂 B。 冲洗 液 中 的悬浮 剂 是 一种 高 分 子 材料 ， 它具 有 一 定 的固相悬 浮能 力 ， 能 够 防 止 钻 井液 中 的 固体 颗 粒及冲蚀下来的泥饼沉降和堆积 。复合表面活性剂 A 由多 种非离 子 型表 面活 性 剂 复 配 而成 ， 主剂 为 聚 氧 丙 烯一 聚 氧 乙 烯 醚 类 活 性 剂 ， 它 是 一 种 反 型 乳 化 剂 ， 能使 w／ o 乳 状 液 发生 变 型 、 反相 ， 将 亲 油 性 变 为亲水性。调节剂为一种惰性 固体粒子 ， 能增强 冲 刷 效果 ， 并对 井壁 和套 管壁有 辅 助除油 效果 。 隔离 液 中 的悬浮 稳 定 剂也 是 高 分子 材 料 ， 能 悬 浮加 重剂 和 固相颗 粒 ， 防止 固相 颗 粒 沉 降并 使 隔离 液有一 定 的黏 度 ， 有 助 于 顶替 钻 井 液 。复 合 表 面 活 性剂 B与 A的材料一致 ， 只是各组分的配比不同。 1 ． 2 作用机理[ 1 ， 2 ， 1 破 乳作 用 复合表 面活性 剂 能改 变油 基钻 井液 中乳化 剂 的 极性 ， 产生破乳作用 ， 使井壁和套管壁油润湿变为水 润 湿 ， 同时 它还 具 有较 高 的活性 ， 能 渗 入油 ／ 水 界 面 的天然乳 化 剂保 护膜 中 ， 顶替 出原 界 面 膜 中 的 天然 乳 化剂 分子 ， 构成 新 的易破 裂 的界面 膜 ， 在 反相 过程 中乳化膜破裂 ， 使 w／ o反相成 o／ w 型。 1 ． 2 ， 2增溶 作用 复合 表 面活性 剂是 由多 种具有 两 亲性 的非离 子 型表 面活性 剂 复配 而 成 ， 亲 油 基 易定 向 吸附 并 排列 于油包水钻井液的油相上 ， 而亲水基伸向水相 ， 使两 个界面充分润湿 ， 降低了界 面张力 ， 加上分散、 乳化 、 增溶等一系列物理 、 化学的效应， 再配合紊 流冲洗， 冲洗液 便 能清除 套管 壁和 井壁 上 的油污 ， 改善 界面 第一作者简介 齐静， _T - 程 师， 1 9 7 3年生 ， 一直从 事固井水 泥浆室内研 究和现场 固井技术服务 。地 址 新疆克拉玛 依市鸿 雁路 8 O号钻 井 工 艺研 究 院 ； 邮政 编 码 8 3 4 0 0 0 ； 电话 0 9 9 0 6 8 8 1 0 9 6 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 5月 胶结 。 1 ． 2 ． 3 渗 透作 用 复合 表 面活 性 剂有 较 强 的表 面 活性 ， 易 于 分散 在整个油相 中， 并能渗入到乳化剂的保护膜中， 使保 护膜脆 弱变 皱 ， 从 而导 致 其破 裂 。含有 复 合 表 面活 性剂 的冲洗 液在紊 流接触 时 问 内冲刷井壁 并不 断地 向泥饼渗透 ， 降低黏土颗粒问的连接力 ， 使泥饼变得 疏松和易于剥落， 剥落 的泥饼在高速冲刷和悬浮作 用下 被携 带 出井 筒 。 2 室 内实验 2 ． 1 冲洗率的计算和实验方法 把模拟套管的圆模 w原 在油基钻井液中浸泡 1 0 mi n提 出 ， 静 止 1 mi n到 钻 井 液 不 滴 后 称 重 W总 ， 然 后把 圆模放 人 涡 流式 冲洗 实 验 装置 中 ， 用 冲洗液 冲洗 1 0 mi n后再 称重 W ， 计 算 冲洗 率 W总～w冲 ／ W 总一W礤 1 0 0 。测 得 冲洗 液 对北 9 6 井 油基 钻井 液 的冲洗效 率为 9 1 ． 5 o／ ； 。 2 ． 2 高效前置液性能评价 2 ． 2 ． 1 高效前 置液 的配 方及性 能 1 冲洗液 配方及 性 能 。冲洗 液配 方为 水 7 悬浮 剂 2 5 复合表 面活性 剂 A1 5 调节 剂 。冲 洗液性能见表 1 。由表 1可知 ， 该冲洗液具有较低 的密 度 和接 近牛 顿 流体 的黏 度 ， 对 井壁 上 的疏 松 泥 饼有一定的浸透能力， 能降低黏土粒子之问的连结 力 ， 使之易于冲洗剥落 ， 可有效地冲刷黏在井壁和套 管壁 上 的钻井 液和 疏松 泥 饼 ， 提 高水 泥 浆 与 套管 界 面 的胶结 强度 ； 在 高速 冲刷井 壁 和套管壁 过程 中 ， 其 调节剂中的固体粒子可增强冲刷效果 ， 稳定井壁 ； 钻 井液因被其稀释而改善 了流动性能 ， 易于被顶替 。 