（油气井工程专业论文）多功能隔离液的研制与评价.pdf

d e v e l o p m e n ta n de v a l u a t i o no f m u l t i f u n c t i o n a ls p a c e r c a o h u i - l i a n ( o i la n dg a sw e l le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rw a n gr u i h e a b s t r a c t d u r i n gt h ed i s p l a c e m e n to fd r i l l i n gf l u i di nc e m e n t i n gp r a c t i c e ，t h e p h y m c a ic o n t a c to fc e m e n ts l u r r ya n dd r i l l i n gf l u i dc a ne a s i l yr e s u l ti n v w j i n gd e g r e e so fc r o s sc o n t a m i n a t i o nw i t ht h ec o m p a n yo fc e m e m c o n t a m i n a t i o ni nd r i l l i n gf l u i d t h ea p p l i c a t i o n o f s p a c e rf l u i dc a l le f f e c t i v e l y i s o l a t et h e d r i l l i n gf l u i da n dc e m e n ts l u r r y 鹤n o tt oc a u 啪鼹 c o n t a m i n a t i o n a tt h es a m et i m e ，i ti sa l l o w e dt o i m p r o v et h ed i s p l a c e m e n t e f f i c i e n c yo fe e m e n ts l u r r yw i t hp l u gf l o wo rt u r b u i e mf l o w , a c c o r d i n g l y e n h a n c et h e c e m e n t i n gq u a l i t y b a s e do nt h em a t e r i a l s c i e n c e , b ym i i l gt h ec o m b i n a t i o no f p h y s i c c h e m i c a ls t u d ym e t h o da n dt h ed e s i g ni d e ao fd e n s i t ya n d v i s c o s i t y c o n 垃吼an e wk i n do fs p a c e rs y s t e mf o rc e m e n t a t i o ni s d e v e l o p e db y o p t i m i z a t i o na n dc o m b i n e df o r m u l a t i o no fd i f f e r e n ta d d i t i v e s t h es y s t e m p o s s e s s e sa d j u s t a b l ed e n s i t yi nw i d er a n g e ，g o o ds u s p e n s i o np e r f o r m a n c e ， b e t t e rf i l t r a t i o n - c o n t r o l c a p a b i l i t ya n ds i m p l em a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y i t r o to n l yc a l li s o l a t ed r i l l i n gf l u i da n dc e m e m s l u r r y , b u ta l s oc a n1 0 w e rt h e d r