对用于水平井完井的水基产层钻井液的评价.pdf

涨 出 {j{ 呔 国 冉鲇井缸术 。 耕 ～ S S ． A． 龇i 和 H． L ． De a r i n g鲁 采用水平 井从非固结砂岩层中获得经济 效益更好的产量 已是非常普遍的了。 因为这些 井用裸眼完井 ， 其成功往往取决于钻井和完井 期 间所用的流体体系。 这些特殊的产层钻井液 按配方组成以提供 润滑性 ， 抑制作用 ， 固体悬 浮和井眼稳定性 。 通过形成一层有效的滤饼来 控制滤失量 ， 它们也保 护产层 ， 在完井作业期 间保持不受损害并清洗排液容易。 进行了 3 种产层钻井液体系的实验研究， 以确定每种的优 点和缺点 。 研究 目的并不是推 荐一种流体超过另一种 ， 而是为了使在特殊应 用中挑选适用的最优流体所必需的资料。 期望的流体性能 1 ．流变 性 产层钻井液应该提供在层流状态及低剪 切速率下最优的固体悬浮和井眼净化。 也应该 提供静止条件下极好的固体悬浮。 流动模拟指 出 ， 在水平井中流体设计 的关键因素是并艰净 化。 此外还指 出， 在管子下侧 区域 ， 由于岩屑积 聚和速度减低 ， 会引起岩屑运移效率的降低 为了最优 的井眼净化， 流体应具有低剪切速率 时粘度升高的流变性和很弱的凝胶结构 2 ． 井眼稳定性 流体和地 层的相互作用在井斜增大 时 日 益变得危 险。 滤液与地层流体及与粘土之 问的 相互作用应该最小 。流体应该是剪切稀释的 ， 这不仅提供极好的岩屑悬浮 ， 而且对非固结地 层中的井眼冲蚀最小 这些属性可改善浏井工 作 ， 定向控制 ， 提高井下动力机特性和当量循 A l 5 A U 李 自 俊译 环密度 E C D ． 这将实质上消除抽汲和激动 问 题 。流体还应在井下条件下保持一定的粘 度 ， 并且显出最低限度的温度和压力影响。 3 ． 滤失量 产层钻井液应该含 有特定大小 的桥堵颗 粒， 以形成即刻能有效控制渗漏的滤饼 。桥堵 颗粒应设计得容易除去。 具有易除去桥堵颗粒 的流体可减少完井费用。 4 ．回复渗透率 流体不应该含有过量的聚合物 和其它添 加剂 ， 这些材料对地层渗透率也许存在有害的 影响 。 适用的产层钻井液 下列三种水基产层钻 井液体系是当前适 用的 1 一定大小的食盐／ 聚合物钻井液 2 混合金属氢氧化合物／ 碳酸钙钻井液 3 一定大小的碳酸钙／ 聚合物钻井液 1 ．一定大小的食盐／ 聚合物 这 个体 系 商 品名 字是 由 T BCB r i n a d 生产 的Th i x s a l --P l u s ， 此后称为 T体系 用一 定大小的氯化铺作为主要的桥堵颗粒， 在世界 范围得到成功应用而广为使用。 饱和盐水使流 体能保持一定大小的盐粒而不溶鹪 。 改性淀粉 和黄原胶混合物提供滤失控制和粘度 。 由此形成的流体是无损害的、 润滑好的和 剪切稀释的， 具有良好的悬浮性能。氯化钠的 立方结构使它 能紧密聚 集而形成 坚韧的、 薄 的、 不渗透 的滤饼。酸在不饱和盐 水的前头浸 维普资讯 国外站井技术 第十二卷1 9 9 7年第 4 期 泡使溏饼容易除去 。恰当的顶替 、 授泡和冲洗 是达到撮优产量所必需的 图 1 9磅／ 加仑各漉体 的流变性 比较 图 2 1 O ． 5 磅／ 加仑各 漉体 的流变性 比较 2 ， MMI t ／ 碳酸钙 用 混合金属氢氧化合物按配方组成的流 体 ， 有 其独特的触变性能 ， 可提供极好 的井艰 净化和固体悬浮 商品名字是由 S c h l u mb e r g e r Do we U生产 的 Vi s p l e x ， 此 后称 为 V 体 系 。 MMH 络合物扩展持土并 给予独特 的粘度性 能 ， 这 是 通 过 附着 于 负 电的土 量 土 表 面 上。 