基于油基钻井液下固井前置液的研究及应用.pdf

第 3 l 卷 第 3期 2 0 1 4年5月 钴井液与 完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D V 0 1 ． 3 1 No ． 3 M a y 2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 8 ． i s s n ． 1 0 0 1 - 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 1 5 基于油基钻井液下固井前置液的研究及应用 李韶利， 姚志翔 ， 李志民， 黄永鑫 中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮阳 李韶利等 ． 基于油基钻井液下固井前置液的研究及应用 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 3 5 7 6 0 ． 摘要随着勘探开发的需要，油基钻井液钻井逐步增多，但钻井后井壁存在含油泥饼、套管壁上黏附有油基钻井 液，影响固井质量。开发了适舍油基钻井液的清油冲洗剂 Q Y - 1 和清油隔离液GL Y - 1 。QY - 1可有效清洗油膜，冲洗率 达 9 5 ％ 以上。清油隔离液 GL Y - 1密度在 1 ． 0 0 ～2 ． 2 0 g ／ c m 之间可调，悬浮稳定性好，具有 良好的抑制能力，与油基钻 井液、水泥浆配伍性 良好。形成了高密度前置液的多级配制工艺，保证 了现场前置液性能与室内实验一致。同时建立 了四级冲洗顶替工艺技术，提高了顶替效率，进一步提高固井胶结质量。现场应用 5口井，固井质量优 良。 关键词 油基钻井液 ；固牛前置液 ； 清油冲洗剂 ； 清油隔离液 ；固井质量 ； 非常规井 中图分类号 T E 2 5 6 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 40 3 - 0 0 5 7 ． 0 4 随着勘探开发 的发展 ，油基钻井液的应用越来越 广。油基钻井液钻井后 由于井壁存在含油泥饼 、套管 壁上黏附油基钻井液 ，且清洗困难 ，影响固井水泥环 胶结强度 ，导致一 、二界面 固井质量欠佳 ； 同时由于 裸眼段长 、环空间隙小 ，固井顶替效率较低 ，而且水 基完井液对油膜的冲洗效果较差，进一步造成固井质 量难以提高，因此对固井前置液、水泥浆性能、现场 施工工艺提出更高要求，因此开展了油基钻井液固井 前置液技术研究 [ 1 - 3 ] 。 1 清油前置液 1 ． 1 配 方组成 根据冲洗液、 隔离液的性能要求 ， 采用阴离子表 面活性剂、非离子表面活性剂配制出了清油剂 R J 一 4 ， 将 R J 一 4与增溶剂 B、螯合剂 C复配 ，配制 出了清油 冲洗剂 Q Y - 1 ，其配方如下。 水 3 0 ％R J 一 4 6 0 ％B 1 0 ％C 优选 出了增黏性高分子量聚合物 WH． 2作为悬浮 稳定剂 ，C P S 2 0 0 0作为降滤失剂，D作为抑制剂 ，形 成 了清油型隔离液 G L Y - 1 ，其基础配方如下。 水 3 ％～4 ％ wH一 2 0 ． 3 ％CP S 2 0 0 0 7 ％～ l 0 ％ D 1 5 ％～3 0 ％ R J ． 4 加重剂 1 ． 2 室内性能评价H 1 - 2 ． 1 清油冲洗剂QY - 1 的性能评价 1 冲洗率。利用特制的冲洗模拟装置 见图 1 进行评价。该装置外管采用一截套管，将装置置于一 定温度 的恒温水浴槽中，通过管汇连接到水泥车上 ， 模拟井下条件进行加压循环 ； 先用油基钻井液在人造 岩心和套管壁上形成泥饼，然后用清油冲洗剂 Q Y - 1 冲洗 8 ～1 0 min ，利用称重法进行冲洗效果评价 [5] 。 在 6 0℃、泵压为 5 MP a下 ，利用 冲洗评价装置评价 了 Q Y - 1 在不同加量下的冲洗率 ，实验结果见表 1 。 岩心人造 进液口 端盖 顶丝支架 岩心 外管 密封垫 出液 I 1 图 1 冲洗模拟评价装置 表 1 Q Y - 1 的冲洗率模拟评价实验 基金项目 中原石油勘探局科技攻关项 目 “ 钻井液、固井及环保技术研究” 2 0 1 2 3 0 7 o 第一作者简介 李韶利 ，工程师， 2 0 0 2 年毕业于重庆大学化学工程与工艺专业，现在主要从事固井水泥浆体系研究。