油基钻井液固井前置液技术研究进展.pdf
2 0 1 6年 3月 欧红娟等. 油基钻井液固井前置液技术研究进展 油基钻 井液 固井前置液技术研 究进展 欧红娟 , 李 明1 ,2 , 王崇榆 , 汪 壶 , 陈 林 , 郭小阳 1 . 西南石油大学材料科学与工程学院 ; 2 . 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室 成都 6 1 0 5 0 0 摘要 国 内外对适用于油基钻井液 的前置液技术进行 了大量 研究 , 主要集 中于前置液评 价方法 和前置液体系材料的研发; 目前研究所存在的不足突出表现在前置液评价方法不完善、 清洗效率 低 、 前置液用处理剂选材机理研究偏少等。针对上述不足 , 分析提出前置液技术的发展方向包括 建立模拟井下条件并实时观察冲洗过程的评价方法、 建立前置液用表面活性剂选材方法 、 开发与 油基钻井液和水泥浆相容性良好的前置液体系等, 以促进适用于油基钻井液的固井前置液技术进 步 , 为提高复杂深井及页岩气井 的固井质量提供技术支 持。 关键词 油基钻井液 固井前置液顶替效率评价方法 随着勘探开发向深部油气藏和非常规油气藏 的不断深人 , 复杂深井 和页岩气井的数量逐年增 加 , 油基钻井液在此类井中应用广泛 , 为提高钻速 和减少井下 复杂发 挥 了重要作用 。油基 钻井 液 的使用会使井壁 和套管表面形成油润湿 , 给 固 井带来 的问题主要有油基钻井液置换及界面清洗 困难 、 混浆流变性能变差 、 混浆强度严 重下降等 , 为解决上述问题 , 需使用适用于油基钻井液 的前 置液技术。为促进该前置液技术的进步 , 通过 国 内外研究现状的调研与分析 , 本文阐述了油基钻 井液钻井的固井难点 , 综述 了前置液技术的研究 现状 , 对现有技术存在的不足进行了分析 , 在此基 础上指出了该技术的发展方向。 1 油基钻井液钻井的固井难点 1 . 1 油基钻 井液置换及界面清洗困难 , 顶替效 率不 高 油基钻井液黏附性强, 在钻井过程 中与套管 和井壁岩石 的长时间接触 , 易在套管壁 和岩石表 面黏附一层胶凝油基钻井液 , 使界面多为亲油性 , 难 以进行置换与清洗 , 这将严重影响油基钻井液 的顶替效率 , 导致水泥环与界面胶结强度低。 1 . 2 油基钻井液与水泥浆接触污染严重 油基钻井液是亲油性 工作液 , 而后续 固井使 用 的水泥浆为亲水性工作液 , 二者间不具有相容 性 , 掺混后会产生不同程度的接触污染 , 主要表现 为 水泥浆流变性能变差 , 影 响顶替效率 ; 混浆水 泥石呈蜂 窝状 , 破 坏水 泥石 完整 性。以塔 里木 D B 1 0 2井为例 , 油基钻井液掺混对水泥浆流变性 能和强度的影 响见表 1 , 混浆流动状态和混浆水 泥石如图 1 所示 。 表 1 油基钻井液对水泥浆性能的影响 水泥浆配方为 1 0 0 %A G2 %F L O K一2 防气窜剂 3 9 %水 3 . 5 %L A ND Y一8 0 6 L 降失水 剂0 . 5 %L A ND Y一 9 0 6 L 分散剂1 % L A N D Y一 6 0 6 L 缓凝 剂 ; 油基钻井液为 U D M一2乳化钻井液体系 ; 一为无数据。 收稿 日期 2 0 1 51 1 2 0 。 作者简介 欧红娟 ,在读硕士研 究生 ,从事油 气井 固井 水泥 浆体 系及外加剂研究工作 。 基 金项 目 国家 9 7 3项 目课题 “ 页岩气水平 井钻完 井关键 基 础研究 ” 2 0 1 3 C B 2 2 8 0 0 3 。 2 0 1 6年 3月 欧红娟等. 油基钻井液固井前置液技术研究进展 3 胶 、 烷基酚聚氧乙烯醚和聚乙烯吡咯烷酮组成 的 油基钻井液用冲洗液 , 具有较强的渗透作用 , 已在 玉门油 田柳 平 1井 取 得 成 功 应 用。