i l l i n gf l u i dv i s c o s i t yf o re a s i e rd i s p l a c e m e n to fd r i l l i n gf l u i d a n di m p r o v e t h er h e o l o g i c a lp r o p e r t ya n dm a i n t a i nt h et h i c k e n i n gt i m eo fc e m e n t s l u r r y n 1 m o r e o v i nv i e wo ft h et h i r s t yf o r m a t i o n s ab o wk i n do fm f l t i f u n c f i o n a l s p a c e ri sd e v e l o p e db yt h eo p f i 砌t i o no f p l u g 西n ga g e n ta n d i 乜i n i x i n g 晰t l l s p a c e e v f l m t i o ni sf l s oc o n d u c t e df o rt h ef u n d a m e n t a lp c f f o r m = c ea n d s e m i n ge f f e c to fm f l f i f u n c t i o n a l 印a c e le x p e r i m e n t sd e m o n s t r a t et h a tm e p l u g g m ga g e n tp r e 涮如p r a c t i c ma p p 删o ni m p o r t 觚i ns a f c t ya s s u r a n c e i na _ b s o r p t i o nw e l l sa n d i m p w v m gt h em - s i r ec e m e n t i n gq u f l i t ) ： k e y w o r d s zs p a c e r ，c 衄ts l u r r y ，f l o wp p e 啊，l o s tc i r 1 砒i o na d d “i v e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名：2 口年，月；d 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 弛弛 二”石年 ，月；d 日 ，寸石年 f 月弓。日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 第1 章前富 镭笄鹣羁静楚我漓、找气、找含漓气构造，形成双魏下努遣褥盼油气 通道。其中固井怒油气井钻井过程中的关键环节，是多工种联合施工的馆 她，它是一项系统应用工程。为了保证继续安全钻进，封隔油气水层，勘 探期阕分屡试浊及在整今舞采过稷孛会瓒鲍淫气艇产，郝爨要下入套管， 并在井筒与套管环空充填水泥的作业称为固井工稷。 嚣势王程鸯玄自身懿特殊戆：( 1 ) 憝一次毪程，絮暴震耋不磐，一 般情况下难以补救；( 2 ) 魑一项隐蔽性的z 程，主要流程在井下，施工时不 黥壹接蕊察，质鏊控翻毪往取决予设诗豹准确毪鞠准备工作豹努环，受各 种因素的综合影响；( 3 ) 影响后续工程的进行；( 4 ) 施工时间短、工序嚏 客多，作娩量大，是一项技术性强的工穰 由予绝大多数钻井渡与水泥浆都是攀穰容鳇，在露并憨工孛翔暴承涎 浆与钻并液直接接触，钻井液发生水泥侵，钻井液的流变性能变麓，生成 羚絮凝物缓辫善农舞壁土。不莠被驱替搜溪替效搴降低，影嫡雾瓣黢缝凌 量。水泥浆相受剡钻井液污染而产生粘稠的团块状絮凝物质，流动性能降 低、糕瘦鹈动讶力上舞，会使固势泵压舞离，甚麓压潺地层，侵承泥浆疆 替不到预定位置；粘稠物质还会毫占附在套管和井熬，不容易顶替干净，易 发生窜稽形成滞留区而严霾影晌潲并质量l l 】。 如何在露井过程中隔离钻井液襄水淀浆、提舞对钻弗液的驱赞效率、 怒摆在每一个同井工程技术人员黼前的一个重大间题，顶替效率的高低也 楚决定霆劳质量好坏豹关键因素。 为了增强顶替效率，提高固井质量。