MMMH扩展低速端的流变性， 但在较高剪切 速率下就折 回到较低的粘度。 这些流体有着 良 好的产层钻井液的性能， 它是无损害的、 抑制 的、 润精 的和低毒性的。典型的 MMH／ C a C O 1 0 1 0 0 】 】 I H H H 剪切建率 L ／ s 图 3 1 4磅／ 加台各漉体 的漉变性 比较 流 体 是 按 配 方 用 1 0磅／ 桶 预 水 化 土 最土 ， 1 磅／ 桶MMH． 4磅／ 桶 改性 多糖 滤 失控 制 剂 和桥堵及密度控制用的 C a C O 组成的。 在钻井和完成后需要综合 的清井排液措 施。 酸浸泡和冲洗过程使聚合物破裂和 C a C O 溶解 ， 这些是用完井液循环及随后井投产时的 回流来除去的。 用这种流体能典型地得到极好 的产量 3 ．一定大小的 Ca C O ／ 聚合物 一 定大小的 C a C O 体 系 商 品 名字是 由 B a k e r H u g h e s I N TE O 生产 的 P e r ff l o w， 此后 称为 P体 系 是一种聚合物基 流体 ， 采 用有着 宽粒径分布以桥堵岩石孔隙喉道 ， 能使渗透率 为几个毫达西 超过 l 0达西的纯碳酸钙 低的参滤速率是用加入聚合 物基的降摅 失剂来达到的， 可产生薄而抗冲蚀的及有润祷 性的滤饼 。聚合物盖在 Ca C O 上使得能用产 液在最小压降下将其除去 生物聚合物用于保 持一定的粘度 ， 而挪 用于抑制作用和摅 饼的分 散性。 这些流体是剪切稀释的并有低的初始摅 失。它们是无损害的、 抑制的和润滑的。 极好 的产量和最低 限度 的清洗排液是这 种流体成功的主要 因素。 维普资讯 砧井技术 4 7 室内试验及结果 1 ．流变性 1 O O 8 0 6 0 翥 o 2 0 图 4 l 0 磅 ／ 加仓 T体系 中粒径 分布 日 O ． 3 o 要2 0 善 圈 5 6 0 4 0 壹2 0 肇0 }L 一1 [ ] 图 6 1 0 ． 5 磅／ 加仑 P体 系中粒径分 布 对流体样品各 自的流变 曲线进行 了分析。 测量了高和低剪切速率下的塑性粘度、 动切力 静切力 。试验温度为室温和 1 2 o 下 流变资料载于图 1 ～3 。 对于 9 磅／ 加仑的 各流体， v体系低速端 6 和 3 r ／ n 的流变性 高于 P或 T体 系的至少 3倍 。对于 1 0 ． 5 磅／ 加仑 的各 流体 ， V体 系和 T体 系的低速端的 流变性是可比的 ， 但 P体系显出较低的值 。1 4 磅／ 加仑的三种流体在低速端流变性上是不一 样的 v体系显著高于 P和 T体系 比较温 度对流变性 的影 响时， 在室温和 1 2 o 呵 之间低速端 的流变性显示最小的变化 ， 但 1 4磅／ 加仑的 v体系例外地变化较大 。在 高剪切速率 6 0 0和 3 0 0 r ／ Ⅱ l i n 下 ， 温度影响更 明显。P和 T体系两者都显示大 的变化 ， 而 v 体 系显示最小的影响。 2 ．稠滑性 B a r o M极 压润措仪用于测定润措性 系数。 表 1显示的结果是基于金属与金属接触 ， 这可 以代表流体中的固体 。由于分布在 P和 V体 系 中碳 酸钙的硬 度和颗粒大 小而结果也许扭 曲。 增大的润滑性系数指 出碳酸盐含量的增加 而并不必定是基液 的润滑性增加。 这个观察结 果受到 v体系润滑性 系数的支持 表 1 ， 那里 钻井液密度 由 1 0 ． 5磅／ 加仑提高到 1 4磅／ 加 仑 ， 实际上显示系数的减小。在 1 4 磅／ 加仑的 v体系中， 碳酸钙量减少而密度的增加是 由重 晶石补充的。 表 1 润滑性结果 密度 捧 歪 碚／ 加仑 V P C a C z／ Ca Br 2 Na T 无资料 无资辩 1 0 ． 5 0 ． 3 9 5 0 ． 