表 1 冲 洗 液 性 能 2 隔 离 液 配 方 及 性 能 。隔 离 液 配 方 为 水 1 O 悬 浮稳定 剂 2 O 复合表 面活 性剂 B。隔离 液 性 能见 表 2 。由表 2可知 ， 该 隔 离 液 的 密 度 可 在 较 大范围内调节 ， 且其依靠悬浮在液体 中的固体颗粒 运 动方 向的变 化 冲蚀 井 壁 和套 管壁 ， 清 除胶 凝 钻 井 液 和泥 饼 ， 并 产生 携 带作 用 ， 加 强 了顶 替效 果 ； 隔离 液加 重 后其滤 失量 较低 ， 可 以控 制井 壁坍 塌 、 减 少滤 液对 地层 的损 害 。 表 2隔 离 液性 能 2． 2 ． 2界面胶 结性 能 1 界 面胶结 现象 。取 做完 滤失实 验 的钻井液 滤 饼 2份 ， 将 1 份 固定 在旋转 黏度计 的外 筒上 ， 在浆 杯 中装 满 冲洗 液 ， 以 3 0 0 r ／ rai n的转 速 旋转 1 0 mi n后 取 下 。将滤 饼黏 贴在 胶 结 圆模 的 内壁 面 上 ， 在 圆模 内注入 水泥 浆 ， 在 7 O C 、 0 ． 1 MP a 下 养护 2 4 h后 脱 模 。观 察发 现 ， 未 冲洗 滤饼 与水 泥石互 相分离 、 不黏 结 ； 用 冲洗液 冲洗 过的 滤饼 与水 泥石黏 结紧密 。 2 界面胶 结强 度 j 。将胶 结 圆模 在油 基钻 井液 中浸泡 1 h ， 再在高效前置液中晃动 1 0 rai n以保证 其 与前 置液有 足够 的 接 触 时 间 ， 最 后 在 圆 模 内注 入 水 泥浆 ， 在 7 O C 、 0 ． 1 MP a下养 护 4 8 h后 ， 在 压 力 机 上测其 剪切 胶结 强 度 。分 别 测 得 未 冲洗 过 、 用 冲 洗 液冲洗 过 、 用 隔离 液 冲洗 过 、 先用 冲洗液 后用 隔离 液冲洗过的圆模的剪切胶结强度值为 0 、 1 ． 8、 1 ． 3、 2 ． 7 MP a 。 由此 可 知 ， 所 研 制 的高 效 前 置 液除 油 效 果 明显 ， 具 有 良好 的冲刷效 果 和悬 浮能力 ， 有助 于提 高环 空顶替 效率 ， 确 保 固井 质量 。 2． 2 ． 3相 容性 在 5 8 C、 5 O ． 5 MP a条 件 下 ， 测 得 冲洗液 油基 钻井 液 5 0 5 0 、 冲洗 液 水泥浆 5 0 5 0 、 隔离液 油 基钻 井液 比例 分 别 为 2 5 7 5 、 5 O 5 O 、 7 5 2 5 、 隔 离 液 水 泥浆 比例分别 为 2 5 7 5 、 5 O 5 O 、 7 5 2 5 、 油 基 钻井液 隔离液 水泥浆 2 5 5 0 2 5 等混浆的稠化时 间均大于 2 4 0 mi n 。由此可知 ， 高效 前置液与油基 钻井液和水泥浆均具有 良好的相容性 ， 对水泥浆稠 化 时 间不产 生过 大影 响 。隔离液 与钻 井液 和水 泥浆 的流 变相容 性实 验结 果见表 3 。 从 表 3可 以看 出 ， 隔 离 液 的动切 力小 于水 泥浆 而 大 于钻 井 液 ， 隔 离 液 的 顶 替效 果最 好 。同时 在 实 验过 程 中还 可 以 看 出 ， 由 于前置 液对 钻井 液有稀 释 和冲洗作 用 ， 减少 了水泥 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 3期 齐静等 适 用 于油基钻 井液的 高效前 置 液的研 究 与应 用 5 1 1 【 ] 水 泥浆 1 【 ] 隔离液 1 【 ] 钻井液 5 钻 井 液 9 5 隔 离 液 2 5 钻井液 7 5 隔离液 7 j 钻井液 2 隔离液 9 5 钻井液 5 隔离液 5 水泥浆 9 5 隔离液 2 5 水泥浆 7 5 隔离液 7 j 水 泥浆 2 5 隔离液 9 j 水泥浆 5 隔离液 9 ．2 O 7． 67 6． 1 3 l o． 7 3 1． 53 7． 67 4． o9 l 1 ． 75 2 ．0 4 4． o9 4 ．6 o 浆 的窜槽 机会 ， 改 善 了水泥石 与 套管 和地层 的胶 结 ， 并且水 泥浆被 分散 ， 也 增进 了水 泥浆 的紊 流效 果 ， 提 高了 顶替效率 。 3 在北 9 6井完井 固井 中的应 用 3 ． 1 井身结构 北 9 6井 一开用 4 4 4 ． 