在注入水泥浆前，先泵入一定擞 豹液箨，挺承泥浆与结并滚隔开，弱辩辩嚣饼窝管壁、势壁逶 亍颈处理， 形成水化活性表颈，增强圃井液与泥饼的亲和力，激活泥饼固化活性，从 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 而提高固井质量，这种液体就叫隔离液。 1 1 隔离液的应用与分类 有效的驱替钻井液，提高注水泥的顶替效果是消除钻井液窜槽、保证 水泥胶结质量和水泥环密封效果的基本前提，因此提高注水泥顶替效率的 研究一直是国内外固井界的重点研究课题。 从上世纪4 0 年代开始，由p h j o n e 和d b e r d i n e 对注水泥顶替机理 提出了开创性的理论。在一般情况下钻井液和水泥浆均为紊流是最有效的 顶替方式，但是由于水泥浆和钻井液的流变性受多种因素的影响和限制， 难以达到理想的驱替流动形态，而且钻井液和水泥浆的相互接触污染性能 变差。因为现场设备有限，尤其是水泥浆在注替过程中很难达到紊流顶替。 由此提出设计一种前置液，使其不但能够隔离开钻井液和水泥浆防止相互 污染，并可以通过调节流变性能达到紊流驱替钻井液要求，在钻井液、隔 离液与水泥浆之间形成层层递进，一级一级推进钻井液，这样不但实现了 钻井液与水泥浆的隔离，还解决了水泥浆顶替不能达到紊流的缺陷增强 了顶替效率，从而提高了固井质量。 前置液按功能分为冲洗液和隔离液： ( 1 ) 冲洗液：具有较低密度的牛顿流体，最多的是表面活性剂类化学 冲洗液，主要是在清水中加入一定的表面活性剂及复配的表面活性剂体系 和钻井液的稀释和降粘剂，能够很好的改善钻井液的流变性能，降低钻井 液的粘切和触变性，利用表面活性剂所特有的表面活性作用于井壁和套管 壁，降低界面张力，增强对界面的润湿作用和冲洗作用。 ( 2 ) 隔离液：常被称为注水泥施工中使用的一种特殊外加剂，之所以 特殊是因为它既不是加在水泥中，也不是添加在水泥浆中，而是为了提高 水泥浆顶替效率，改善水泥环质量，并且将泥浆与水泥浆有效隔离开来， 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 在泥浆与水泥浆之间注入的一段特殊的“液体”，属于一种稳定的悬浮液体 系。这是一种特殊的、稳定的悬浮液体系，其粘度、密度和静切力均可根 据需要进行调节，其具有隔开泥浆与水泥浆，使泥浆与水泥浆不直接接触 的功能，因此被称为隔离液 其中，冲洗液又分为化学型和研磨型，隔离液分为紊流隔离液和粘性隔 离液，具体如下所示【1 2 - 1 ： r 化学型 l f 冲洗液弋 il 研磨型 前置液 广粘滞型 ir 粘性 绡米材瓣l c 2 1 2 匿2 _ l 纳米卡靖屋”结构示意黼 l c - 2 1 2 憝耪新型的经人工改性的具有朦状结构的硅酸盐类物质， 分数聪敉径达缡涞级( 1 5 - - 3 0 r u r a ) 。终观为自彀羚寒，嬲瑾鼓1 5 溶腔) 为9 l l ，溶液呈巾性至弱碱性，对套管没巍腐蚀燃。使用瓣褥以经裹速分散搅 粹设备琵青l1 5 靛颈溶股，氇冒在懿麓避_ 程巾戳耪辩静形式麓入，瑟者效 莱裙瓣。它荀提麓农 夔体系静融交往，懋浮馥，嫠有爨黪静凌交增稠效皋， 适用予各种水性体系的悬浮稳定箭和流爱助稍。它的结构示意图如图2 1 所示。遮种缩构称为辅米“卡片屋”结构，蹙纳米材料分散程永中尉，片 状层片剥离，形成许多小晶片，离子交换使这些小品片带有电荷，带有电 药豹，j 、晶片曩糖接蓐，小暴露之闽因分子阈力鄢氢键的作用绥会起采，因 北形成绩米“卡片屋”结构。这糖特殊的结构馒体系处予亚稳态，璁是其 宅国体鬏粒东体系串分散鬣囊，达到懋浮癸毅熬要求。舅一穷鬣，分予越 力秘爨键较嚣，在努力势镯露霜下，缝笨“卡片漫”缝构摄磐翳疆破坏， 1 8 中阑石油大学( 华东) 硕士论文第2 奄隔离液体系添加剂的优选 但是在外力消失时又能很快恢复，因此体系呈现出高触变憔。 2 2 3 添熬剡戆蠼筵聚究 ( 1 ) 实验材料：p a m ，c m c ，x c ，l c - 2 1 2 ，重晶石，钻井液。 ( 2 ) 实验方法：将p a m ，c m c ，x c ，l c - 2 1 2 配袋誉强浓度豹零溶液， 分别测定其流变性、和加熏后的悬浮稳定性。 ( 3 ) 实验莰器：六逮旋转鞑嶷诗，毙霪诗，舞逮鬟绺器，串藤失瘩袋， 电子天平。 ( 4 ) 蜜验篦方：各静枣| 糖豹浓度霆斋零蒺量熬吾努数。实验臻锫劳泼为 塔里木油豳现场所用的钻井液类型，配方为： 基浆( p ；1 0 4 9 c m 3 ) 均3 p a m + 1 铵薤+ 3 s d l 0 1 + 3 s d 2 0 2 。 