國標鉆井液水泥漿和完井液液相之間的配伍性及儲層保護研究

1、摘要：采用動態(tài)模擬評價實驗方法發(fā)現，鉆井液、水泥漿和完井濾液侵入儲 層是客觀存在的“在模擬油層溫度條件下，發(fā)現各種濾液之間出現渾濁或沉淀， 存在不同程度的不配伍性。在模擬油層溫度和壓力條件下，評價了各種濾液對巖 心滲透率的損害，其損害程度隨鉆井液體系、水泥漿體系不同而有所差異，但都 存在著一定程度豹損害。從保護儲層的系統(tǒng)性出發(fā)，在完井液中引入隱形酸離子 螯合劑，改變各種濾液的離子環(huán)境，有效地改善了各種濾液之間的配伍性，將完 井作業(yè)和酸洗作業(yè)有機統(tǒng)一起來。在模擬油層溫度和壓力的條件下，巖心滲透率 恢復值可提高到90以上，減少了濾液的深度損害，有效地保護油氣儲層。關鍵詞 鉆井液 完井液 水泥漿配伍

2、性 儲層保護打開油層段的鉆井液稱為鉆開液，經室內動態(tài)模擬評價實驗發(fā)現，鉆開液盡 管采用了屏蔽式暫堵技術，但是在液柱壓差作用下，其液相仍然會向油層侵入， 浸泡油層時間越長，其浸入量越大，后續(xù)的水泥漿濾液和完井液濾液也會浸入油 層，甚至在油層孔隙中發(fā)生混相作用。經模擬計算發(fā)現，各種作業(yè)液綜合侵入油 層的深度遠遠超出ir射孔解除范圍，因此應該開展液相對儲層損傷程度和儲層保 護技術措施的研究工作。一、鉆開液的濾失特性在室內模擬配制了80a51聚合物鉆井液體系，選用ka=27217243×103 u1112的人造巖心，根據屏蔽式暫堵規(guī)律，選擇了粒徑分布、大小滿足要求的碳酸鈣暫堵劑qwy與柔性填

3、充粒子復配的暫堵劑mba進行屏蔽暫堵。1利用高溫高壓動失水儀，在速梯150s，壓差35mpa，溫度60。c條件下， 采用多段滲透率儀評價屏蔽暫堵效果(表1)。實驗結果說明，mba無論對高低 滲透率巖心均能實現很好的暫堵，其固相侵入深度小于30cm。表1復合橋堵劑mba動態(tài)橋堵實驗山石ko q1 251 fdkdko 不同深度(cm)kdko()心 (1曠311 m2)(11_cm2·hr)()截去25cm后 截去5 5cm后138937105 】l 60 2 803 884714 68496 0 9665 3 841 928326215 7 2 0 74 70l893 9644321

4、72 6 8 o 70743 875 98837024 60 o 62 862 942 99 5f 2053i 58056 857 976 105 62利用前述相同的動態(tài)污染評價方法，取出動污染巖心，測量外泥餅厚度利用多段滲透率儀分別測定去除外泥餅前后人造巖心多段的滲透率值，由串聯(lián)巖心滲透率公式，k= (式中i為第一段巖心加外泥餅的滲透率三l+l22k世，l為外泥餅的厚度，l：為第一段巖心的長度，k：為去掉外泥餅后第一段巖心的滲 透率)計算出巖心上外泥餅與內泥餅的滲透率大小(表2)。實驗結果說明，對于 不同滲透率的巖心，外泥餅的滲透率比內泥餅滲透率低23個數量級，因此從滲 透率角度而言，外泥餅

5、是鉆開液液相侵入儲層多少的控制因素，在鉆丌油層過程中應高度重視鉆開液的失水造壁性。3利用前述相同的動態(tài)污染方法，取出動污染的巖心，在70mpa條件下，用 模擬配制的水泥漿領漿和水泥漿污染，記錄在巖心上的濾失量。由公式肚再f云 q動=b。+。·t。計算出鉆開液濾液和水泥漿濾液侵入油層的深度(表3、表4)。實驗結果說明鉆開液的動失水速率越高，油層浸泡時間越長， 鉆開液濾液侵入深度越深，而且遠遠超過了射孔深度；水泥漿的領漿濾液侵入深 度遠遠大于水泥漿濾液的侵入深度，綜合侵入深度也超過了射孔深度。另外后續(xù) 的完井液的大量侵入，進一步將水泥漿濾液和鉆開液濾液推向了油層的深部。表2內外泥餅的關系

