固井水泥浆与钻井液接触污染作用探讨

在固井施工过程中,受到井眼自身形状以及所采用的水泥浆和钻井液性能差异的影响,常常会出现水泥浆和钻井液混合的情况,从而造成严重的接触污染问题。在复杂的井下水泥浆施工环境中,这类接触污染作用会给实际操作带来十分不利的影响,因此相关部门必须要对这类问题引起重视,不仅要明确水泥浆和钻井液接触污染的具体表现,也需要采取有效的处理策略,降低给生产和施工所带来的危害。     

钻井液转变成水泥浆的室内研究

固井作业中常因井壁水泥面间密封差、附着于裸眼井壁的泥饼及隔离液对水泥浆产生污染,而影响固井质量。介绍了将钻井液转变成水泥浆的MTC技术。对分散剂、早强剂、有机缓凝剂及激活剂进行了MTC体系配方优选。试验表明,该配方使转化后水泥石3d强度大于10MPa,流变性、稠化时间等性能均可满足固井施工要求。     

单因素法分析钻井液处理剂对水泥浆性能的影响

钻井液与水泥浆相容性差,混浆后易产生接触污染,即混浆段流体出现流动性恶化、水泥浆稠化时间缩短、水泥环强度降低等问题。实践表明,钻井液处理剂是造成接触污染的主要原因之一。为此,采用单因素法考察了13种钻井液处理剂对水泥浆性能的影响规律,利用红外光谱对处理剂进行了结构表征,用环境扫描电子显微镜对污染后的水泥石结构进行微观形貌分析。结果表明,生物增黏剂、聚丙烯酰胺钾盐能使水泥浆急剧变稠;SMT、SMP-1、JN-A能够缩短水泥浆稠化时间,但加量在1%(w)以内影响较小;其余钻井液处理剂加量在一定范围内对水泥浆性能影响较小。生物增黏剂和聚丙烯酰胺钾盐参与水泥水化、影响水泥浆结构形成过程是造成污染的重要原因;同时,高聚物大分子链发生卷曲、吸附架桥和电中和作用使水泥浆产生絮凝现象。污染机理的提出为钻井液合理选材、钻井液性能调整、减少钻井液与水泥浆的污染提供了理论依据。     

固井水泥浆与钻井液接触污染作用机理

针对固井时水泥浆和钻井液掺混易产生接触污染,造成注水泥憋泵和危及作业安全的问题,对接触污染的作用机理进行了研究。比较了掺混钻井液和钻井液处理剂前、后的水泥浆性能,利用红外光谱、X-射线衍射仪、扫描电镜对掺混前、后水泥浆的物相和微观形貌进行对比,确定钻井液和钻井液处理剂对水泥浆性能及结构的影响;利用原子吸收分光光度计测定水泥浆滤液中离子种类及含量,考察了各类金属离子对钻井液和处理剂溶液的影响。研究结果表明了接触污染作用机理:水泥浆中Ca²⁺对钻井液产生"钙侵 "造成钻井液流变性能变差;水泥水化产生的Fe³⁺、Al³⁺可与钻井液中的多种聚合物类处理剂交联形成凝胶,凝胶的形成加之处理剂对水泥颗粒的吸附架桥,造成水泥浆体多级絮凝结构的加强,导致混浆流动性急剧降低。根据作用机理,可使用抗钙先导浆、在隔离液中加入掩蔽剂等措施来解决接触污染。解决接触污染措施在ST1井、MX17井尾管固井中的应用效果良好,为保证深井注水泥安全提供了有力的技术支持。     

钻井液转化为固井液固井的研究及现场应用

本文着重介绍ＭＴＣ的固化原理，室内实验结果评价，现场施工配注工艺及应用效果。     

吐哈油田抗盐水泥浆固井技术研究与应用

吐哈油田的雁木西、神泉、葡北等地区含多段盐膏层,均属可溶性和可塑性地层,易溶解、水化膨胀,造成井径不规则或形成大小井眼,若发生塑性流动,将会使套管受到不均质载荷,引起套管变形,影响油井寿命,给固井带来诸多难题。通过对水泥浆体系配方的优选和性能的研究,开发出了抗盐水泥浆体系。该水泥浆具有抗盐性好、低失水、稠化和凝结时间短、稠化时间可调节范围大、与早强剂等外加剂配伍性好、流动性好、易达到紊流顶替、浆体稳定、强度高等特点。现场应用表明,抗盐水泥浆体系既保证了盐膏层固井的施工安全,又提高了固井质量,特别是解决了第二界面的固井质量问题,为油田的持续改造奠定了良好的基础。     