2 2 。4 流变与悬浮稳定性实验优选 优选鹣方法就是配翻餐静耱瓣不两浓发缒承溶液，裁据灞定豹参数毯 来评价其流变性能的好坏，并进行比较选出较好的 一 ( 1 ) 嘲 表2 - lp a m 加量与流变性能关系 聚丙烯酰胺加量， 0 20 4o 5o 81 o 流性指数目 o 7 20 7 8o 7 9o j 8o 8 l 穰度系数量 氇鑫8 & 1 6e 。l le 。2 7龟3 9 塑性粘度m p a $ 91 52 13 1 4 5 动切力，p | 2 5 53 14 15 87 7 3 0 r a i n 失水m l 3 0 02 6 0 测不出测不出测不出 注：失农条搏：滚度为笳，压力淹0 。7 m p a ，时阉为分钝。 表孛称为溅誉塞是掺獭p a m 魉量增糖霉溅失零薅，滚滚会全罄滚窭， 1 9 史堕歪鎏盔堂! 些垄! 堡圭缝塞苎! 茎堕塑蓬竺墨鋈垫型笪垡些 觅法计量失水量。 袭2 - 2羧m 鸯羹量岛惹浮往黥的关系 i 聚丙烯酰胺加量， 0 20 4 0 5o 8 1 o l 沉降稳定彀2 小时)明显分层 嘲照分层明显分谣明驻分层 明显分瓣 由以上表2 。l 和表2 - 2 中的实验数据可以得知，聚丙烯酰胺溶液随着浓 瘦豹增嬲，淀瞧攘数i i 壤燕，宪瓣剪甥攒器往毙羧差，稠度系数增趣豹骧 度也比较大，无降失水的作用，浓度增火时失水量无法控制。虽然溶液粘 发大，毽宅豹悬浮经稳定性较差，燕入少量豹熬震裁立交l 产生明鬣势瑟。 ( 2 ) 纤维索( c m c ) 表2 - 3c i v i c 期董与流交性能豹关系 c i v i c 加爨胱 0 2b 霹”0 。50 $1 0 流性指数n 觚p a s 0 7 80 7 4o 7 2 0 5 80 5 稠度系数肪 0 0 3o 0 s o 1 lo 瑚1 5 堂健糖庭趣p 鑫g s l o 32 22 7 魂甥力艇 1 02 。6 3 。61 1 2l 识4 3 0 m i n 失水m l ，5 7 4 94 0 表2 4c i v i c 加量与悬浮稳定性能的关系 ic m c 加量， o 2o 4o 5o 3 1 o l沉酶稳定性 分层分壤微沉 l( 2 夺时) 臻嚣癸叠甥显分艨 畜浮水有浮农有浮承 注；溶液中加入1 0 0 克蘑晶石后静止放置2 小时观察沉降稳定性。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章隔离液体系添加剂的优选 表2 3 和表2 4 中的实验数据说明，c m c 溶液随着浓度的增加流性指 数减小，说明c m c 溶液具有很好的剪切稀释性，当c m c 加量大于0 5 时，已有一定的悬浮稳定性，且其降失水能力比较好。但是当浓度大于1 时稠度系数大于l ，因为稠度系数对临界排量的影响非常大，现场施工中稠 度系数大于1 后，无法实现紊流排量。所以c m c 的加量不宜大于o 5 。 ( 3 ) 纳米材料( l c 一2 1 2 ) 将纳米材料l c - 2 1 2 配成不同浓度的溶液，测其流变性，在溶液浓度为 o 5 3 的范围内，溶液粘度很低，性质和水相似，加入加重剂产生明显的 分层。单纯加入该种材料后溶液悬浮性能较差，但是它的失水控制能力比 聚丙烯酰胺强，3 的溶液3 0 m i n 失水量为4 0 m l 。但是在和其它降失水剂和 悬浮稳定剂复配使用后能大大增强其它同类外加剂的性能，同时它还是很 好的钻井液稀释剂，稀释能力很强，是良好的流变助剂，在以后的复配实 验中，应对其和其它材料的复配性能进行综合评价。 ( 4 ) 黄原胶( x c ) 表2 - 5x c 加量与流变性能的关系 x c 加量 0 2o 4o 5o 81 o 流性指数n m p a s 0 8 2o 7 9o 7 6o 6 8o 6 稠度系数腩 0 0 2o 0 60 1o 6 31 7 塑性粘度巩m p a s 5 1 1 1 5 2 7 3 0 动切力7 0 p 。 1 23 14 01 3 42 3 3 0 r a i n 失水m l ，4 83 73 12 6 2 l 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章隔离液体系添加剂的优选 表2 - 6x c 的加量与悬浮穗囊佳能酶燕系 lx c 煮， o 20 4 o 50 s 1 0 | l沉降稳定健 明擞分层明显分层明显分层 势瑶馓沉i 2 枣爨嘻) 骞浮水霄浮水i 表2 - 5 秘袭2 - 6 孛熬实验数据说明，在羝瀑袈终下，x c 滚滚髓骜浓度 的增加流往指教减，j 、，懂是交纯幅度不大，谎裙x c 溶液的努留稀释性举 翔c i v i c ，其降失求能力魏较好。