3---聚合物钻井液处理剂对水泥浆污染特性研究

西南石油大学固井实验室2012年9月聚合物钻井液处理剂对水泥浆污染特性研究汇报人：郭小阳、李明提纲引言钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法聚合物钻井液处理剂对水泥浆的污染机理初探结论与建议一、引言1、接触污染的定义接触污染指油气井注水泥作业中，水泥浆与钻井液接触后，混浆段流体因化学不兼容，流动性骤然恶化的现象接触污染的危害混浆段流动阻力增大，泵压快速升高，压漏薄弱层，造成注水泥“低返”与“漏封”混浆粘稠突变导致泵压过高，“憋泵”造成“灌香肠”混浆高触变性造成“插旗杆”混浆流动性能恶化影响顶替效率混浆带严重影响水泥凝结质量和界面胶结能力，破坏水泥环密封完整性图1某油田106井水泥浆与钻井液接触污染稠化曲线图2某油田39井水泥浆与钻井液接触污染拆浆杯照片一、引言2、解决接触污染是保证深井固井安全的必要前提接触污染问题在深井固井中尤为突出我国剩余油气资源40%以上在深部复杂地层近5年发现的11个大型油气田，复杂深层有8个接触污染问题在高温、高压、高密度固井施工中历来表现极为突出消除接触污染才能保证深井注水泥安全钻井液与水泥浆组分设计必须满足特定工程地质要求，但却是物理化学性能完全不同的两种特殊流体接触污染是深井注水泥事故的潜在诱因深井注水泥作业安全是保证固井质量的前提注水泥质量是油气田开发及油气井生产寿命保障的关键所在高压油气层盐膏岩层缝洞层疏松层图3复杂深井示意图一、引言3、现有解决接触污染的技术措施（1）开展井下不同流体相容性试验，反复调节工作液体系配方表1APIRP10B规范与川渝地区深井固井水泥浆相容性试验方法（常温常压）类别项目试验方法区别试验方法特点常规污染试验APIRP10B(旋转粘度计)混浆类型及比例不同,测量方法不同,试验条件、仪器不同主要从流变性角度考察隔离液对钻井液和水泥浆性能的影响，重点考察了隔离液与井下流体的化学兼容性，但未详细考察井下三相接触污染川渝地区深井污染试验(阿兹圆锥)考虑井下流体实际可能存在的混浆情况，能直观反映钻井液对水泥浆流动性能的影响及隔离液对缓解接触污染的作用效果一、引言3、现有解决接触污染的技术措施（1）开展井下不同流体相容性试验，反复调节工作液体系配方表2APIRP10B与川渝地区深井固井水泥浆相容性试验方法对比（高温高压）类别项目试验方法区别试验方法特点污染稠化试验APIRP10B考察目的与方法相同，但考虑因素重点不同，混浆类型比例不同主要模拟井下高温高压条件，考察隔离液与水泥浆之间的化学兼容性川渝地区深井污染试验考虑井下流体实际可能存在的混浆情况，以确保施工安全为目的，系统考察钻井液、隔离液、水泥浆三相流体掺混后，高温高压条件下的化学兼容性一、引言3、现有解决接触污染的技术措施（2）使用隔离液与调整钻井液性能（以磨溪1井与天东017－X3为例）在保证井下安全的前提下，尽量降低钻井液的粘切，包括塑性粘度、动切力和静切力，减小触变性的影响，增加对虚滤饼的冲洗作用，降低固井作业期间的循环压耗，防止顶替过程中出现高泵压增强钻井液抗钙能力，改善与水泥浆的相容性，尽量使用抗钙能力强的处理剂进行调节，并适当提高pH值（发挥钻井液处理剂效能），破坏钻井液的胶凝结构，有效提高顶替效率和界面胶结质量一、引言3、现有解决接触污染的技术措施（2）使用隔离液与调整钻井液性能（以磨溪1井与天东017－X3为例）隔离液设计原则:密度：ρ钻井液﹤ρ隔离液﹤ρ水泥浆；用量：7～10min紊流接触时间；流变性：水泥浆液钻井液)()()(PVYPPVYPPVYP隔离或Φ100钻井液﹤Φ100隔离液﹤Φ100水泥浆表3试验井高密度隔离液基本性能井号ρg/cm3温度FVsAVmPa·sPVmPa·sYPPanKPa·snG10”/10’Pa/Pa磨溪12.27常温7581.56516.860.730.536.13/8.1890℃-58.54612.780.720.415.11/7.15天东017-X31.98常温789572230.690.823/690℃-534490.770.263.5/7一、引言3、现有解决接触污染的技术措施（2）使用隔离液与调整钻井液性能（以磨溪1井与天东017－X3为例）图4磨溪1井固