地址 河南省濮阳市石化路 1 0 0号中原固井 ；邮政编码 4 5 7 0 0 0；电话 1 3 9 3 8 3 3 6 8 5 0； E - ma i l l s l h h s i n a ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 钻井液与 完井液 2 0 1 4年 5月 由表 1 可 以看出 ，随着 Q Y - 1 加量及 冲洗时间的 增加，冲洗效率明显提高，当其加量为 2 0 ％时，冲 洗 8 ～1 0 m i n 后，冲洗率 达到 了 9 5 ％以上，说 明 Q Y - 1 具有较强的清洗油基钻井液的能力，有利于提 高顶替效率。 2 耐温性能。使用高温高压稠化仪分别将 2 0 ％ Q Y - 1 和 3 0 ％Q Y - 1 在不同温度、7 0 MP a 下养护 1 h ， 然后降至 6 0℃，利用钢管冲洗法进行评价 ，结果见 表 2 。表 2结果表 明，Q Y - 1 在 1 5 0 o C、7 0 MP a的高 温高压下老化后 ，对油包水钻井液的冲洗效果没有受 到影响 ，具有较强的抗温性能和化学稳定性 。 表 2 Q Y - 1 的耐温性能实验 3 0 9 8 ． 5 9 8 ． 3 9 8 ． 3 9 3 ． 0 9 8 - 2 9 8 ．2 9 8 ． 2 2 0 9 7 ． 6 9 7 ． 5 9 7 ． 5 9 7 ． 4 9 7 ．4 9 7 ． 3 9 7 ． 3 3界面胶结性能。进 行 了界面胶结强度 实验， 即将黏油未 冲洗圆模 金属棒 和用 O Y _ 1冲洗后的 圆模 金属棒 放人界面强度测试装置的圆环中，环 空中注满 G级水泥浆，在 6 0℃下养护4 8 h 后，在压 力机上测定抗压强度值，计算出剪切胶结强度，实验 结果见表 3 。表 3 结果表明，经 Q Y - 1 冲洗后，水泥 环界面胶结强度提高。分析其原因为 ①冲洗剂对水 泥浆具有分散性，增加了界面水泥石的密实性 ； ②冲 洗剂 的组分增强了水泥石与界面的亲和性。 表 3 Q Y - 1 冲洗前后的水泥环界面胶 结强度实验 实验项 目 第一界面胶结强度 ／ MP a第二界面胶结强度 ／ MP a 注 圆模用油基钻井液浸泡 2 4 h ，再用 Q Y - 1 冲洗 1 0 mi n 。 4相容性 。根据 AP I 标 准进 行 了 Q Y - 1与水 泥 浆相容性实验，结果见表 4 。由表 4 可知，Q Y - 1 与 水泥浆的混浆流变性、稠化相容性较好 ，无絮凝、增 稠闪凝等现象，能满足井下施工的性能要求。 1 ． 2 ． 2 清油型隔离液GL Y - 1 的性能评价 1 悬 浮稳定 性 。根 据现 场施 工要 求 ，隔离 液 密度应与所用钻井液基本相当，因此考察了密度为 1 ．0 l ～2 ．2 0 g ／ c m 的清油隔离液 G L Y - 1 的流变性 ； 将 实验后 的试液倒入量筒 ，在 6 0℃下静置 2 4 h ，分别 测量量筒上、下部浆体密度，考察清油隔离液的悬浮 稳定性 ， 结果见表 5 。 由表 5 可知 ， G L Y - 1 密度可达 2 ． 2 0 e d c m ，具有 良好的流变性 ，失水量小于 2 5 mL，减少 了向地层侵入的自由水量 ； 一定温度下静置 2 4 h ，上 下密度差均不大于 0 ． 0 3 g ／ c m ，说明其悬浮稳定性好 。 表 4 冲洗剂 Q Y - 1 与水泥浆相 容性 的实验 注 实验条件为 1 2 0 o C、7 0 MP a ，水泥浆配方为 G级水 泥 液体降失水剂 M8 6 L 水。 表 5 不同密度冲洗隔离液 G L Y - 1 性能 6 0℃ 2相容性实验。结果见表 6 。 表 6 G L Y - 1 与油基钻井液和水泥浆的相容性实验 油基钻 G L Y - 1 ／水泥 ． K／ 化 ／ 井液 ／ ％ ％ 浆 ／ ％ if 6 0 0 ／ o o ， 。 0 ／ 0 o ／ 妒 6 ／ 仍 P a．S n mi n 注 水泥为 G级油井水泥 ； 实验条件为 6 0℃、5 0MP a 。 从表 6可以看 出，G L Y - 1与油基钻井液及水泥浆 的流变性好，与水泥浆混浆稠化时间均大于 2 4 0 rain 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 l 卷 第3 期 李韶利等基于油基钻井液下固井前置液的研究及应用 5 9 因此，冲洗隔离液 G L Y - 1 与水泥浆、油基钻井液具 有 良好的流变 、稠化相容性。 