《前置液设计》PPT课件.ppt

前置液设计 1 一、前置液的分类 前置液 冲洗液 隔离液 油基冲洗液 前置液 前置液 水基冲洗液 稀释型 冲洗型 粘性液 紊流液 油基冲洗液 水基冲洗液 油基紊流隔离液 水基紊流隔离液 油基粘性隔离液 水基粘性隔离液 2 二、冲洗液 1、冲洗液的作用 （1）稀释和分散钻井液，防止絮凝和胶凝； （2）有效的冲刷粘在井壁和套管上的钻井液，或 疏松泥饼，提高水泥与井壁和套管之间的胶结强度； （3）作为钻井液与水泥浆之间的缓冲液和“隔离液 ”，防止水泥浆与钻井液直接接触而产生污染； （4）稀释改善钻井液的流动性能，使钻井液易于 被顶替，同时，提高顶替效率。 3 2、冲洗液的性能 （1）一般密度较低（如1.01.03g/cm3），并接近牛顿流体 ； （2）对井壁疏松泥饼具有渗透能力，使泥饼易于冲洗剥落 ； （3）具有一定的悬浮能力，防止钻井液固相颗粒和冲蚀下 来的泥饼的沉降和堆积； （4）稀释型冲洗液，应能稀释和分散钻井液，使钻井液在 较低流速下达到紊流顶替，其临界流速应控制在0.5m/s以下 ； 4 （5）与水泥浆混合比例较低的条件下，对水泥浆的稠化 时间和强度的影响要小； （6）对于冲洗型，要能在流体中加入惰性固体粒子增强 对井壁的冲刷效果； （7）对套管不产生腐蚀作用。 5 3、冲洗液的配方设计 （1）设计思路 （a）在不需要加重时，尽量用清水作前置液冲 洗和稀释井内钻井液（与钻井液和水泥浆相容性 好，且有助于提高紊流程度和经济）； （b）加入冲洗液中的稀释剂、分散剂或表面活 性剂，要容易破坏钻井液的胶凝结构，有利于清 洗井眼。 6 （2）设计原理 根据钻井液性能和井下条件，确定冲洗液的性能， 配方设计中考虑应用成本要低。 7 （3）配方设计 配制冲洗液的水：盐层考虑用盐水，海上可用 海水（可能的情况下），其它则用淡水； 对泥页岩等过敏性地层，应考虑使用1015% 的NaCl溶液，或35%的KCl溶液，需要悬浮剂时 ，可用HEC或CMHEC（盐水可以减少泥页岩的 膨胀和防止井壁的坍塌，但对淡水水泥浆有不良 的影响）； 8 为抑制页岩的膨胀及保持井壁的稳定，可用 612%的水玻璃溶液（抑制），加0.2CMC（ 增粘悬浮）和0.2%的硼砂（缓凝）； 为防止破坏钻井液性能，造成井壁坍塌，冲洗 液中可加入Na(OH)使pH值大于8； 9 为防止冲洗液与水泥浆接触时产生增稠和促凝 作用，可在淡水中加入2 3焦磷酸钠和焦磷酸 氢钠； 对稀释型冲洗液，可在淡水中加入0.5 1的 木质素磺酸盐，或铁铬盐或磺化栲胶等（这对钻 井液的流动性有改善作用，有利于顶替，同时对 水泥浆又有分散和缓凝作用）； 10 对需加固相颗粒以增加冲刷能力的冲洗液，加 1.53%（淡水用CMC，海水和盐水则用HEC或 CMHEC），Na(OH)的加量约510%； 在淡水中加1%左右的阴离子表面活性剂，由 于其静电斥力的作用，可阻止分散粘土粒子的聚 集，防止固相颗粒的沉降和堆积。 11 三、隔离液 隔离液是密度、粘度和静切力可以控制的前 置液，主要用于隔离和驱替钻井液，应用中，可 单独使用隔离液，也可随冲洗液之后，即与冲洗 液同时使用。可分为： （1）紊流隔离液：用于紊流顶替。 （2）粘性隔离液：用于塞流或低速层流顶替 。 12 1、隔离液的作用 （1）能有效驱替钻井液，适应塞流、低速层流或紊流驱替 钻井液； （2）易于控制不稳定地层的跨塌（与冲洗液比较）； （3）与冲洗液比较，能更有效的隔离钻井液和水泥浆，避 免水泥浆的接触污染，防止钻井液絮凝增稠； （4）对紊流隔离液，依靠其中的固相颗粒冲蚀井壁泥饼； （5）对粘性隔离液，依靠其粘性产生平面推进驱替钻井液 。 13 2、隔离液的性能要求 （1）紊流隔离液性能要求 具有紊流冲刷作用，即不仅能以平面形式驱替 钻井液，还能产生高的径向扰动，提高对井壁泥 饼和管壁的冲蚀； 与钻井液和水泥浆有良好的相容性； 具有与牛顿流体接近的流体特性，其紊流的临 界流速应较低； 14 密度易于调节，能悬浮固相材料保持流体 的稳定； 温度对隔离液粘度的影响要小，温度升高 后仍能保持稳定； 对套管无腐蚀作用。 