井作业返出流体照片图5天东017-X3井固井作业返出流体照片返出流体照片一、引言4、现有技术措施存在的不足（1）某些聚合物处理剂在掺混量极小情况下，仍会造成水泥浆流动性恶化，导致隔离液与调整钻井液性能的应用效果受限图6加入JY-1稠化曲线和拆浆杯照片图7加入RLC-101后稠化曲线和拆浆杯照片图8加入DR-2后稠化曲线和拆浆杯照片图9加入SP-80后拆浆杯照片一、引言4、现有技术措施存在的不足（2）现有井下流体相容性评价方法难以确定造成接触污染的钻井液处理剂种类现用接触污染评价方法的不足常压流变性较好的混合流体，不一定满足高温高压稠化试验的要求（混合流体入井后受高温高压影响，可能出现可泵性骤变引起憋泵等事故）流变性较差但高温高压稠化试验过关并不能一定保证固井施工的安全，若混合流体常压下流变性较差，可能引起其在入井过程中就因初始稠度大发生高泵压情况图10川渝地区可靠钻井液处理剂评价方法一、引言5、建立钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法的必要性钻井液处理剂种类繁多，包括无机物、小分子有机物和聚合物，只有建立科学的钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法，才能够为钻井液处理剂合理选材奠定基础深入探讨钻井液处理剂对水泥浆的影响机制和作用机理，才能为根本上避免接触污染发生，找到合理解决的途径和方法钻井液和水泥浆体系中那些组分会引起接触污染导致流变性能恶化？水泥石抗压强度降低？水泥浆稠化时间严重缩短？处理剂物理化学本质与混合物物化特性之间存在何种相互干涉关系？接触污染发生的机理与无机化学及有机化学反应原理用何种分析手段判定？二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法1、钻井液处理剂对水泥浆污染的单因素排除法初探好好差好差差差好好不同加量的钻井液处理剂典型深井水泥浆体系流变性能实验以0.1%为加量高温高压稠化实验以0.1%为加量流变性能实验污染较大的处理剂钻井液处理剂可靠高温高压稠化实验高温高压稠化实验存在不造成污染的处理剂加量范围探明不造成污染的处理剂加量范围差图11基于井下流体相容性，钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法1、钻井液处理剂对水泥浆污染的单因素排除法初探常规密度水泥浆实验中所用常规密度水泥浆为L002-4井177.8mm套管固井缓凝水泥浆配方。常规密度水泥浆配方为：夹江G级高抗油井水泥+2.0%SDP-1+1.4%SD18+0.4%SXY-2+1.0%SD66+0.12%SD21+0.2%SD52，水灰比0.45，水泥浆密度为1.90g/cm3，稠化时间300min高密度水泥浆实验中所用高密度水泥浆为L104井Φ127mm尾管固井缓凝水泥浆配方：（夹江G级高抗油井水泥︰石英砂︰铁矿粉=520:80:400）+2.5%SDP-1+6.0%SD10+1.2%SD32+0.1%SD21+0.4%PN+0.3%MN＋4%WG，水灰比为0.3，水泥浆密度为2.30g/cm3，稠化时间320min钻井液处理剂现场取样，共14种常用钻井液处理剂实验材料二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法2、钻井液处理剂对常规密度水泥浆流动性的影响序号钻井液处理剂加量常流（cm）高流（cm）1降粘剂SMT3%很稠－1.5%稠－1.2%18131%20120.8%1918.50.1%24242磺化褐煤SMC3%15.5－2%21241%19.5240.523200.1%25203SMP-13%24很稠2%25很稠1%25180.5%24180.3%23200.1%2525表4单一钻井液处理剂对常规密度水泥浆流变性能的影响（水泥浆流动度为25、22cm）二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法2、钻井液处理剂对常规密度水泥浆流动性的影响表4单一钻井液处理剂对常规密度水泥浆流变性能的影响（续）序号钻井液处理剂加量常流（cm）高流（cm）4KHM3%