3 抑制性。为了保证冲洗隔离液在清除油基钻 井液泥饼后不会对井壁的稳定性造成不 良影响 ，清油 隔离液必须具有 良好的抑制能力 ，采用页岩回收率法 对不同密度的清油隔离液进行了抑制性实验，结果见 表 7 。由表 7 可知，不同密度的冲洗隔离液一次回收 率均 达到 9 0 ％ 以上 ，相对 回收率超过 9 5 ％，说 明冲 洗隔离液具有 良好的抑制性能 ，利于井壁稳定 。 表 7 不同密度清油隔离液 GL Y - 1 的页岩回收率实验 1 ． 3 前置液作用机理分析 】 ①润湿反转作用。冲洗液中的表面活性剂与油基 钻井液中的乳化剂非极性基团结合，削弱泥饼的亲油 性，使乳化剂由亲油转变为亲水状态。②逆乳化增溶 作用 。表面活性剂分子具有双亲结构性质 ，可产生润 湿、逆乳化亲水增溶作用，形成水包油状胶束，分散 悬浮于冲洗液中。③渗透作用。清油剂分子与油的烃 链分子形成分子间力 ，降低界面张力 ，对界面上的油 膜形成非常强的渗透力，加快界面上油浆、油膜的分 离速率。④螯合作用。清油剂分子中的基团与油基钻 井液中的 C a 2 、Mg 、 F e 等金属离子形成配位键， 产生螯合作用，生成稳定的、溶于水的或胶状悬浮状 态的二元或多元络合物。 2 高密度清油隔离液多级配制工艺 2 ． 1 室内配制工艺优选 对该冲洗隔离液进行了静切力实验和沉降稳定性 实验 ，以优化出最合理的冲洗隔离液配制工序。静切 力实验结果见表 8 。实验用冲洗隔离液配方如下。 水 3 ％～5 ％ WH． 2 加重剂 重晶石或钛铁矿 1 0 ％～2 0 ％ R J 一 4 0 _ 3 ％C P S 2 0 0 0 ， 密度为 2 ． 1 0 c I I r 固井要求 高密度隔离液切力不小于 1 ． 5 O P a 。 由 表 8 可 以看出，1 ～4 不达标，且视觉沉降性差， 5 、6 配制顺序从初切 、终切及视觉上看较好。 表 8 不同配制工序 下隔离液的流 变性 能实验 霉 浆 体 现 象 ‰ ， 水 加重齐 0 l W H一 2 RJ ． 4 水 加重剂 RJ ． 4 W H一 2 水 R J 一 4 加重 I WH 。 2 水 R J - 4 。 WH． 2 加重齐 0 ， 水 wH- 2 I L 1 ． 4 加 重剂 ， 水 WH一 2 加 重 I R J ． 4 有沉降1 7 6 ／ 1 1 3 ／ 8 3 ／ 3 2 ．0 ／ 4 ． 0 ／ 2 ． 0 1 ． 0 ／ 1 ． 0 有沉降1 8 2 ／ 1 1 7 ／ 8 8 ／ 5 4 ． 0 ／ 5 ． 0 ／ 1 ． 8 0 ． 9 ／ 1 ． 0 ’ 1 7 5 ／ 1 0 9 ／ 8 2 ／ 4 9 ．5 ／ 5 ． 3 ／ 1 ． 5 0 ． 8 ／ 0 ． 8 ’1 6 9 ／ 1 0 6 ／ 7 9 ／ 4 8 ．0 ／ 4 ． 3 ／ 1 ． 2 0 ． 6 ／ 0 ． 6 黏稠 1 7 1 ／ 1 0 6 ／ 7 8 ／ 4 5 ． 5 ／4． 3 ／ 3 ． 2 1 ． 6 ／ 1 ． 6 悬浮性好 1 5 8 ／ 9 8 ／ 7 2 ／ 4 2 ． 0 ／ 4 ． 0 ／ 3 ． 0 1 ． 5 ／ 1 ． 5 高密度隔离液要求 8 h 、2 4 h 底部密度增加率分 别不大于 5 ． 0 ％、8 ． O ％。因此对 5 、6 配制顺 序进一 步做沉降稳定性实验 ，测得 5 、6 配制顺序的 8 h底 部密度增加率分别 为 6 ． 2 ％、3 ． 0 ％，2 4 h底部密度增 加率分别为 9 ．6 ％、6 ．5 ％，由此可知，6 配制顺序明 显优于 5 配制顺序。 2 ． 2 现场配制隔离液性能与室内对比 按照高密度隔离液最佳配制工艺进行现场配制， 同时设计了前置液配制罐，采用电机带动搅拌叶轮进 行隔离液的配制 ，罐底设计为凹型结构 ，排出口在最 低端 ，所配 隔离液可全部排 出。通过卫 6 8 ． F P 1 和顺 9 C H井 现场配制 隔离液 与室 内数据 的对 比，隔离液 性能达到了一致 ，见表 9 。 表 9 现场与室内配制的隔离液性能对比 样 品 g ／ c m 6 0 o／ 3 0 o ／ 2 0 o ／ l 0o ／ 6 ／ 3 f ／ 底部密度增加率 ／ 0／ 0 p a ／ P a 8 h 2 4 h 注 1 、2 样品分别为卫 6 8 ． F P 1 、顺 9 C H井样品 ； 隔离 液配方为水 4 ． 0 ％WH一 2 重晶石 2 0 ％Q Y - 1 。 