4 1 7 无资辩 无资料 0 ．2 9 0 0 1 8 0 住 c a c l } ／ c a z 盈 Na ＆ 产 自I NTE q 3 ．桥堵颗粒的粒径分布 试 验流体的桥堵颗粒 大小是 用 C s 7 1 5 粒度计测定的 。1 0 ． 5磅／ 加仑 T体系中食 盐 颗粒呈现正态分布 图 4 ， 其中近 9 0 的颗粒 尺寸在 1 3 9 6 g r a的范围内。 1 0 ． 5磅／ 加仑 v 体系 中碳酸钙颗粒 有一 负向的非正态分布 图 5 。在 1 0 ． 5 磅／ 加仑 P 体系中， 碳酸钙颗粒呈现一正向的非正态分布 图 6 这些流体体系中约 9 5 ％或更多的颗粒 9 6mn。 ． 表 2 A P I 滤失量资科 室沮 V P T 流 件 密 度 9 l1 0 ． J l 4 。 磅 ／ 加 仓 I I 3 j 。 。 1 。 ． A P I 滤 失 量c c ＆ 。 j 3 ． 3 j 3 ， B 4 ． A P I 滤失量 滤失量资料简述于表 2中。 值得注意的是 维普资讯 国界钻井技术 第二卷1 9 9 7年第 4期 所有三种流体密度情况下 ， v体系始终如一地 的铝砂滤板 和 9 5 0 毫达酉 的铝砂滤板上进行 呈现 出高于 P和 T体 系的滤 失量。 的 流体在 2 5 0 。 F下热滚 1 6小时 。 表 3表明热 5 ．高温滤失量 滚之前和之后的结果 。 高温滤失试验是在标准滤纸、 4 0 0毫达酉 表 3 高温高压滤失量资料 9 砖／ 加仓流体 v体 系 P体系 T体系 高温高压滤失量 C C 热滚前 热滚后 热滚前 热蕞后 热滚前 l 热滚后 滤纸 2 0 ． 9 1 6 ． o 1 5 ． 6 6 ． 4 1 1 6 s 4 0 0毫选西滤板 3 5 ． o 2 4 ． o z 。。 9 5 0 鞋选西 滤扳 3 4 ． 0 1 9 ． 2 l 。 6 洼 P俸 泉在热蒗 前甩 1 俸积的三 乙醇胺处理 V俸系在热蒗 之前和之后均诃节 p H值 。 l 0 5磅／ 加仓疵体 v体系 P体系 T体系 高温高压滤失量亡 c 热壤 前 热蒗 后 热蒗前 热滚后 热蒗前 热滚石 滤 纸 0 0 ． 8 0 6 ． 4 1 3 ． 6 1 3 ． 0 1 1 - 2 、 4 0 0毫选西滤扳 3 5 ． 6 l 8 4 2 l 6 9 5 0 进西滤扳 3 4 ． 4 1 6 8 1 6 8 洼 P体系在热蒗前用 1 体{ 拜的三乙醇胺妊理 ．v体 系在热蒗之前和之后均调节 p H值 ⋯ } P 俸 T 体 系 l C a C I ／ C a B r 2 Na B r 高温高 压滤失量 C C 热 蒗 前 f燕 壤 后 f热 蒗 前 热 蘸 后 热 攘 前 热 蒗后 热 渡 前 热 壤 后 滤 纸 1 a 0 1 5 ． 2 1 2 8 4 ∞ 毫谜西滤 扳 4 4 0 1 1 ． 2 1 0 4 l 4 O 9 5 0 鞋 选 西滤 板 I 4 8 8 l 9 l t ． O 1 3 ． 6 注 P体系两种流体均甩 g 氧化尝在热滚前处理。v体系在热滚之前和之后均诃节p H值 对于 9磅／ N仑 的流体 ， 热滚前 在滤纸上 的滤 失量范围为 6 ． 4 c c T体 系 到 3 0 e e V体 系 ， 而体系 P是 中范 围的 1 6 c c 对于 1 0 ． 5 磅 ／ 加仑 的流体 ， 滤 失量范围为 1 1 ． 2 c c T体系 到 2 0 ． 8 c c V 体 系 ， 而 P体 系是 中范 围 的 1 3 ． 5 c c 1 4磅／ N仑 的流体 也显 出类 似 的趋 势 6 ．滤饼分析 识别 的滤饼性质包括 厚 度、 完整性和韧 性 滤饼厚度能影响润措性 、 粘卡倾 向和清井 排液 。 