6、污染液 巖心 a 0 fd 外泥餅 外泥餅 整段 距污染端不同深度k，10。110。3 pfmll (mlcm! 狀態(tài) k kdin：)·h r1f】03ljf10。3u0252 55 5 5 5-7 5 m21 m2)聚合物泥漿 nll 1123 4 13 5 l 29 有 047 153 2 39 6 415 7 265 5無 4134 345 6 697 2 286 2聚合物泥漿n12 085 5 ll 4l 13 有0 44112525 4 69712i 5 8+3qwy無 376 4 2461 598 2 304 5聚合物泥漿 n21 1724 3 03 1 04 自 0

7、31 80 9 14 5 866 2 152 7+5mba 無 245 6 15】9 1128 9 1664聚合物泥漿 n22 127l 4 9 8 0 98 有 0 28 74 6 18 5 521 6 115f3+5mba 無 2558 112 6 93 5 206 8聚合物泥漿 214 ：'-34 5 1l 6 1 10 有 0 4 35 6 15 3 68 2 37 8無 69 4 46 9 85 4 46 9聚合物泥漿 307 48 3 9 4 0 93 有 0 37 27 9 1l 8 96 3 54l+3owy 光 5l 0 3l 5 116 4 46 3聚合物泥漿 29

8、l 。86l 6 9 0 71 有 o 28 14 3 5 2 128 7 68 3+5mba 無 36 3 12 5 99 6 43 4聚合物泥漿 965 1 50 3 6 6 0 72 有 0 22 12 4 2 1 89 3 49 j+5mba 無 22 4 8 0 115 8 43 4聚合物泥漿 99l ：；4 3 9 0 074 有 0 18 3 6 2 5 4 7 9 7無 8 3 3 5 84ll 2聚合物泥漿 929 ：19 6 7 2 0 68 有 0 17 2 3 l 6 36 114+3qwy 無 76 2 4 5 4 13 7聚合物泥漿 994 31 4 5 8 0 5

9、4 有 014 l 6 0 45 8 5 15 6+5mba 無 6 8 l 4 9 9 l 5 7聚合物泥漿 992 ：7 2 61 0 6l 有 0 16 1 8 0 82 8 8 18 4+5mba 無 2 6 2 i 1l 5 19 9表3不同浸泡時間下濾液侵入深度氏(天)弋3 10 15f。(micm：·h心0 5l 42 3 57 4 125 4 1560o 65 49 0 66 2 142 9 17760 81 55 8 751 1609199 61 0665 3 87 4 l 85 7 229 9注：儲層孔隙度衛(wèi)為o 35，水驅油效率審為o 45油層井眼直徑為9ra=

10、rr，為濾液實際侵入儲層的深度。袁4水泥漿濾液侵入深度巖心號 k。(×104 p稈) 水泥漿濾失量 濾失速度侵入深度(m1)(mcm2·hr) (crn)19600 4 711 000 16 3 982164 3972 85j000 ll2 84l816 290 2 391100+ 0 lo2 6i k125 92880：'8124 2 26 3i(148 1129968149 0 29 5 注：油層井眼為9，水泥漿領漿浸泡油層10，水怩漿浸泡油層18科。 二、各作業(yè)液濾液的配伍性在打開油層和完井作業(yè)中，各種作業(yè)液的濾液都不可避免地會侵入油層，在油層孔隙中會相互接觸

11、混相，如果相互問不配伍就會產生無機和有機沉淀而對油 氣儲層造成損害。在室內模擬配制了鉆井液、水泥漿、完井液和地層水，并將各 種濾液或液體按不同比例混合，利用濁度儀測定混合液的濁度值(表5、表6)， 實驗結果說明水泥漿濾液與完井液、聚合物鉆井液濾液和地層水均不配伍，濁度 值顯著升高，j茸的甚至出現了大塊的絮狀沉淀。這主要是因為水泥漿濾液的高ph 值和含有大量晌ca2+、m92+等高價金屬離子和各種水泥漿處理劑，就會同鉆井液、 完井液和地層水中的有機大分子陰離子和或co，。、s042-陰離子等形成沉淀。表5水泥漿濾液與鉆井液、完井液、地層水配伍性(80。c)液體 jz93 sz36一l ohd32

12、6配伍液體比例 濁度值 現象 濁度值 現蒙 濁度值 現象水泥漿： l：935 19 63 少量絮狀沉淀 完井液 )：) 97少量沉淀>1000 沉淀 329：l 135沉淀 >1000 大塊沉淀水泥漿： l：9235 沉淀 341503鉆井液 5：5580 絮狀物 132l 乳白色沉淀 135 白色沉淀9：l960 大量絮狀物 l 010乳白色沉淀 127 大量絮狀沉淀水泥漿：1：9660 絮狀大塊沉淀 46地層水 5：5925 大量沉淀 654 沉淀9：125 72 大量沉淀：豪6水泥漿添加劑與各種作業(yè)液、地層水的配伍性水j己漿地層水 jz9-3鉆井液濾完井液 射孔液 陽離子鉆井

