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【井下作业】压井液的种类及选择方法

发布日期:2019-11-06 作者:333 点击:

在作业过程中,当井口敞开时,起出管柱后液面会降低,一旦液柱压力低于地层压力,势必会造成地层流体侵入而诱发井喷事故,既有害地层,又不利于施工。解决这个问题有两种方法,一是采用不压井、不放喷井口控制装置(油水井带压作业技术);另一种方法是利用设备从地面往井内注入密度适当的压井液,使井筒中的液柱在井底造成的回压与地层压力相平衡,恢复和重建井内压力平衡,这一过程称为压井。

压井是靠压井液自身的静液压力有效地控制地层流体的压力,地层不可避免地要受到压井液的影响,其影响程度和压井效果的好坏取决于压井液液柱压力与地层压力的对比关系以及压井液本身的性质,所采用的加重剂最好是能溶于该压井液的载体。所有入井流体与地层岩性配伍性一致。进行修井作业时采用的流体,称为修井液或工作液,其中包括压井液。


压井的目的是暂时使井内流体在修井施工过程中不溢出,实现井控安全作业。压井要保护油气层,应遵守“压而不喷、压而不漏、压而不死”三项原则;同时必须采取以下四项产层保护措施;一是选用优质压井液(如无固相压井液、KCL防膨压井液);二是对低产、低压井可以采取不压井作业,严禁挤压井作业(特殊情况除外);三是地面盛液池、盛液罐干净无杂物,对作业泵车及管线要进行清洗;四是加快施工速度,缩短作业周期,完工后及时投产。


一、压井液的分类


目前,各油气田现场使用的压井液一般有三大类型:即水基型压井液,如修井泥浆(改型钻井液)、无固相盐水压井液、聚合物固相盐水压井液;油基型压井液,如纯油、乳状液等;气、液混合型泡沫压井液。泡沫压井液由液体(通常为水)、表面活性剂和气体(空气或氮气)组成,用于低压油层,但其操作复杂性和成本受泡沫体系的条件约束。


二、压井液应具备的功能


(1)与地层岩性相配伍,与地层流体相溶,可保持井筒流体稳定。


(2)密度可调,以便平衡地层压力。


(3)在井下温度和压力条件下性质稳定。


(4)滤失量少。


(5)有一定携带固体颗粒的能力。


三、压井液选择的原则


(1)压井液的性能应满足本井和本区块地质要求。


(2)采用钻井液作为压井液时,其性能应与地层配伍,满足本井和本区块地质要求。


(3)根据地层压力大小、油气产量、滤失高低选择合适的压井液密度。


(4)尽量选用低固相压井液或无固相压井液,以免损害地层和堵塞射孔孔眼。


(5)悬浮性能达到将砂子或岩屑携带到地面的要求。


(6)价格应便宜,调配、使用方便。


四、压井液类型的选择方法


根据不同作业内容与施工目的和要求,选择不同类型的压井液:


(1)对探井和普通试油井,有产液性质要求的选用无固相压井液、修井泥浆或淡水等。


(2)大修作业的封堵、二次固井、注水泥塞等选用修井泥浆、无固相压井液或清水等。


(3)实施措施作业和部分大修的打捞解卡等施工井选用低固相或无固相压井液。


下面简要介绍修井泥浆、无固相盐水压井液和聚合物固相盐水压井液的一些性能要求、密度范围以及对油气层的影响等内容。


(一)、修井泥浆


在井下作业施工中,修井泥浆是常用的压井液之一,如高压油气井的注水泥塞、堵层、试油、测试、找窜、封窜、大修等。


修井泥浆的性能指标如下:


(1)修井泥浆黏度:指修井泥浆流动时固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间以及液体内部分子之间产生的内摩擦力,以阻止修井泥浆流动的综合效应。修井泥浆的黏度过高以及热稳定性差,都将对各项井下作业带啦不良影响。在井下高温作用下,修井泥浆性能变坏,稠化增黏,流动性差,常常造成循环时泵压过高,导致作业施工失败。现场常用马氏漏斗黏度计测定修井泥浆黏度。