滤饼应该尽可能薄而且还能提供有效的 滤失控制 。 滤饼完整性和韧性是衡量当压差减小或 者流体 流动变 为紊流时 ， 滤饼 保持完 整的倾 向。理想地说 ， 滤饼应是韧性的但容易除去和 ／ 或分散在破坏滤饼的流体 中。供 比较 的滤饼 维普资讯 重再 蛄 井校 柬 4 9 O 性质列于表 4中． 衰 4 鼍饼性 一 体蕞 P V T 厚度 最小 量小 t小 壳■性 寓 高 寓 韧性 毫 高 除軎， 承 膏t曲一粒 鲔戚●片 瞻一 欠千翻后表匾穗冒钧 ／ 中 低／ 中 t 爱人程度 由扫描 电t曩 氍 低 俄 塞 螬 7 ． 滤饼的扫描电镶分析 带有 l O ． 5磅／ 加仑流体的原生控饼 的切 片， 用扫描电镜／ 能散渡谱仪进行测试． 目的是 测试 P 、 V和 T体系侵入的性质和深度。滤饼 的扫描 电镜照片表 明， 这些流体体 系形 成薄 的． 表面对过游介 质有着最 低限度 侵入 2 ram 的溏饼． 0 ． 静态破坏试验 静态破坏试验是用改进的高温高压容器 进行的． 地层是用E知渗透率类似于地层渗透 率的铝砂或 ] r e a砂岩滤板插入容器 中来模 拟的。初始渗透率是用 3 的 NH． C I． 进行的。 然后用钻开油层钻井藏注满容器 ， 使在滤板上 沉积一层滤饼 ． 轻轻移去过量的流体井用破坏 滤饼的格藏 注满容器 ． 溶液保持在压力和估计 的井底温度下．淀饼可以浸泡在溶液 中 l ～2 小时． 在浸泡后 ． 用 3 的 NH． C I 流过滤板 ， 而 最后。 浇过 时问与初始的“ 流过 时问相 比。 这 些试验是为了研究用不同溶藏破坏谜饼 的效 率．破坏试验的资料列于表 5中。 寰 5 t坏试■ 壹科 蕾击t筇试t 1 o ． 5磅／ 一色童体 体景 V P T 韧蚰蠢盘ml ／ * 3 2 2 3 5 ． 3 3 2 ． 2 最后瘟擅 口 ． 1 ， I I 6 2 3 4 Z 3 Z - 4 计算的诖蕾 力 5 0 2 g 6 7 I O 0 - 7 韧蛄擅失量 Z - 8 1 9 2 ． 8 滤失量 3 o mi t , ml L 0 0 5 4 5 - B 瞠进罅援 中尊 高 矗 对堵敲果 e h 于坼墙荆 较好 枉好 撮好 单内{ I井捧i t 中年 极好 极好 t坏 饼 用{ I{ I体鼍 P和 V T Hcl l o 3 5 n 1 Hcll 0 3 5 0 ml 一l o o o ． 1 ， ‘ O ． ， 5 ml 发董基三乙赣5 过蠢■■l l C o a o x 2 1 0 m 5 ml 1 ． 5 I 加奄 ／ 1 0 0加仓 W 一 3 ● O 1 ． 0 ， ‘a ． 5 E D TA--． I I 3 ． 1 5 维普资讯 一冉 譬井曩柬 一十二掌I g wJ , 7 年簟 4期 渗透恢复率试验 这个试． 垒 的 目的是检查疆警效率 ． 识别量 适台的破碎擦藏 ， 并计算参遗恢复事． 1 ． 试■仪■囊逮 一 根 6 英寸内径和 8英尺长的丙烯腑臂 子 ， 管子两j 蓦 I 柞鞔有能使环空和内管都汽动的 转按装置． 在管内的一j I | ． 装有一段长 1 8 ． 5 英 寸 ， 外径 4 ． 5英寸和内径 3 ． 5英寸的氧化铝岩 心． 岩心的两蛸被封堵， 固此只限于径向流动． 岩心的基本渗遗率约为 9 0 0毫选西． 一节外径 4英寸 ， 长 1 9英寸 的单 层预制筛管 甩 , t O ／ 6 0 1 ] a k e r b o n d树脂包砂充填 装置另一靖．无 论何时在两 固定物 岩心和缔管 之间总存在 着一段 1 英尺的空白空间． 两固定钓则在丙烯 腑管予内对 中， 见图 7 ． 两只流量计 ， 一只用于超过 1 O加仑／ 分的 泷量 ， 另一 只用于小于 l 0加仑／ 分的流量 ． 