钻井液性能与固井安全及顶替效率关系研究.ppt
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1、钻井液性能与固井安全及顶替效率关系研究钻井液性能与固井安全及顶替效率关系研究钻井液性能与固井安全及顶替效率关系研究钻井液性能与固井安全及顶替效率关系研究 汇汇 报报 提提 纲纲 引言引言1 1钻井液性能调整的必要性钻井液性能调整的必要性2 2钻井液性能优化钻井液性能优化3 3 认认 识识 与与 结结 论论5 5钻井液和水泥浆不相容性初探钻井液和水泥浆不相容性初探4 4提高二界面胶结质量是保证固井质量的一个重要前提;提高二界面胶结质量是保证固井质量的一个重要前提;提高二界面胶结质量是保证固井质量的一个重要前提;提高二界面胶结质量是保证固井质量的一个重要前提;顶替效率是影响二界面胶结的重要因素,而
2、钻井液性能顶替效率是影响二界面胶结的重要因素,而钻井液性能顶替效率是影响二界面胶结的重要因素,而钻井液性能顶替效率是影响二界面胶结的重要因素,而钻井液性能是影响顶替效率的关键因素之一;是影响顶替效率的关键因素之一;是影响顶替效率的关键因素之一;是影响顶替效率的关键因素之一;长期以来,固井工作者为提高顶替效率进行了大量的室长期以来,固井工作者为提高顶替效率进行了大量的室长期以来,固井工作者为提高顶替效率进行了大量的室长期以来,固井工作者为提高顶替效率进行了大量的室内研究及现场作业,但其影响因素较多且受工况影响复杂,内研究及现场作业,但其影响因素较多且受工况影响复杂,内研究及现场作业,但其影响因素
3、较多且受工况影响复杂,内研究及现场作业,但其影响因素较多且受工况影响复杂,效果并不明显。效果并不明显。效果并不明显。效果并不明显。1.引言引言不可调:不可调:不可调:不可调:井身结构、井径扩大率、套管居中度等井身结构、井径扩大率、套管居中度等 可可可可 调:调:调:调:钻井液性能调整、前置液冲洗隔离双作用清洗、顶替流态设计等钻井液性能调整、前置液冲洗隔离双作用清洗、顶替流态设计等水泥浆顶替钻井液的驱动力:水泥浆顶替钻井液的驱动力:水泥浆顶替钻井液的驱动力:水泥浆顶替钻井液的驱动力:(1)(1)泵压;泵压;(2)(2)流动的水泥浆对钻井液的粘滞力;流动的水泥浆对钻井液的粘滞力;(3)(3)水泥浆
4、对钻井液的浮力。水泥浆对钻井液的浮力。阻碍钻井液流动的阻力:阻碍钻井液流动的阻力:阻碍钻井液流动的阻力:阻碍钻井液流动的阻力:(1)(1)钻井液本身的粘度和切力;钻井液本身的粘度和切力;(2)(2)套管和井壁对钻井液的粘附力;套管和井壁对钻井液的粘附力;(3)(3)钻井液本身的重力。钻井液本身的重力。因此,固井前钻井液地面流变性能调整有助于提高顶替效率。因此,固井前钻井液地面流变性能调整有助于提高顶替效率。因此,固井前钻井液地面流变性能调整有助于提高顶替效率。因此,固井前钻井液地面流变性能调整有助于提高顶替效率。影响顶替效率的因素影响顶替效率的因素钻井液粘度、切力高,会影响顶替效钻井液粘度、切
5、力高,会影响顶替效率率 钻井液性能不良,形成的泥饼厚而疏松,不利于套管下入,并且影响二界面胶结质量调整钻井液的必要性无论水基或是油基钻井液与水泥浆都是不相容的,二者直接接触会产生严重的化学干涉现象,影响施工安全和固井质量2.钻井液性能调整的必要性钻井液性能调整的必要性调调整整钻钻井井液液的的目目的的1、降低钻井液屈服值、塑性粘度、降低钻井液屈服值、塑性粘度、初终切,降低流动摩阻压力,防止初终切,降低流动摩阻压力,防止顶替过程中泵压过高,压漏薄弱地顶替过程中泵压过高,压漏薄弱地层层2、清除钻井液中的钻屑,预防电清除钻井液中的钻屑,预防电清除钻井液中的钻屑,预防电清除钻井液中的钻屑,预防电测遇阻下