油基钻井液下水泥浆抗污剂的研究与应用

针对目前油基钻井液下水泥浆易被污染,固井质量难以保证的问题,运用实验方法结合理论分析,开展了抗污染水泥浆体系的研究。利用人工岩心法证实了油基钻井液对固井质量有较大影响,特别是对二界面胶结强度影响最大。通过实验分析了基础水泥浆被油基钻井液污染后性能的变化,研制出了一种主要成分为烷基酚聚氧乙烯醚的抗污染剂Anti-P。室内实验结果表明,将1%抗污剂Anti-P加入水泥浆中,在水泥浆被少量油基钻井液污染后（小于10%）,水泥浆性能不受影响,保证了固井质量。将其在多口井进行应用,效果良好。该成果填补了目前抗污染水泥浆体系的空白,值得进一步研究推广。      

泥浆转化为水泥浆技术综述

对国外50年代以来泥浆转化为水泥浆(MTC)技术的发展作了综述。从三大类转化方法、MTC浆的室内制备、MTC浆的配方设计、MTC浆的工业手段、MTC浆的工业实践及MTC的经济优势等6个方面,进了较全面的论述。     

剪切速率对水泥浆稠化时间的影响规律

剪切速率对水泥浆稠化时间的影响比较大,确定水泥浆真实的稠化时间能够保障固井安全。引用水泥浆在井眼内和室内稠化试验2种状态下的剪切速率数学模型,根据水泥浆在不同剪切速率下的稠化试验结果（30和80℃）,分析剪切速率对水泥浆稠化时间的影响规律。30℃时,在22~652/s的剪切速率范围内,稠化时间偏差超过2 h,剪切速率低时稠化时间短;80℃时,在177~885/s的剪切速率范围内,稠化时间偏差在1 h内,剪切速率高时稠化时间短。研究结果表明,选用150 r/min的转速进行稠化试验,能较好地模拟大多数固井情况下的稠化时间,但对于大直径表层套管固井和小间隙固井,应根据实际情况选用合适的剪切速率进行水泥浆稠化试验,才能模拟固井施工时的稠化时间,确保固井施工的安全。      

改善水泥浆与CO2污染钻井液的相容性技术措施

水泥浆与钻井液之间的接触污染对固井顶替效率和施工安全影响巨大,其原因之一是来自于地层的CO₂对钻井液的污染导致水泥浆与钻井液相容性恶化。为此,选择了四川盆地川东地区3口井的水泥浆与CO₂污染的钻井液进行相容性实验,结果表明,水泥浆与CO₂污染的钻井液混合后,浆体的流动性变差,稠化时间快速下降,仅靠简单的对钻井液降黏度切力、调整pH值技术措施已不能满足固井施工作业的要求。按改善水泥浆与CO₂污染钻井液相容性的技术路线,研究总结出了固井前处理受CO₂污染钻井液的4个技术对策,包括部分或全部置换井筒受污染钻井液、对污染的钻井液进行过饱和Ca²⁺处理、加入钻井液抗污染处理剂和合理设计前置液用量,满足了钻井液与水泥浆的相容性实验及生产要求,可有效地指导固井注水泥的安全施工。在目前国内外缺乏统一规范的相容性实验方法情况下,川东地区固井前所采用的处理CO₂污染钻井液的技术做法对于进一步完善天然气井固井准备的技术措施具有参考价值。     

硫化氢对钻井液污染情况的室内实验研究

针对专门研究硫化氢对钻井液污染情况的实验设施和方法缺少的问题,建造了用于研究硫化氢对钻井流体污染情况的硫化氢实验室,并建立一套室内评价方法.经过实际使用,硫化氢实验室全方位立体的安全措施能够保障实验的基本安全,室内评价方法则安全可靠、准确便捷,完全能够满足相关研究的需要,同时通过硫化氢对钻井液污染的实验研究,得出高pH值有利于硫化氢地层的安全钻进,除硫剂是降低硫化氢风险的根本解决措施的结论.     

盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究

针对盐泥中各种主要成分所进行的盐泥资源化利用，主要是生产建筑材料或回收其中的有用成分，存在投资大、运行成本高、工艺复杂、耗能、二次污染、盐腐蚀及回收产品价值较低等问题。复杂盐膏层钻井一般使用盐水钻井液，但该体系配制成本较高。盐水钻井液一般由水、膨润土、氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠、超细碳酸钙、硫酸钡和其它化学处理剂组成，盐泥的各种成分均可应用于盐水钻井液，盐泥可通过专门配方整体应用于盐水钻井液的配制。该研究对于降低盐膏层钻井成本、实现盐泥资源化具有现实意义。     

水基钻井液硫酸铝污染处理工艺

KS19井三开φ311.2 mm井眼在钻至6243~6387 m井段时,使用的高密度KCl-聚磺水基钻井液被含有硫酸铝的清洁化生产用工业废水污染,流变性每日不断呈现上涨趋势至发生突变,一是φ₆与φ₃读值、初切值、动切力均上涨较高,而其他参数均比较正常;二是上水罐、过渡槽钻井液表面粗糙,大量针眼型气泡包裹其中,流态缓慢;三是循环系统加重泵上水困难、泥浆泵抖动严重,泵冲泵压变化较大,钻进期间被迫使用灌注泵辅助泥浆泵上水。分别在套管鞋、井底分2次进行循环调整处理,采用稀释置换、气泡界面张力改变、提高碱度进行中和、流变性改变、提高油含量等至恢复正常钻进,上水罐、过渡槽钻井液仅包裹有少量针眼型气泡,泥浆泵、加重泵上水正常。      

水基钻井液硫酸铝污染处理工艺

KS19井三开φ311.2 mm井眼在钻至6243~6387 m井段时,使用的高密度KCl-聚磺水基钻井液被含有硫酸铝的清洁化生产用工业废水污染,流变性每日不断呈现上涨趋势至发生突变,一是φ6与φ3读值、初切值、动切力均上涨较高,而其他参数均比较正常;二是上水罐、过渡槽钻井液表面粗糙,大量针眼型气泡包裹其中,流态缓慢;三是循环系统加重泵上水困难、泥浆泵抖动严重,泵冲泵压变化较大,钻进期间被迫使用灌注泵辅助泥浆泵上水。分别在套管鞋、井底分2次进行循环调整处理,采用稀释置换、气泡界面张力改变、提高碱度进行中和、流变性改变、提高油含量等至恢复正常钻进,上水罐、过渡槽钻井液仅包裹有少量针眼型气泡,泥浆泵、加重泵上水正常。     

水包油钻井液国内研究应用进展

对目前适合于深井欠平衡钻井作业的3类钻井液体系进行综合分析,从抗油、抗水侵能力、成本等角度出发,得出使用水包油钻井液体系最为合适,其配制方法简单,不需配备复杂设备,抗温能力强,流动性好,滤失量低,稳定井壁能力较强,抗水油侵能力强,润滑作用好,对储层伤害小,不影响电测和核磁测井,对环境污染小。文中对水包油钻井液体系的应用范围和基本组成,其乳状液的稳定机理,以及该体系的乳化剂使用特点进行了介绍,论述了近年来国内对该钻井液体系的研究应用现状,简要阐述了其可能的发展趋势。     

用于油基钻井液堵漏的氯氧镁水泥浆体系

氯氧镁水泥具有优良的机械和热性能,常作为工业地板、防火、砂轮和墙体保温材料。针对常规水泥浆存在的抗侵污能力和酸溶性差,无法处理油基钻井液恶性漏失问题。利用氯氧镁水泥硬化体系的多元结晶相,采用DISP-S作为分散剂,DOT和Atmp复配作为缓凝剂,对氯氧镁水泥体系进行了优化,设计了一种可应用于油基钻井液大型漏失的堵漏水泥浆体系。实验结果表明,该堵漏水泥浆的密度为1.76 g/cm3,沉降稳定性良好,自由水含量几乎为0,失水量小于40 mL,在60℃下的稠化时间可达230 min,在中低温范围内水泥石的抗压强度均在30 MPa以上,侵入油基钻井液的水泥石仍然具备一定的力学性能,并且能在浓盐酸中完全溶解。     