MO R I A D I 等 研发一种由表面活性剂 、 润湿剂和流型调节 剂组成的隔离液 , 对 油基钻井液 冲洗效果较好 。 路博润公司 研究一种新型表 面活性剂溶液 , 加 人隔离液 中可有效提高对油基钻井液的冲洗效率 和相容性。中国石化 的 S C W 隔离液 目前 已在多 口页 岩 气 井 取 得 了 应 用 , 主 要 由 驱 油 主 剂 S C W 一1 、 润 湿 反 转 剂 S C W 一 2 、 抗 污 染 稳 定 剂 S C W 一 3 和抑 泡剂S C W 一 4 组 成。许 明标 等 发 明了一种由非离子表面活性剂 、 互溶剂 、 增黏剂和 降滤失剂组成的固井前置液 , 能有效的清除油基 钻井液泥饼 。 研究发现乳化前置液 比表面活性剂前置液具 有更好的增溶洗 油效果 。岳前升等 研发一种 乳液型滤饼解 除液 H C F, 在井 底温度条件 下 , 稳 定性受到破坏, 水相 和有机相各 自发挥其作用清 除油基滤饼 , 该体系在渤海油 田已广泛应用。华 桂友等 研制一种可逆转油包水钻井液, 通过发 生逆乳化作用形成水包油乳状液 , 使地层从油润 湿变为水润湿性。国外哈里伯顿 、 斯伦贝谢 、 贝克 休斯及 B J 服务公司均也研制了不同种类的乳化 、 纳米 、 微乳 、 中间相或水包油包水 W/ O / W 型多 重乳化隔离液体系 。该体系设计需精确 的 井底温度, 体系 自身具有较好的黏度和稳定性 , 其 乳状液结构使得前置液具有 良好 的冲洗能力和油 基钻井液携带能力 , 在北海 、 美国落基 山脉多 口井 中应用 , 取得了 良好效果。 为解决环空 内残余油基钻井液无 法凝固 , 从 而影响固井质量 的问题 , 国内外研究 了增强胶结 能力 的前置液。壳 牌公 司 j 、 中原油 田 和 中 油渤星公司 研究用矿渣和表面活性剂配制 的 油基钻井液用可 固化隔离液体 系, 该体 系利用矿 渣的潜在火山灰活性 , 使隔离液体系在一定条件 下能与水 泥浆一起 固化 。杨 振杰等 发 明了胶 乳型冲洗隔离液和 自修复 固井 隔离液 N MF E J , 胶 乳冲洗隔离液可在胶结界面形成胶乳薄膜 , 增强 与水泥浆 的胶结力 , 从而提 高胶结强度。 自修复 固井前置液可对水泥环 的微裂缝和微间隙进行修 复 , 提 高 油 基 钻 井 液 条 件 下 水 泥 环 的抗 窜 强 度 。雪佛龙印尼公 司和贝克休斯公司均研 发了一种可有效降低漏失情况 的隔离液 , 有利于 提高水泥胶结 - 5 5 ] 。 2 . 3 前置液选材机理研究 前置液作 为油基钻井液 和水 泥浆之 问的流 体 , 配制原料不应对水泥浆有较强的促凝作用 , 不 能破坏水泥浆的结构且也不能对油基钻井液造成 污染和严重增稠效果 , 同时应注意复配处理剂问 的化学协同作用 。 目前针对油基钻井 液条件 下固井前置液原料选择机理研究较少 。 2 . 4 目前研究存在 的不足 目前 的评价方法 主要存在 以下 三方面 的不 足 1 现有评价方法大多是通过浸泡油基钻井液 的方式形成滤饼和油膜 , 不能真实反映油基钻井 液在井内压差作用下形成致密滤饼和油膜情况 , 致密滤饼和油膜 比自然黏附的钻井液更难 清除; 2 不能实时反映前置液对油基钻井液冲洗过程 , 考察不同冲洗 时间则 需重复实验 , 工作量 大; 3 不能真实模拟井下前置液高温冲洗条件 。 国内外前置液体 系大多针对当地 区块研发 , 品种较单一、 可选性差 , 冲洗效果 、 抗温抗盐性及 与油基钻井液和水泥浆 的相容性等 尚有待完善。 