6、小钻杆测遇阻下小钻杆测遇阻下小钻杆测遇阻下小钻杆3 3、改善滤饼质量,提高第二改善滤饼质量,提高第二改善滤饼质量,提高第二改善滤饼质量,提高第二界面胶结质量界面胶结质量界面胶结质量界面胶结质量4、提高钻井液抗油井水泥浆提高钻井液抗油井水泥浆提高钻井液抗油井水泥浆提高钻井液抗油井水泥浆钙侵污染的能力钙侵污染的能力钙侵污染的能力钙侵污染的能力调整的前提是钻井液要形成薄而调整的前提是钻井液要形成薄而韧的致密滤饼,钻井液降低一定韧的致密滤饼,钻井液降低一定的粘切不会引起地层垮塌及井下的粘切不会引起地层垮塌及井下工况复杂。工况复杂。调整措施调整措施调整措施调整措施抗钙稀释法:降低钻井液粘切的同时增加钻井
7、液抗钙侵污染能力;抗钙稀释法:降低钻井液粘切的同时增加钻井液抗钙侵污染能力;钻井液调整,忌用清水稀释钻井液调整,忌用清水稀释 。优点优点优点优点(1 1)可使钻井液趋于牛顿流体,增加对虚滤饼的冲洗作用,降低钻井液)可使钻井液趋于牛顿流体,增加对虚滤饼的冲洗作用,降低钻井液粘切,也可提高除砂效率,有效降低固含量;粘切,也可提高除砂效率,有效降低固含量;(2 2)在顶替过程中不可避免地会出现钻井液、前置液和水泥浆三者掺混)在顶替过程中不可避免地会出现钻井液、前置液和水泥浆三者掺混段,抗钙调整后可增强钻井液的抗钙侵污染能力,有效降低泵压,避免顶替段,抗钙调整后可增强钻井液的抗钙侵污染能力,有效降低泵
8、压,避免顶替过程中的过程中的“假碰压假碰压”现象。现象。建议固井前钻井液调整措施:建议固井前钻井液调整措施:建议固井前钻井液调整措施:建议固井前钻井液调整措施:单罐预先配制抗钙稀释胶液,通井循环时,以小排量向泥浆罐中连续加单罐预先配制抗钙稀释胶液,通井循环时,以小排量向泥浆罐中连续加入抗钙稀释胶液,经泥浆罐混合均匀后泵入环空。入抗钙稀释胶液,经泥浆罐混合均匀后泵入环空。3.钻井液性能优化钻井液性能优化 钻井液循环时建议遵循以下作业原则:钻井液循环时建议遵循以下作业原则:钻井液循环时建议遵循以下作业原则:钻井液循环时建议遵循以下作业原则:(1 1)以低泵排量和低泵压开始循环;如果克服静切力所需的
9、初始泵压和泵)以低泵排量和低泵压开始循环;如果克服静切力所需的初始泵压和泵排量过高,就可能压裂地层,环形间隙较小时更容易发生这种情况;排量过高,就可能压裂地层,环形间隙较小时更容易发生这种情况;(2 2)慢慢增大泵排量,并记录泵压和泵排量;)慢慢增大泵排量,并记录泵压和泵排量;(3 3)逐渐接近顶替过程中预计的最大泵排量;)逐渐接近顶替过程中预计的最大泵排量;(4 4)注意检查回流,并观察是否有大块的滤饼或钻屑返出;)注意检查回流,并观察是否有大块的滤饼或钻屑返出;(5 5)循环)循环3 3周以上。周以上。每周循环都应监控钻井液性能变化,当钻井液性能稳定地达到预期性能每周循环都应监控钻井液性能
10、变化,当钻井液性能稳定地达到预期性能时,可停止加入抗钙稀释胶液时,可停止加入抗钙稀释胶液。3.钻井液性能优化钻井液性能优化固井前钻井液性能优化现场实例固井前钻井液性能优化现场实例时间时间出口温度出口温度出口密度出口密度g/cm3旋转粘度计读值(格)旋转粘度计读值(格)s10-3Pa.soPankPa.sn1Pa10Pa 600 300 200 100 6 311:0550.51.59744736245427100.650.403.56.011:25511.5871463523542510.50.630.473.56.014:20511.597145342143269.50.660.403514