5 mm 钻 头钻 至 井 深 4 5 0 m， 下 人 3 3 9 ． 7 mm 套 管 至 井 深 4 5 0 m； 二 开 用 f J 3 1 1 ． 4 mm 钻头 钻 至井 深 2 6 7 0 IT I ， 下 入 『 J 2 4 4 、 5 mm技 术套 管至 井 深 2 6 7 0 m； 三 开用 2 1 5 ． 9 mm 钻头 钻 至井 深 2 8 5 0 m， 完 钻 ， 下 人 1 3 9 ． 7 mm 套 管至 井深 2 8 5 0 m。 固井 ， 水 泥 返 高 至 井 深 2 0 0 0 m。 3 ． 2 钻井液性能 用 密度为 1 ． 7 7 g ／ c m。 的油基钻 井液钻井 ， 其 黏度 为 5 6 S ， 滤失量为 0 ． 6 mI ， 切力 为 4 ／ 7 P a ／ P a ， 油水 比 为 9 1 9 ， 流性指数 为 0 ． 8 6 ， 稠度 系数为 0 ． 1 3 P a S 。 3 ． 3前置液和水泥浆性能 在 井底静 止温 度 为 7 0_ C、 循 环温 度 为 5 8 C、 压 力 为 5 0 ． 5 MP a的实 验条 件下 ， 用 7 m 。密度 为 1 ． 0 1 g ／ c m。的冲洗 液 ， 1 3 m。 密 度 为 1 ． 8 0 g ／ c m。的隔 离 液 ， 滤失量 小 于 5 0 mI 。完 井 水 泥浆 领浆 的密 度 为 2 ． 0 5 g ／ c m。 ， 滤失量 为 2 4 mI ， 稠化 时 间为 1 4 0 mi n ， 2 4 h强 度为 2 1 ． 6 MP a ； 尾 浆 的密 度 为 2 ． 0 5 g ／ c m。 ， 滤 失量 为 2 4 mI ， 稠 化 时 间 为 8 4 mi n ， 2 4 h强 度 为 2 2 ． 4 MP a 。钻 井 液 、 隔 离液 和水 泥浆 按 1 2 1 的 比 例 混合后 的 稠 化 时 间 大 于 1 8 0 mi n ， 满 足 前 置 液 和 水泥浆 的性 能要 求 。 3 ． 4 应用情况 在北 9 6 井 的完 井施 工 中 ， 用 7 m。 密 度 为 1 ． 0 1 g ／ c m。 的 冲洗液 ， 1 3 m。密 度 为 1 ． 8 0 g ／ c m。的 隔 离 液 ， 分 别注 入 1 6 I T I 。密 度 为 2 ． 0 5 g ／ c m。的 领 浆 ， 7 m。 密度 为 2 ． 0 5 g ／ c m。的尾 浆 ， 碰 压 1 4 MP a ， 放 回 水 为零 ， 施工 正 常 。电测 声 幅解 释 固井质 量 为优质 。 4 结论 1 ．高效前 置 液 与 水 泥 浆 及 钻 井 液 的相 容 性 和 稳 定性 较好 ， 并且 冲洗 液 具 有较 强 的破 乳 和 冲刷 能 力 ； 隔离 液除 油效 果 明显 ， 具 有 良好 的冲刷 效果 和悬 浮 能力 。 2 ．现 场应 用表 明 该 前置 液 能 够 提高 界 面亲 和 程度， 解决了前置液与油基钻井液和水泥浆 的相容 性 问题 ， 提高 了油 基钻 井液完 钻 井 的固井质 量 。 参 考 文 献 [ 1 ] 刘崇建 ， 徐 同台． 油气井注水泥理论与应用 ． 北京 石油 工业 出版社 ， 2 0 0 1 1 1 3 - 1 2 4 [ 2 ] 张德润 ， 张旭 ． 固井液设计及应用 ． 北京 石油工业 出版 社 ， 2 0 0 0 1 0 1 1 1 0 E 3 ] 徐明 ， 杨智光 ， 肖海东 ， 等 ． 油包水钻井液耐高温 冲洗 液 Y J C 一 1的研究 与 应用． 钻 井 液与 完井 液 ， 2 0 0 1 4 1 1 1 5 [ 4 ] 舒福昌 ， 向兴金 ， 罗刚 ， 等． 高密度双作用前置液性 能研 究． 江汉石油学 院学 报 ， 2 0 0 7 ． 2 9 1 9 6 - 9 8 收稿 日期 2 0 0 7 1 1 1 0； HGF一0 8 0 2 N1 2 ； 编 辑 壬小 娜 捣 L三 粥 8 8 8 3 8 6 8 4 6 6 盯 ∞ 船 船 ∞ 勰 勰 勰 诣 “ 7 7 9 2 6 6 7 4 6 6 5 4 7 2 4 4 5 3 5 5 ∞∞l墓∞∞∞∞∞∞∞∞ 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m