3 四级 冲洗工 艺 经过优化顶替工艺， 确定采用四级冲洗工艺，即 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铅井液与 完井液 2 0 1 4年 5月 柴油或 白油 清油冲洗 剂 清油型隔离液 低密度 水泥浆 ； 各段工作液用量设计要求达到 8 ～ 1 0 mi n的 紊流接触时间 ，有效驱替套管壁和井壁油膜 ，提高水 泥石 的胶结质量。同时 以P冲 洗 隔 离 液p加 重 隔 离 液p 领 浆 为准则合理设计前置液密度，确保 3 者之间具有一定 的密度差 ，以提高顶替效率。 4现 场应 用 油基钻井液 固井前置液配合现场冲洗施工工艺 ， 在中原、 新疆、 陕北等地区的 5口井进行了现场应用， 取得了良好效果 。 4 ． 1 濮深1 8 ． 侧1 井 西1 2 7 mm套管回接固井 濮深 l 8 ． 侧 1 井开窗位置在井深 3 1 7 0 m处 ，使 用 西1 4 9 ． 2 mm钻 头 钻 3 l 7 0 ～3 3 4 2 1T I 井 段 ，下 人 1 0 1 ． 6 mm尾管封固 3 0 7 0 ～3 3 4 0 r n井段 ， 尾管 重 叠段长度为 1 0 2 1 T I ，钻井过程 中井下情况复杂，原油 不断侵入 ，完钻油基钻井液密度高达 2 ． 2 0 g ／ c m ，上 层套管形成较厚泥饼和油污，清除困难。应用 2 0 n l 的 Q Y - 1 、6 m 密度为 2 ． 1 5 g ／ c m3 G L Y - 1 、低密度水泥 浆作前置液 ，固井水泥浆返至井 口，封 固段声幅值在 2 ％左右，固井质量评价为优质。 4 ． 2 顺 9 CH井 顺 9 C H井是顺 托果勒 2号构造上 的一 口侧钻超 深井 ，也是西北局第 l口采用油基钻井液固井施工的 井。西2 4 4 ． 5 mm套管开窗位置在井深 3 6 9 5 m处 ，采 用 西2 1 5 ． 9 mm钻头钻 至斜井深 5 7 6 9 1 T I 完钻 ，下人 1 7 7 ． 8 mlT l 尾管。 应用油基钻井液密度为 1 ． 4 7 c m ， 含油量为 7 4 ％。固井 主要 难点是井 深、重叠段 间隙 小 、施工泵压高、顶替效率难 以保证 ，油基钻井液长 期浸泡产生油膜而影响胶结质量。采用清油型高效冲 洗隔离液及四级冲洗工艺，应用的固井工作液配方 为 3 ． 5 1 T I 柴 油 3 0 1 T I 密度为 1 ． 4 7 g ／ c m 的膨润土浆 1 5 ％Q Y - 1 6 m 密度 为 1 ． 5 0 g ／ c m 的 G L Y - 1 4 r n 低 密度水泥浆 ，固井顶替效率高，固井质量优质。 5 结论 与认 识 1 ． 开发了清油冲洗剂 Q Y - 1 ，冲洗率达 9 8 ％，建 立了油基冲洗剂模拟评价装置和评价方法，解决了油 基钻井液条件下泥饼清洗难的问题。 2 ． 研究开发了具有良 好冲洗油膜效果的固井清油 隔离液 ，密度最高可达 2 ． 3 0 g ／ c m ，悬 浮稳定性好 ， 与油基钻井液及水泥浆相容性好 ，可以满足不 同地层 压力系数条件下的施工要求 ，利于井下施工安全 。 3 ． 研究了高密度前置液配制工艺， 形成了多级配制 工艺， 保证了现场前置液性能与室内实验一致。建立 了四级冲洗顶替工艺技术， 提高了顶替效率， 进一步 提高 固井胶结质量 ， 现场应用 5口井 ， 固井质量优 良。 4 ． 固井清油冲洗剂及清油隔离液的研究及成功应 用 ，较好地解决了油基钻井液钻井后油膜难 以清除的 问题 ，提高 了固井质量。 5 ． 对于使用油基钻井液的井 ，除了使用有效的清 油前置液，建议深人开展抗污染水泥浆研究，使水泥 浆在微量油基钻井液污染下仍具有较强的稳定性 ，提 高界面胶结质量 ，保证 固井质量 。 参 考 文 献 [ 1 ]1 单高军，崔茂荣，马勇，等 ． 油基钻井液性能与固井质 量研究 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 5 ，2 5 6 7 0 ． 7 1 ． S h a n G a o j u n ，C u i Ma o r o n g ， Ma Y o n g ，e t a 1 ． Re s e a r c h o n o i l b a s e d r i l l i n g f l u i d p e r f o r ma n c e a n d c e me n t i n g q u a l i t y [ J ] ． Na t u r a l Ga sI n d u s t r y， 2 0 0 5 ，2 5 6 7 0 71 ． [ 2 ] 王荐 ，岳前升，吴彬 ，等 ． 