15 （2）粘性隔离液的性能要求 具有一定的触变性能，以利于悬浮岩屑和固体 颗粒； 易于进行塞流或低速层流顶替； 流变性能应优于水泥浆，但比钻井液差； 密度高于钻井液，低于水泥浆，密度一般可 0.06 0.12g/cm3左右； 16 控制高温高压下的滤失量，一般小于150ml/30min ； 与钻井液和水泥浆有良好的相容性； 不腐蚀套管。 如果将隔离液与钻井液和水泥浆之间的流变性能关 系进行量化，可用下式表示： 17 不考虑井身结构的情况下： oc、osp、om 分别为水泥浆、隔离液及泥浆的动切力； c、sp、m 分别为水泥浆、隔离液及泥浆的塑性粘度 。 18 考虑井眼/套管尺寸以后： c、sp、m 分别为水泥浆、隔离液及泥浆的密度。 19 3、隔离液的配方设计 紊流隔离液与粘性隔离液的区别，关键在于粘 度，其它性能可以接近（高密度隔离液通常是粘性 的）。因紊流隔离液需要满足在较低的顶替排量之 下，实现紊流流态，所以紊流隔离液的粘度较低。 20 （1）紊流隔离液 （a）设计准则 在保证固相颗粒悬浮稳定不沉降的前提下 ，尽量降低隔离液的粘度。 21 （b）配方设计 低粘度的钻井液（如膨润土水）作紊流隔 离液（应含分散剂），用于水基钻井液（对油 基钻井液应含溶解剂，相应的隔离液则应含表 面活性剂，以利于改善管壁和井壁的润湿性） ； 稀水泥浆或火山灰低密度水泥浆； 22 对油基隔离液，应能有效清除油基的粘稠钻井 液、岩屑和页岩等：柴油（50份）水（50份） 乳化剂（适量）飞灰膨润土，可用重晶石加重 ； 聚生物胶（或瓜胶或HEC）水硅粉重晶 石，各种材料的加量应根据密度和流变性能确定， 既要满足紊流要求，又不能发生固相的沉降。 23 （2）粘性隔离液 （a）设计准则 流变性能容易调控，无自由水、无固相沉降； 与钻井液和水泥浆有良好的流变学配伍性； 在加重剂低加量、低浓度或高浓度含盐量，以及低 剪切搅拌等情况下，隔离液都应有足够高的粘度，并 有好的滤失量控制能力。 24 （b）设计配方 高粘度HEC（或CMHEC）水膨润土（防高 温降粘）重晶石； 基浆表面活性剂：改变油基钻井液的管壁和井 壁的亲水性，通常是，靠油基钻井液的一段，用油 溶性阴离子表面活性剂，靠水泥浆的一段用水溶性 的阴离子表面活性剂； 海泡石粘性隔离液：海泡石可各种类型的水增粘 ，且在高温下不会有严重的胶凝和变稀的现象。 25 四、前置液用量设计 1、冲洗液和紊流隔离液 用量满足保证顶替效率对紊流接触时间的要求，一般 可考虑在10min左右。最大用量一般不超过250m环空高 度。 2、同时使用冲洗液和隔离液 二者总用量一般不超过300m环空高度。 3、粘性隔离液 主要应控制允许的环空高度，如一般为150200m环空 高度。对段尾管固井，也考虑等量裸眼环空容积。 26 4、特殊情况 （1）很小裸眼环容的尾管固井，最小用量不低于 1.6m3，当环容较大时，最小环空高度不低于100m。 （2）对于深井，根据经验，超过3000m的井，每增加 300m，用量附加0.20.3m3。 27 实例：高温高压气井固井隔离液设计 28 1、隔离液的主要性能要求 隔离液不但应具备与水基和油基钻井液，以 及防窜水泥浆均应有良好的相容性，还应具备悬 浮钻屑和加重剂等固相粒子的能力、抗高温和低 失水等。在顶替钻井液的推移过程中，能形成粘 稠的过渡带，以隔离钻井液与水泥浆的掺混和保 持近平板流速剖面的推进。 29 2、隔离液设计与配制原则 根据本井固井的需要，隔离液密度应控制的范围 1.252.28g/cm3； 考虑本井的地质特点和现有技术条件，配合防窜 水泥浆使用，按粘性隔离液进行设计； 30 加重剂用油田常用的重晶石，主要外加剂根据 现有实际情况，通过实验确定种类及加量，并重点 考虑其与防窜水泥浆和油基钻井液的相容性； 隔离液抗高温能力与防窜水泥浆要求一致，配 方尽可能简单，应用方便； 对油基钻井液井段，在隔离液中增加油性表面 活性剂，使隔离液具有良好的清除套管和井壁上的 油膜的作用。 