湍流前置液对界面置换效果较差 ; 表面活性剂前 置液研究较多 , 但仅单纯改变表面活性剂组分 , 有 关表面活性剂选型方法较少 , 具有盲 目性 ; 乳化前 置液的设计需精 确测量井底温度 , 若温度测量有 误 , 则乳化前置液易失效或带来其他危害; 提高胶 结能力 的前置液体 系虽可与水泥浆一起 固化 , 但 油基钻井液是无 法固化 的油性流体 , 若残留在环 空内仍会影响固井质量。 针对油基钻井液条件下的高效前置液选材机 理研究必须从钻井液与水泥浆污染机理和表面活 性剂合理选型出发, 目前 国内外针对水泥浆与油 基钻井液接触污染机理及表面活性剂合理选型的 相关研究较少 , 阻碍 了前置液选材机理研究 ; 且针 对前置液用表面活性剂与油基钻井液和水泥浆混 合后产生的不 良影响可能影响固井安全 。 3 油基钻井液条件下固井前置液技术对策 通过国内外前置液技术研究现状的调研与分 析, 提出前置液技术的发展方 向应 围绕完善改进 评价方法和深入研究前置液选材机理开发高效前 置液原料。 在完善改进评价方法方 面, 结合现有条件研 制出一种固井前置液 冲洗效 率测试装置及方法 4 精 细 石 油 化 T 进 展 A D V A N C E S I N F I N E P E T R O C H E M I C A L S 第 1 7卷第 2期 首先对岩心 模拟井壁 进行压 差压制滤饼或油 膜 , 利用称重法测试冲洗效率 , 可在岩心夹持器上 安装压力传感器 , 实时监测岩心冲洗过程, 再利用 配制水泥浆用浆杯盛装前置液进行不 同转速的清 洗 , 且可加工一套可包裹的浆杯加热器 , 模拟井底 温度, 则可实现不 同温度 、 环空返速条件下固井前 置液冲洗效率工程模拟量化 , 对冲洗全过程进行 监控与分析 。 在研究前置液原 料选材机理方面 , 应针对不 同区块 , 因地制宜的设计前置液选材并进行验证 。 如表面活性剂的合理选型 、 提高前置液相容性 的 材料选择应从油基钻井液和水泥浆接触污染机理 出发, 选择合适材料 , 最终形成具有针对性 的、 与 油基钻井液和水泥浆相容的广谱高效前置液。 4结论 1 分析 了油基钻井液钻 井对 固井带来 的难 题 油基钻井液置换及清洗 困难 , 顶替效率不高 ; 油基钻井液与水泥浆接触污染严重。 目前前置液 技术是解决这一难题 的主要方法 , 总结 了适用于 油基钻井液条件下 固井前置液相关技术的研究现 状 , 指 出 目前研究存 在的不足 , 探讨 了相关 技术 对策 。 2 前置液评价方法是保 证油基钻井液 条件 下高效前置液合理研发 的保证 , 应加强相关评价 方法的建立 , 提 出利用现有资源进行合理改进 , 形 成一套可模拟井下条件 , 实时监控 的前置液冲洗 过程的评价方法。 3 针对 目前 国内外油基钻 井液条件下前 置 液研发的难点 , 在表面活性剂合理选型 、 油基钻井 液和水泥浆接触污染 的理论研究基础上 , 研究适 用于前置液的选材机理 , 最终形成具有广谱性 的 高效前置液体系。 参考文献 丁保 刚 , 王忠 福. 固井 技术 基础 [ M] . 北京 石 油工 业 出版 卒 十. 2 0 0 6 8 2 8 3 . 张 明霞 ,向兴金 ,童志能 , 等. 水泥浆前置液 评价方法 总论 [ J ] . 钻采丁艺 , 2 0 0 2, 2 5 6 8 1 8 3 . 王广雷, 吴迪, 姜增东, 等. 固井冲洗效率评价方法探讨 [ J ] . 石油钻探技术 , 2 0 1 1 , 3 9 2 7 7 8 0 . 王羽 巾 , 谢飞燕 , 刘爱萍. 固井前 置液室 内评 价方 法探讨 [ J ] . 钻 井液 与完井液 , 2 0 1 4, 3 1 4 9 2 9 4 . 王广雷 , 杨智 光, 徐永辉 , 等 . 固井 冲洗液 冲洗效率定量模拟 评 价装 置 中国, 2 0 3 1 6 1 2 1 6 P] . 