13、液濾液 單劑 渡濁度值 現象 濁度值 現象 濁度值 現象 濁厘值 現象 濁度值 現象cf40s 沉淀>1000渾濁 8 i 3938 cj2l 0 >10 渾濁 784渾濁 75ch】00>1000 渾濁 10 46懸浮物 35 細小沉淀cx142 渾濁 )j0,：20汪濁 j4 59 丈量絮狀物60cs31 22沉淀 )10。0 渾濁 14 33 大量絮狀沉淀 64cji10 >1000揮濁 6微濁 t6少量絮狀沉淀 70ch20s 46 >1000渾濁 8 微濁 27絮狀沉淀 75 細小沉淀注：處理劑溶液與各種作業(yè)液或濾液比例為5：5，t=80。三、各種作業(yè)液

14、相對巖心滲透率的損害各種作業(yè)液的液相不可避免地會侵入油氣層，各種作業(yè)液液相之間，特別是 水泥漿濾液與各種液體不配伍，就有可能損害油氣層。在模擬油層溫度、壓力的 條件下，分別向巖心中注入20p的各種作業(yè)液濾液，評價單一液相對巖，li'滲透率 的損害程度(表7：，；另外按作業(yè)施工施序向巖心中順次注入各種作業(yè)液濾液各20pv，評價作業(yè)液液相對巖心滲透率的綜合損害(表8)。表i，各單一作業(yè)液濾液對巖心滲透率的影響序號 巖心號 損害液 養(yǎng)護液 k。 kdk。×100 um! 1s108 80a51鉆井地層水 86 7 6642s120 液濾液 8326833 350陽離子鉆井 地層水

15、15037314 357液濾液 16i4 7455 18 mmh鉆井液地層水 60962o6 13 濾液 566207 19 高溫水泥漿 7333838 17 濾液 地層水 64342o9 882中溫水泥漿 149557210 851 濾液 地層水 156 3 524。1：1720完井液 159 4918725(堿性) 地層水 184 3 926l；204完井液13 7967207(酸性) 地層水 486 983實驗結果說跟：鉆井液濾液和水泥漿濾液對巖，0滲透率存在較嚴重的損害， 鉆井液濾液損害程度在30左右，水泥漿濾液損害程度在50左右，而無固相清 潔鹽水完井液體系對巖一t5滲透率幾乎無損害

16、。表8鉆井液濾液、水泥漿濾液和完井液對巖心滲透率的影響損害濾液 巖心號 k。kkd。1-kdm?！癿2×103 um二×103mmh正電膠 m7d 2134 690 63 370+a水泥漿 k39 1163 375 607 393陽離子 l20 229l 739 420 580+a水泥漿 kl e 612 268 55_8 542三磺泥漿 l】95 2470 797 400 60 0+a水泥漿 l1 cl 1553 50i 448 55280a51聚合物 z2 3875 1119 630 370十a水泥漿 k4i 1387 440 491 509pem漿 292 496 2

17、17 67，6 324+a水泥漿 62】 1337 424 76-3 2377952042 59765734380a51聚合物 ml z4 6265 2021 694 306+領漿 m257 3463 lll 7 676 32480a51聚合物 m173 5897 1896 654 346+領漿 l5l 3389 1076 60 5 395pem漿+a水泥 l103 1420 48l 5【6 48 4漿+完井液 l142 1610 513 547 45 380a51鉆井液+ 42l 2366 76 4 527 47 3 水泥漿+完井液 475 352 12l 8 46 5 535 陽離子鉆井液

18、+ 725 4620 1 56 3 506 494 水泥漿+完井液 72【 276 892 47 l 5296實驗結果說明：鉆井液濾液和水泥漿濾液對巖心滲透率的綜合損害同鉆井液 濾液、水泥漿濾液和無固相清潔鹽水完井液的綜合損害程度相近，其損害程度3060之間變化。四、解決液相損害的儲層保護技術措施鉆井液濾液、水泥濾液本身相互不配伍對巖心滲透率損害的根本原因為：濾 液中各種有機處理劑在巖心孔隙中的吸附、滯留，液相間的相互不配伍形成無機 垢和有機垢的沉淀。這些無機垢和有機垢絕大多數都具有被酸溶解的特性，同時 鉆井液中加有碳酸鈣粉等被酸溶的暫堵劑。因此可以考慮將以前的堿性無固相清 潔鹽水完井液改變?yōu)?/p>