油基钻井液井筒清洗技术室 内研究 [ J ] ． 海洋石油 ， 2 0 0 8 ，2 8 4 7 3 ． 7 6 ． Wa n g J i a n ，Yu e Q i a n s h e n g ，Wu B i n ，e t a 1 ． R e s e a r c h o n o i l b a s e d r i l l i n g fl u i d i n d o o r w e l l b o r e c l e a n i n g t e c h n o l o g y [ J ] ． O f f s h o r eO i l ， 2 0 0 8 ，2 8 4 7 3 ． 7 6 ． 【 3 ] 黄文红， 李爱民， 张新文， 等 ． 油基泥浆固井清洗液评价方 法初探及l生能研究 [ J ] _ 新疆石油天然气， 2 0 0 6 ， 2 2 3 3 - 3 5 ． Hu a n g W e n h o n g， Li Ai m i n， Zh a n g Xi n we n ，e t a 1 ． Re s e a r c h o f e v a l u a t i o n me t h o d a n d p e r f o r ma n c e o n o i l - b a s e mu d c e me n t i n g f l u i d[ J ] ． X i n j i a n g Oi l ＆G a s ， 2 0 0 6 ，2 2 3 3 - 3 5 ． 【 4 】 仉莉 ，吴芳 ，张弛，等 ． 驱油用表面活性剂的发展及 界面张力研究 f J ] ． 西安石油大学学报 自然科学版 ， 2 0 1 0，2 5 6 5 9 - 6 5 ． J i Li ， W u F a n g， Zh a n g Ch i ， e t a 1 ． De v e l o p me n t a n d r e s e a r c h o f s u r f a c t a n t s i n o i l d i s p l a c e m e n t a n d t h e i n t e r f a c i a l t e n s i o n [ J ] ． J o u r n a l o fXi a n P e t r o l e u m U n i v e r s i t y Na tur a l S c i e n c e E d i t i o n ，2 0 1 0 ，2 5 6 5 9 ． 6 5 ． [ 5 ] 任春宇，陈大钧 ． R C型冲洗液性能的室内研究 [ J ] ． 钻井 液与完井液 ，2 0 1 2 ，2 9 6 6 6 ． 7 0 ． R e n C h u n y u ，C h e n D a j u n ． R e s e a r c h o n p e r f o r ma n c e o f R C fl u s h i n g fl u i d [ J ] ． Dr l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ．2 0 1 2 ． 2 9 66 6 ． 7 0 ． [ 6 ] 舒福昌，向兴金，罗刚，等 ． 高密度双作用前置液性能 研究 [ J ] ． 江汉石油学院学报，2 0 0 7 ，2 9 1 9 6 9 8 ． S h u F u c h a n g ，X i a n g Xi n g j i n ，L u o Ga n g ，e t a 1 ． Re s e a r c h o n p e r f o r ma n c e o f h i g h d e n s i t y d o u b l e r o l e p r e fl u s h [ J ] ． J o u r n a l o f J i a n g h a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e , 2 0 0 7 , 2 9 1 9 6 - 9 8 ． 收稿 日期2 0 1 3 ． 1 2 ． 1 0 ；HG F 1 4 0 2 M2 ；编辑 马倩芸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m