用于油基钻井液堵漏的氯氧镁水泥浆体系

氯氧镁水泥具有优良的机械和热性能,常作为工业地板、防火、砂轮和墙体保温材料。针对常规水泥浆存在的抗侵污能力和酸溶性差,无法处理油基钻井液恶性漏失问题。利用氯氧镁水泥硬化体系的多元结晶相,采用DISP-S作为分散剂,DOT和Atmp复配作为缓凝剂,对氯氧镁水泥体系进行了优化,设计了一种可应用于油基钻井液大型漏失的堵漏水泥浆体系。实验结果表明,该堵漏水泥浆的密度为1.76 g/cm3,沉降稳定性良好,自由水含量几乎为0,失水量小于40 mL,在60℃下的稠化时间可达230 min,在中低温范围内水泥石的抗压强度均在30 MPa以上,侵入油基钻井液的水泥石仍然具备一定的力学性能,并且能在浓盐酸中完全溶解。      

水基钻井液CO2污染的处理

虽然目前钻井液CO₂污染处理技术的研究成果较多,但在实际应用中仍然存在许多问题,是一个十分棘手的问题。总结了常见的CO₂污染处理方式及其不足之处。针对水基钻井液CO₂污染现象,根据污染机理提出了处理建议:保持钻井液中适度的黏土含量,使用Ca (OH）2和CaCl₂等钙处理剂;使用抗高温抗盐的强吸附性处理剂、适当使用新浆替代老浆。介绍了XX46-X1和XX008-6-X2两口受CO₂污染井的处理情况。以XX46-X1井为例,采取的具体措施有:使用离心机控制固相含量,用真空除气器不间断在地面脱气,增大钻井液密度至2.0 g/cm3,以阻止CO₂进入流体;使用适量0.2%石灰乳冲入钻井液,补充SMP-Ⅲ、SMP-Ⅱ、高温抗盐降滤失剂RSTF、高温稀释剂HTX等处理剂及NaOH胶液;由于污染较为严重,后期配制胶液时加入适量0.5% CaCl₂配合处理。受污染钻井液按建议经过处理后,钻井液黏度、切力降低,流变性和滤失量得到控制,满足了工程需要,达到了预期目的。      

井筒微芯片示踪器研制

为了快速检测钻井过程中的井筒压力和温度分布,从而对井涌、井漏和钻具磨损等各类井下故障进行判断和预测,进行了微芯片示踪器研究攻关。采用微型化采集技术、高效电源管理技术和高温高压封装技术,设计研制了小尺寸、低功耗井下数据采集系统——微芯片示踪器样机。该示踪器连续投放到循环的钻井液中,可以快速采集井筒中的压力和温度数据,获得井筒温度、压力分布剖面。微芯片示踪器原理样机直径只有20 mm,地面测试表明,该样机可连续采集到养护釜中100 ℃以下的温度变化,以及20 MPa以下的压力变化。这表明,利用微芯片示踪器可以采集到井筒中的压力和温度数据,建立井筒压力和温度分布剖面。      

深水钻井液关键技术研究

分析了深水钻井液面临的技术难题,认为深水钻井所面临的主要问题有深水低温问题、深水浅层含气砂岩所引起的气体水合物生成问题、海底泥岩稳定性问题及钻井液用量大、井眼清洗困难等问题。根据深水钻井中出现的问题和面临的困难,指出了深水钻井液应具有良好的低温流变性、悬浮携岩能力、页岩稳定性、环保性能及综合成本低等特点。调研了国外常用的深水钻井液体系,研制了深水钻井液水合物抑制性评价试验装置,探讨了深水钻井液中水合物的形成规律及机理,优选了深水钻井液用水合物抑制剂及其配方。在优选深水钻井液用处理剂的基础上,得出了深水钻井液的最终配方,并进行了全面的性能评价。最后,根据我国深水钻井液技术研究的现状,提出了下一步的研究重点。