11、:45511.6166423219322490.650.372415:20511.6152302516322240.790.111.52.5表表1 马马G1-2井洗井循环试验钻井液流变性实测情况井洗井循环试验钻井液流变性实测情况(大港)(大港)3.钻井液性能优化钻井液性能优化测量项目测量项目六速旋转粘度计读数六速旋转粘度计读数smPa.s0Pa1pa10pa36100200300600电测前测量电测前测量24152429461760.680.2312下钻循环后测量下钻循环后测量2417253449159.50.530.5512完钻后测量完钻后测量24152329451760.660.2312固
12、井前调整第固井前调整第1次测量次测量24152430481860.680.2112固井前调整第固井前调整第2次测量次测量24132125401550.680.1712 在枣在枣76-2276-22洗井循环过程中小排量加入抗钙稀释胶液进行钻井液性能调整,钻井液流洗井循环过程中小排量加入抗钙稀释胶液进行钻井液性能调整,钻井液流性指数增加、稠度系数降低,未出现井下复杂情况。性指数增加、稠度系数降低,未出现井下复杂情况。表表表表2 2 枣枣枣枣76-2276-22井现场钻井液地面调整性能实测情况井现场钻井液地面调整性能实测情况井现场钻井液地面调整性能实测情况井现场钻井液地面调整性能实测情况 (大港)(
13、大港)(大港)(大港)固井前钻井液性能优化现场实例固井前钻井液性能优化现场实例3.钻井液性能优化钻井液性能优化井号井号油套固井循环情况油套固井循环情况调整措施调整措施电测遇阻情况电测遇阻情况作业结果作业结果马马G1-1大排量大排量4周周稀释抗钙处理稀释抗钙处理无无优良优良枣枣76-22低排量低排量6周周抗钙稀释处理抗钙稀释处理无无优良优良马马G1-2中排量中排量3周周稀释处理稀释处理无无合格合格港深港深16-18大排量大排量4周周稀释处理稀释处理无无合格合格 固井前调整钻井液性能,降低粘切值,可有效冲刷井壁,改善滤饼质量及与水泥固井前调整钻井液性能,降低粘切值,可有效冲刷井壁,改善滤饼质量及与
14、水泥浆的相容性性,有利于提高固井质量。浆的相容性性,有利于提高固井质量。固井前钻井液性能优化现场实例固井前钻井液性能优化现场实例表表表表3 3 试验井不同层次套管洗井记录试验井不同层次套管洗井记录试验井不同层次套管洗井记录试验井不同层次套管洗井记录 (大港)(大港)(大港)(大港)3.钻井液性能优化钻井液性能优化4.钻井液和水泥浆不相容性初探钻井液和水泥浆不相容性初探u龙岗龙岗1212井井5寸尾管固井寸尾管固井污染实验(龙岗污染实验(龙岗2020井类似)井类似)钻井液、隔离液和水泥浆常规污染实验基本满足固井设计要求;钻井液、隔离液和水泥浆常规污染实验基本满足固井设计要求;钻井液与水泥浆、隔离液
15、与水泥浆钻井液与水泥浆、隔离液与水泥浆HPHTHPHT稠化时间大幅度缩短。稠化时间大幅度缩短。u龙岗龙岗3939井井7寸尾管固井寸尾管固井污染实验污染实验隔离液对水泥浆隔离液对水泥浆HPHTHPHT稠化时间无不良影响;稠化时间无不良影响;钻井液导致水泥浆钻井液导致水泥浆HPHTHPHT稠化时间大幅度缩短。稠化时间大幅度缩短。u龙岗龙岗2828井井5寸尾管固井寸尾管固井污染实验污染实验钻井液、隔离液和水泥浆常规污染实验基本满足固井设计要求;钻井液、隔离液和水泥浆常规污染实验基本满足固井设计要求;钻井液与水泥浆、隔离液与水泥浆钻井液与水泥浆、隔离液与水泥浆HPHT稠化时间大幅度缩短。稠化时间大幅度
16、缩短。4.14.1典型深井现场污染实验概况典型深井现场污染实验概况温度:温度:92 压力:压力:0.1 MPa 时间:时间:5 hour水泥浆水泥浆钻井液钻井液隔离液隔离液常流常流(cm)高流高流(cm)设计设计实测实测设计设计实测实测20%70%10%1818.5121670%20%10%1816.512111/31/31/318191217.550%50%0实测实测19实测实测1870%30%0实测实测19实测实测15.530%70%0实测实测18实测实测17100%00182312240100%01822.5122300100%182212235%095%1822122395%05%18