31 3、隔离液材料的选择 根据本井（高温高压气井）固井对隔离液性能 的要求，对现有隔离液体系进行了分析研究，并进 行了筛选试验。结果表明，SNC和海泡石等常用隔 离液体系不能满足要求，HDS隔离液体系能够满足 要求，其加重材料为重晶石，表面活性剂根据钻井 液特性而选用亲油或亲水型的以及增加隔离液失水 控制能力的添加剂。 32 4、隔离液配方研制 根据上述选定的隔离液体系的材料，经过大 量的室内试验，研制出密度1.25g/cm32.28g/cm3 的隔离液的配方，其密度可调节范围宽，流动性 能好，具有良好的抗高温特性。 33 密度1.25g/cm3隔离液配方与性能 材料名加量单位材料名加量单位 淡水100galHDS165.5lb 增粘5.61lb重晶石196.4lb 消泡0.421gal表活剂2.81gal 增切0.281gal 隔离液性能（95） 流变性能，格 60030020010063 453126221312 n=0.5377， k=0.5540； YP=8.678， PV=0.014， YP/PV=620 漏斗粘度加重前40 s加重后47 s 34 密度1.75g/cm3隔离液配方与性能 材料名加量单位材料名加量单位 淡水100gal重晶石1153.2lb 增粘13lb悬浮剂22.32lb 消泡1.30gal表活剂15.58gal 增切0.483gal表活剂25.58gal HDS148.8lb 隔离液性能（140） 流变性能， 格 60030020010063 1216943322218 n=0.8104， k=0.2252； YP=8.678， PV=0.052， YP/PV=167 漏斗粘度加重前43 s加重后74 s 35 密度2.28g/cm3隔离液配方与性能 材料名加量单位材料名加量单位 淡水100GalHDS66.77lb 增粘/Lb重晶石2557.8lb 消泡1.335Gal悬浮剂22.26lb 增切0.801Gal表活剂6.677gal 隔离液性能（130） 流变性能， 格 60030020010063 1026754381311 n=0.6063， k=0.7803； YP=16.352， PV=0.035， YP/PV=467 漏斗粘度加重前38 s加重后67 s 36 5、隔离液与油基钻井液和水泥浆的相容性 试验 （1）与水泥浆的混浆试验 选用研制的1.75g/cm3、1.90g/cm3和2.28g/cm3共 3种密度的隔离液，分别与1.90g/cm3、2.15g/cm3和 2.40g/cm3的水泥浆作混浆试验。 混浆试验表明，隔离液体系与满足本高温高压 气井固井的水泥浆体系有良好的相容性。 37 1.75g/cm3隔离液对1.90g/cm3水泥浆性能的影响 混浆比， v% 流变性能 API失水稠化时间抗压强度 水泥浆：隔 离液 nkYPPVYP/PV 100 : 0 0.84900.22824.1010.081514731218 95 : 50.88930.40296.6720.189354043914 75 : 250.82140.45098.196050 : 500.75480.43377.4220.079593 300 0 : 1000.81040.22528.6870.052167 38 2.28g/cm3隔离液对2.33g/水泥浆性能的影响 混浆比， v% 流变性能 API失水稠化时间 抗压强 度水泥浆：隔 离液 NkYPPVYP/PV 100 : 0 0.55391.469614.700.06222364829928 95 : 50.82150.862831.210.236913278280 75 : 250.69391.50422.770.1784128 300 50 : 500.69541.035830.150.096314 0 : 1000.60630.780316.350.035467 39 （2）与油基钻井液的混浆试验 用设计的各种密度的隔离液体系与该井使 用的水基和油基钻井液进行混浆的相容性试验分 析。 混浆