2 0 1 3一 O 8 2 8 . 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U n i q u e c e me n t a n d s p a c e r d e s i g n for s e t t i n g h o r i z o n t a l c e me n t p l u g s i n S B M e n v i ron me n t d e e p w a t e r I n d o n e s i a e a s e h i s t o ry[ J ] . OT C 2 4 7 6 8, 2 01 4. [ 5 2] A N U G R AH A, B U D I A WA N A, P R A T O MO D I , e t a 1 . I n n o v a t i v e c me n t s p a c e r i mp r o v e s we l l c e me n t i n g i n t e g r i t y一6 0 c a s e h i s t o ri e s r e v i e w e d [ J ] . I A DC / S P E 1 7 0 5 4 5, 2 0 1 4 . [ 5 3 ] I L E S A N MI O,G I L L S ,H I L A L B, e t a 1 . C e me n t s p a c e r t e c h - n o l o gy e l i m i n a t e s c o s t l y r e me d i a l j o b s w h i l e p r o v i d i n g e x c e l l e n t b o n d l o g s [ J ] . s 朋 1 7 2 3 7 7 , 2 0 1 4 . [ 5 4 ] WA N G C G,WA N G R H,Z HO U W D, e t a 1 . T h e u s e o f a n o v e l s p a c e r a n d u h r a l o w d e n s i t y c e me n t s y s t e m t o c o n t r o l l o s t c i r c u l a t i o n i n c o b e dme t h a n e w e l l s [ J ] . S P E 1 7 3 9 0 1 , 2 0l 5. [ 5 5 ] 李静 , 郭小 阳, 杨香艳. 隔离液合理选材设计 以改善与水泥 浆相容性实验探 索 [ J ] . 钻井 液 与完 井液 , 2 0 0 7 , 2 4 4 434 6. o n Pr e flus h Fl u i d s f o r t o Oi l Ba s e d Dr i l l i n g Fl u i d s o u H o n g j u a n 一 ,L I M i n g ,WA N G C h o n g y u , WA N G Y a o ,C H E N L i n ,G U O X i a o y a n g 下转第 1 1页 2 0 1 6年 3月 刘 晶. 文东油田特低渗储层酸化增注体系的研究与应用 1 1 [ J ] . 精细石油化工进展 , 2 0 0 8, 9 3 7一l O . 聂海龙 , 何晓晓 , 霍希琴 , 等. 不 同功能 化基团修饰 的硅壳 纳米颗粒分 散性 研究 [ J ] . 高等 学 校化 学学 报 , 2 0 0 8, 2 9 3 4 7 7 4 8 1 . 李玉平 , 王亚强 , 贺卫卫 , 等. 纳米 S i O 2表面