(2)修井泥浆密度:指一定体积修井泥浆的重量与同体积4℃的纯水重量之比。现场常用测量修井泥浆密度的仪器是修井泥浆密度计。


(3)修井泥浆失水量和泥饼:失水是指修井泥浆在井下因受液柱压力和地层压力差值作用的影响,修井泥浆滤液渗入地层的现象。修井泥浆失水多少称为失水量,其计量单位为mL。在修井泥浆滤失水的同时,固相颗粒聚集形成泥饼,其计量单位为mm。修井泥浆的失水量和泥饼是直接影响油层是否受到损害的重要因素。


(4)修井泥浆切力:指修井泥浆的胶结力,即修井泥浆悬浮固相颗粒的能力。修井泥浆中的胶体粒子有互相连接形成网状结构的能力,在修井泥浆静止时,随着时间的延长,这种网状结构更加牢固。但当受外部机械力的作用后,这种网状结构逐渐被破坏,又恢复流动状态。修井泥浆从网状结构的形成到被破坏,切力也随之变化。修井泥浆的触变性用切力大小来表示,切力单位为mm/cm³。


(5)含砂量:指修井泥浆中不能通过200号筛子(或直径大于0.074mm)的砂子所占修井泥浆体积的百分数。


(6)胶体率和沉淀率:将100mL的修井泥浆注入100mL的玻璃量筒内,用玻璃板盖上静置24h,观察量筒上部澄清液的体积。如果上部出现澄清液为5mL,此修井泥浆的胶体率为95%,沉淀率为5%。通常人们规定修井泥浆的胶体率应大于95%,沉淀率应小于5%。


(7)稳定性:将修井泥浆注入稳定计中,静置24h后,分别测量上部、下部的修井泥浆密度,上部、下部密度的差值称为修井泥浆的稳定性。


(8)耐温性:在深井作业中,修井泥浆的抗稳性能是一个重要因素,温度提高能改变修井泥浆的液相黏度并加快修井泥浆中的化学反应速度,所以修井泥浆的热稳定性是很重要的特性,应在室内提前做相关试验,确保修井泥浆在高温下的性能稳定。


(二)无固相盐水压井液


射孔作业中采用较多的是无固相盐水压井液,这种压井液也称为洁净的压井液,一般含20%左右的溶解盐类,由一种或多种盐类和水配置而成,有的还加入化学处理剂以增加黏度和降低失水量。适当选配盐类可以得到满足大部分地层条件的密度。其防止地层损害的机理是:由于它本身不存在固相,所以就不会发生像修井泥浆那样夹带着固相颗粒侵入产层的情况;另外,其中溶解的无机盐类改变了体系中的离子环境,使离子活性降低,这样即使部分无固相压井液侵入产层,也不会引起黏土膨胀和运移,它是依靠其本身的无固相特性和其中溶解盐类的抑制性来防止地层的损害。


无固相盐水压井液的种类很多,密度范围也较大,一般为1.06-2.30g/cm³,因而能满足大多数油气井射孔及其他作业的需要。


1、无固相盐水压井液的种类


(1)氯化钾盐水:最大密度为1.17g/cm³;


(2)氯化钠盐水:最大密度为1.20g/cm³;


(3)溴化钠盐水:最大密度为1.50g/cm³;


(4)氯化钙盐水:最大密度为1.39g/cm³;


(5)溴化钙盐水:最大密度为1.39-1.70g/cm³;


(6)溴化钙/氯化钙盐水:密度范围为1.33-1.80g/cm³;


(7)溴化锌/溴化钙/氯化钙盐水:密度范围为1.80-2.30g/cm³。


2、无固相盐水压井液的特点


在选择合适的盐水压井液时,除了考虑产层岩性的特点外,还要了解盐水本身的特点,例如易受气候影响、吸湿性、腐蚀性、密度和结晶温度等。盐水的密度和结晶温度是配置盐水时要参考的两个很重要的参数。盐水的结晶恩度和密度的影响因素以及盐水的一些其他特点如下:


(1)结晶温度。


盐水的结晶温度是指其中某一种盐水达到饱和时的温度,若能在低于此温度的条件下使用,则会有固相盐粒析出。由此可能产生一系列问题,如盐粒沉积在地面设备上形成堵塞;盐水密度下降,固相多,可能使盐水失去可泵性等。对盐水的结晶温度,应根据不同地区、不同季节进行选择。对由两种或更多种成分组成的盐水,其组分的选择应根据成本、盐水结晶温度来考虑。例如,氯化钙可配置密度为1.40g/cm³左右液体,其饱和溶液在18℃开始结晶,而密度降低到1.36g/cm³时在3℃左右开始结晶。国外许多澳门星豪都研发了一些满足某一温度的最经济的压井液配方。