装 在模型中的主要管线上。 还有一个量测任何时 候系统前后压降的差压传感器。 2 ． 实验过畏 以下是各流体实验所采用的步骤。 1 在流量为 5 ～6加仑／ 分的穗定状态下 分别涓量穿过系统和穿过岩心的压力降基线． 穿过系统的液流先注入岩心 内部 ， 通过环空， 到达系统筛管的内部。对于只穿过岩心的测 量， 藏流取 自岩心内部并流出经过环空．穿过 筛管的压降假设为系绕 △ P和穿过岩心的压 降的整值． 2 随着漏失开始通过 岩心， 滤饼沉积在 模型的岩心稿环空的孔 中． 避一步中缔譬 内郭 保持封隔以遗免工具抿害． 3 筛管蛸环空是封丽的， 因为蕾饼沉积， 穿过岩心的压力 由 7 0加仑／ 英寸。 升至 7 5加 仑／ 英寸 。观察到渭失径向地进入岩心．穿过 罅饼的压力保持 l 5分钟． 4 囊余的产层钻井液通过环空被瞢置出 来 ， 同时但持穿过岩心的 A P． 这一步中筛管保 持封陌． 在所有情况下大约 l o o加仓的璜警． I莨 以 3 0加仑／ 分的汽量进行普置． 5 对于一组试验 ， 在璜替藏后注入 I 5 的 Hc l 格液．然后模蛋被密闭。 系统被允许浸 泡 2小时． 8 酸液经过同一环形路径被顶替 ， 而筛 管内部仍是封陌的． 这一步 中岩心内部也是赦 封隔的． 。然而， 这些压力和流量对于 精 确确 定 v 体系 的渗 透恢 复率 也许是 不够 的。先前对于 v体 系的渗透恢复率的研究一 般是在 3 0 ～1 0 0 磅 ／ 英寸。 的压差下进行 的。 事实上在上一次试验运行 中， 是 在增大 压差的 情况下观察到渗透恢复率 的增长的 ， 图 9 。 决定于井的需要 ， 各流体体系有着优点和 缺点 。表 7中提 出的性能比较数据 ， 也许会促 进流体选择过程。 衰 7 性能评价 V P T N a C l l c a C Iz ／ B r ；l N a B r 密度 ． 磅／ 加仓 9 1 o ． 5 1 4 9 1 0 ． 5 1 4 1 4 9 1 0 ． 5 1 4 瘟变性 低剪切速率端 极好 好 好 尚好 尚好 尚好 尚好 尚好 桩好 好 流变性 高剪切速率螭 好 好 好 好 好 尚 好 尚好 好 好 尚好 润请性 水基 流休 的其型 水基 流体 的冉型 水基 流体 的典 型 粒径分 布 9 5 囊艟 9 6 F 9 5 囊粒 9 6 F 9 5 囊粒 9 A P I 滤失显 ， c m 6 ． 2 3 ． 8 3 ． 6 3 ． 8 1 a 无资料1 ． 0 麓熊黼羹 ， 。 o／ 2o 9 20． ／2l ‘ 。 6 o／ 1s 6 ” V 1 D ／ 3I B I5 ； ’ ‘ ／ B 日 ／ ， E 滤懵分析 A．厚度 最小 最小 最小 B 整体性 高 高 高 c 韧性 高 高 高 扫描 电镜分析 滤 饼 滤饼表面有极小侵入 滤饼 襄面有极 小侵入 滤饼表 面有极 小侵入 静态 破坏试 验 A．韧蛄滤失 好 极好 极 好 B 有效封堵 桩 好 敏好 极好 0 单向净化 中等 桩好 敏好 ● 营透幔复率 水 ． ％ 2 4 ～9 O ‘ 4 3 一 O 2 9 一 O 渗透恢复卓 醴 - 8 9 ， 0 9 3 - 0 l 0 0 抑止页岩 尚好／ 差一 尚好／ 盖一 尚好／ 差 密度范匿 ． 砖／ 加仓 9 ． O ～“． 0 0 ～1 8 0 9 ． 0 ～ 1 4 ． b 顶替流休 。 1 C C l t 咎置 1 ．酸爱} 白和盐水替置 1 ． 酸 爱泡和盐水 替置 2 ．酸爱} 白 和 C C l , 替置 2 ．产液 回赢 2 ．产藏 回滚 *挺定于压力 * 可 由加入页岩抑止剂 如氰 化钾 - 多羟基醇等而改善 译 自 Wo s r l dOi l } 1 9 9 6年 1 O ． 1 1月号 维普资讯