很稠－1%22240.3%23180.1%24205降滤失剂HPS0.3%18.5190.1%24246降滤失剂SHR3%24241%25250.3%25257降粘剂JN-A1%22190.3%25250.1%24＞258降滤失剂MG-10.3%2017.50.1%＞25＞259聚合物降滤失剂LS-20.4%18210.2%＞25＞250.1%25＞25二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法2、钻井液处理剂对常规密度水泥浆流动性的影响表4单一钻井液处理剂对常规密度水泥浆流变性能的影响（续）序号钻井液处理剂加量常流（cm）高流（cm）10生物增粘剂2%25干稠0.5%25150.3%＞25180.2%＞25150.1%＞25＞2511防塌剂KPAM0.6%干稠－0.3%干稠－0.1%干稠－12前置液防稠剂KR-1020.1%＞25＞2513YH-S5%干稠－3%稠－1%21180.3%＞25230.1%＞25＞2514降滤失剂RLC-1013%18151%25250.1%2525二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法2、钻井液处理剂对常规密度水泥浆流动性的影响加入0.1%KPAM水泥浆加入生物增粘剂后水泥浆实验结果分析对常规密度水泥浆流变性能无影响或影响甚微的钻井液处理剂包括HPS、SHR、JN-A、MG-1、LS-2、KR102、RLC-101等7类对常规密度水泥浆流变性能影响较大的钻井液处理剂包括SMP-1、KHM、KPAM、YH-S等4类，其在水泥浆中的比例应分别控制在1%、1%、0%、1%以内对常规密度水泥浆流变性能有一定影响的钻井液处理剂包括SMT、SMC、生物增粘剂等3类，其在水泥浆中的比例应分别控制在1.2%、2%、0.5%以内二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法3、钻井液处理剂对高密度水泥浆流动性的影响序号钻井液处理剂加量常流（cm）高流（cm）1降粘剂磺化单宁SMT3%很稠－1.5%稠－0.6%1818.50.3%20202磺化褐煤SMC3%13－1%18160.519193磺甲基酚醛树脂SMP-10.5%18160.3%19184钻井液用腐植酸钾KHM3%很稠很稠1%18160.3%19145降滤失剂HPS0.3%18140.1%18186降滤失剂特种树脂SHR1%20190.3%20180.1%2020表5单一钻井液处理剂对高密度水泥浆流变性能的影响（流动度为20、19cm）二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法3、钻井液处理剂对高密度水泥浆流动性的影响序号钻井液处理剂加量常流（cm）高流（cm）7降粘剂JN-A1%19160.3%19180.1%20208降滤失剂MG-10.3%20180.1%20219聚合物降滤失剂LS-20.4%20170.2%19190.1%211910生物增粘剂2%干稠干稠0.5%干稠干稠0.3%16很稠0.2%18120.1%201811防塌剂聚丙烯酰胺钾盐KPAM0.6%干稠干稠0.3%干稠干稠0.1%干稠干稠12前置液防稠剂KR1021%20150.5%19150.3%1917表5单一钻井液处理剂对高密度水泥浆流变性能的影响（续）二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法3、钻井液处理剂对高密度水泥浆流动性的影响加入0.1%KPAM加入2%生物增粘剂实验结果分析钻井液处理剂对高密度水泥浆流变性能的影响规律与常规密度相比较，变化不大高密度水泥浆与常规密度水泥浆所用油井水泥、油井水泥外加剂相同，其差异主要在于高密度水泥浆的固相含量高，液固比较低，水泥浆流动性较差。应更加重视钻井液处理剂对高密度水泥浆流动性的影响规律研究二、钻井液处理剂对水泥浆的污染评价方法4、钻井液处理剂对水泥浆稠化时间的影响表6单一钻井液处理剂对水泥浆稠化时间的影响（水泥浆稠化时间300min）序号钻井液处理剂加量稠化时间（min）1降粘剂磺化单宁SMT1%1700.8