(2)密度。


由于盐水的密度受温度和压力的影响,所以为了满足盐水压井液的密度要求,必须了解深井井下温度较高的特点,在高温环境下盐水密度会由于热膨胀而下降。一般氯化钠、氯化钾、氯化钙(密度范围为1.02-1.40g/cm³)盐水的密度受温度影响小,而重盐水如溴化钠、溴化钙和溴化锌盐水的密度则受温度影响较大。因而,在使用时,在地面配置或选用的盐水密度要比井下所需的密度大些,同时应考虑井下的高温可以抵消高温的膨胀作用。


另外,有些盐水具有腐蚀性,尤其是高密度的溴化锌盐水对地面设备和井下管材腐蚀更严重,一般采取的措施是加入酸缓蚀剂在钢材表面形成一层保护膜,以防止电化学腐蚀。盐水还具有吸湿性,易从空气中吸收水分而使密度下降,因此最好不要露天储存。


(3)降失水处理。


无固相盐水压井液若不经过高聚合物处理,其黏度低,只比淡水稍高,滤失量较大,特别是在高渗透地层容易造成漏失,这样不但浪费了昂贵的盐水,而且还会直接引起水锁、乳化液堵塞以及冲蚀胶结疏松的矿物微粒,发生微粒运移等损害地层的现象。一般可以通过加羟乙基纤维素(HEC)、生物聚合物(XC)、胍胶等来提高盐水黏度,以降低盐水失水量并防止盐水漏失。


(三)聚合物固相盐水压井液


聚合物固相盐水压井液是以聚合物代替黏土而产生适当黏度、切力及滤失量,同时还规定采用各种类型的固相作为桥堵剂,以防止无固相液体大量漏入油层,桥堵剂应是可以酸溶、水溶或油溶的。


1、聚合物固相盐水的组成


聚合物固相盐水由三部分组成:桥堵剂、携带液和增黏剂。所有这些成分均应是对产层无损害的,且都是根据地层敏感性研究结果而选择的。


(1)桥堵剂:对桥堵剂有两个要求,即必须是降解型的,颗粒尺寸必须完全适用于所用地层,能够封堵产层孔隙。一般常用的桥堵剂有三种:酸溶液的(如碳酸钙、碳酸镁)、水溶性的(如盐粒)和油溶性的(油溶树脂)。


(2)携带液:水、盐水和油基液,应根据压井作用所要求的密度、地层温度等来确定。一般用盐水作为携带液的情况较多。


(3)增黏剂:由于HEC对地层几乎没有损害,因而一般常用HEC聚合物作为增黏剂。用水喝盐水作携带液的,可用粉末状HEC聚合物提黏,也可以用HEC悬浮液来混合,以避免出现团状和鱼眼,对含有溴化钙和溴化锌的高密度盐水,一般用HEC活化液提黏。


2、聚合物固相盐水压井液的作用机理


固相颗粒桥接在地层孔隙入口处,在井壁形成非常致密的滤饼,从而控制了滤液的侵入;即使有少量滤液侵入,其中溶解的盐类和聚合物的抑制作用也可以进一步防止黏土水化膨胀,即从“桥塞”和“抑制”两方面防止地层损害。这些桥堵固相颗粒又可在作业后通过一些方法予以解除。


3、聚合物固相盐水压井液的种类


按桥堵材料不同,这类压井液可分三种,即酸溶性的、水溶性的和油溶性的。用作压井液,一般使用前两种体系较多。


(1)酸溶性体系


携带液:淡水或盐水,油基液


桥堵剂:碳酸钙


增黏剂:粉状或液态HEC油溶性增黏剂


适用地层:用于非酸敏性碳酸岩地层、砂岩地层


(2)水溶性体系


携带液:黏性饱和盐水,油基液


桥堵剂:分选的盐粒


增黏剂:粉状或液态HEC油溶性增黏剂


适用地层:用于酸敏性产层


(3)油溶性体系


携带液:黏性水或盐水,加亲水性表面活性剂


桥堵剂:油溶树脂


增黏剂:粉状HEC


适用地层:用于低于180℃的凝析油气藏


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