17、211219钻井液、隔离液以及水泥浆两相和钻井液、隔离液以及水泥浆两相和三相常规污染实验基本满足固井设三相常规污染实验基本满足固井设计要求。计要求。4.1.1 4.1.1龙岗龙岗1212井井5 5寸尾管固井相容性实验寸尾管固井相容性实验 表表4 龙岗龙岗12井井5寸尾管固井相容性实验寸尾管固井相容性实验12390MPa70min 水泥浆配方调整:水泥浆配方调整:缓凝剂缓凝剂FS-31L加量从加量从2.88%增加至增加至3.36%;隔离液配方调整:隔离液配方调整:添加添加2%FS-31L;冲洗液调整:冲洗液调整:缓凝水中补加缓凝剂至缓凝水中补加缓凝剂至4%FS-31L;钻井液调整:钻井液调整:1
18、%Na2CO3+1%SMT。水泥水泥浆浆钻钻井液井液隔离液隔离液缓缓凝水凝水初始稠度初始稠度70Bc时间时间70%030%08Bc140min70%20%10%016Bc130min70%30%0014.5Bc125min70%30%(调调整整搅搅拌拌1h)0012Bc128min70%30%(调调整整搅搅拌拌2h)0013Bc135min70%030%(调调整整)014Bc360min/17.2Bc(温度最高温度最高145)70%(调调整整)20%(调调整整)10%(调调整整)10%11.2Bc269min 4.1.1 4.1.1龙岗龙岗1212井井5 5寸尾管固井污染实验寸尾管固井污染实验
19、 表表5 龙岗龙岗12井井5寸尾管固井相容性实验寸尾管固井相容性实验钻井液和隔离液导致污染稠化实验时间缩短原因初步判断分析钻井液和隔离液导致污染稠化实验时间缩短原因初步判断分析 表表6 缓凝水泥浆现场大样稠化实验缓凝水泥浆现场大样稠化实验p该缓凝剂加量与水泥浆稠化时间不呈线性规律,存在一过渡区,导致加量超过一 定范围后稠化时间延长2小时30分钟,而在一定加量范围内无变化;p钻井液和隔离液与水泥浆污染稠化实验时间缩短的主要原因可能是两种浆体均消 耗了部分缓凝剂(吸附导致水泥浆中缓凝剂浓度降低)。次序次序FS-31L加量加量40Bc时间时间100Bc时间时间备备注注第第1次次2.23%347min
20、350min第第2次次2.34%305min307min时间缩时间缩短短第第3次次2.7%345min347min时间时间同第同第1次相比不次相比不变变第第4次次2.88%360min363min时间时间延延长长不明不明显显第第5次次3.36%495min498min时间时间明明显显延延长长 4.1.1 4.1.1龙岗龙岗1212井井5 5寸尾管固井相容性实验寸尾管固井相容性实验 90 0.1 MPa 5h 序号序号水泥浆水泥浆隔离液隔离液钻井液钻井液常流常流(cm)高流高流(cm)设计设计实测实测设计设计实测实测170%20%10%18131213270%10%20%181012931/31
21、/31/318131215470%30%实测实测15实测实测1655%95%1812129695%5%18151216750%50%实测实测14.5实测实测11870%30%实测实测13.5实测实测14930%70%实测实测14实测实测12.51090%10%实测实测13实测实测1211100%1822122512100%1823122513100%18221223 4.1.2 4.1.2龙岗龙岗3939井井7 7寸尾管固井相容性实验寸尾管固井相容性实验 表表7 龙岗龙岗39井井7寸尾管固井相容性实验寸尾管固井相容性实验10380MPa60min 水泥水泥浆浆钻钻井液井液隔离液隔离液缓缓凝水凝
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