19、酸性無圃相清潔鹽水完井液，改變各作業(yè)液形成的混合液的 離子環(huán)境，對高價金屬離子具有螯合掩蔽作用，防止有機垢和無機垢的生成：同 時對已生成的有機垢、無機垢，吸附的有機大分子和碳酸鈣暫堵劑具有酸溶作用， 從源頭上解決液相不配伍造成儲層的深部損害問題，研究出了hta隱性酸螯合 劑。1hta隱性酸完井液對碳酸鈣粉qwy的酸溶作用： 在室內配制了前述配方的jmh和plus鉆井液體系，分別用qwy加重至p=1159cm3，在高溫高壓失水儀上形成30min濾餅，并在60。c、35mpa條件下，測定蒸餾水的濾失量，然后分別用ihcl和不同濃度hta水溶液保溫浸泡30rain，評價qwy的酸溶性。實驗結果見表9

20、。表9 0wy加重鉆井液濾餅酸溶性實驗濾時間，亍1 48 16 30泥餅滲透率提高率試劑遺蒸餾水 1525 3565105o3hta1o405 o8 5 1464007h18457010 5 16 5 6015hta2 118 140qwy全酸溶1hcl40140owy全酸溶實驗結果表明，qwy作為鉆井液加重材料所形成的高溫高壓泥餅有很好的酸溶性。03hta(弱酸)可使泥餅滲透率提高40，o 7hta提高泥餅滲透 率60，15hta使泥餅上的qwy基本完全溶掉。證明用qwy作為加重暫堵 材料，隨著含隱性酸完井液的不斷充填酸洗，qwy可以完全酸溶解除，有利于儲層保護。2hta隱性酸完井液對有機大

21、分子處理劑的酸溶降解作用hta對有機高分子處理劑具有一定的酸溶性，可以解降有機高分子對儲層的 損害，實現完井作業(yè)與酸洗作業(yè)的有機結合(表10)。表10 hta對高分子處理劑的酸溶效果fhta加量()00030050l處理劑濃度()av降低黼 av降低酬av降低mpa·s率()mpa·s率()mpa·s率()hec1 2 44o 345216243455j80a5110215 14532 6 10 8 50oidrispac1069548 8 29939 3 4353hta隱性酸完井液的儲層保護效果評價將不同鉆井液的濾液、水泥漿濾液和hta隱性酸完井液按施工順序依次

22、各 注入20pv于巖心中，在25mpa、60 4c條件下養(yǎng)護3天時，評價-_-oo液相綜合對 巖心滲透率的影響(表11)。實驗結果說明，hta隱性酸完井液對巖心滲透率具 有很好的保護作黽，其巖心滲透率恢復值達到了80100。表11 隱性酸完井液與鉆井液、水泥漿濾液對巖心滲透率的影響損害液 k。kgk。×10。3 um!注入pem鉆井液濾液16ml185 4 1018+水泥領漿濾液 16ml18621006+水泥漿濾液 16ml176 7 1050+hta海水完井液16m 178 3 989注入80a5l鉆井液濾液16ml 1348 849+水泥漿濾液 16ml 175 o 89 9+

23、hta海水完井液 16ml注入mivih鉆井液溶液16ml 1579 993+水泥漿濾液 16ml 2lo5 910+rra海水完井液 16ml注入陽離子鉆井液濾液16ml 63 2 846+水泥漿濾液 16ml 3617 828+h1a海水完井液 16ml將不同鉆井液濾液和水泥漿濾液依次注入巖心各2opv，在25mpa、60。c條 件下養(yǎng)護3天，然后將hta隱性酸海水完井液注入巖心，評價隱性酸完井液對 已受液相損害的巖心的解除污染效果(表12)。實驗結果說明，hta隱性酸完井 液能有效地解除鉆井液濾液、水泥漿濾液對巖心的污染，使巖心滲透率提高2035，恢復值達到8t3100，可以解除污染。表j 2 hta隱性酸完井液對已被液相污染巖心滲透率的影響編號 損害液 巖心號 k。kdk。 恢復值提高絕對值()l80a51漿濾液 m17318957 55 4i+jz93水泥t濾液l54 1076 5622 l#+o3hta海水 mt73 80o 246完井液510pv l43 873 31 13 pem漿濾液m144 222l 674+jz93水泥漿濾液 l257 111 7 66843#+03hta海水 m1444892 21 8完井液驅5lopvl257 101