篷是港京吴农一定静懋浮稳怒缓嚣孝，溺爱 增加的比较大，因为稠度系数对临界排量的影响非常犬，对实现紊流不利。 2 2 5 对锚并液的稀释性实验优选 隔离液材料除了具有良好的悬浮稳定性和流变性以外，迸要对钻井液 具有缀好豹稀释黪毪，这样褒驱嫠过程中，能霄助予提高对钻井滚的驱耱 效率。以上足釉终热剡中聚露爝皴跛、终维索秘荧原胶本身就是铥势液的 增秸裁帮稿纯翔。焉体隔离滚酶蹭秸麴秘悬浮稳定裁，茭熬入会骥显提舞 钻井液靛粘度鞴动锈力，露新型纳米耪耪l c - - 2 1 2 怒缀姆豹悬浮和滚变瓒 剂和降失水i f ! i 。为了验诞这种纳米材料辩钻井液的稀释效采，下面对箕做 了锋对往实验，结果如袭2 7 所永。 表2 - 7 对钻井液的稀释效粜实验 滚变铰读数 3 0 r a i n l c 加爨 p 。 nk 失水 6 3 2 0 01 0 0 63，搬叛s瓴 m l o 6 94 33 21 944o 6 80 。3 12 68 6 9 6 e 基 4 22 41 81 1 3 20 8 1 n 0 81 8 3 0 7 6 l 。o 3 92 21 71 03 2 o 8 30 0 7 1 7 2 5 6 8 1 5 3 41 91 51 032o 8 4 o 0 51 5 2 0 4 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章隔离液体系添加剂的优选 由表中数据可看出，未混有纳米材料的钻井液的动切力最大，随着掺 混量的增加，动切力越来越小，稠度系数和塑性粘度逐渐减小，说明l c 一 2 1 2 对钻井液有稀释分散作用，可以降低钻井液的塑性粘度和触变性，使之 易于被顶替。此外，随着掺混量的增加，浆体滤失量稍有增加，相对于原 钻井液的滤失量增加幅度很小【4 l 2 3 复配性能研究 要满足隔离钻井液和水泥浆的目的，隔离液密度和流变性须具有一定 的可调性，而单一的材料难以实现，需对多种外加剂进行复配和筛选。通 过不同外加剂之间的化学协同增效作用，使每一种外加剂都能够发挥最大 作用，得到的复配体系能够集几种外加剂的优良性能于一体，具有隔离、 悬浮、调节流变等多种功能。 综合以上实验结果，从流变性能、悬浮稳定性两个角度对新型纳米材 料l c - - 2 1 2 和其他几种外加剂进行复配优选。 ( 1 ) l c - - 2 1 2 与p a m 表2 8l c - - 2 1 2 与p a m 复配性能 流变参数 n u v i l c 一2 1 2重晶石静止2 小时 of 0 肱舶 ，g nk悬浮性 m p a sp , 0 111 0 0o 3 20 2 723 1 明显分层 0 211 0 00 4 40 3 454 6明显分层 0 52 。 1 0 0o 5 3o 5 685 1 明显分层 o ，831 0 0 0 7 0 6 21 69 2 明显分层 由上表可见，l c - 2 1 2 与p a m 复配形成的溶液塑性粘度和动切力偏低， 悬浮稳定性能差。悬浮稳定性差容易导致钻井液和水泥浆隔离失效，不能 加重调节密度，因此难以保证隔离液密度介于钻井液和水泥浆之间，不能 中翻石油大学( 华东) 硕士论文第2 章隔离液体系添加剂的优选 形成三者之间鹩密度和仞力阶梯麓，谗就不能实现顶替避程中依靠密麓惹 和饬力麓来驱替钻井液。 ( 2 ) l c - - 2 1 2 与c m c 复配 表2 - 9l c - - 2 1 2 与c m c 的蔓配链能 流 变参 数 c 秘c毛c 一2 1 2重悬荔转立2 小舛 弘e 腻凰 ，g nx悬浮性 m p a s p , o 。2o 51 0 0o 4 8o 643 。l 裔浮水，徽沉 o 51 01 0 0o 。5 6o 7 2 1 9 6 。l 少量浮水，微沉 0 ，51 5l o 6o 7 82 41 l 。3 无浮永。无撬淀 o 。52 0 1 0 0o 6 5o 82 9 1 3 。8 秃浮水，无沉淀 o 82 。ol o oo 。5 8o + 7 72 9 1 4 8无浮窳，无沉淀 黜绻袋2 - 8 秘袭2 。9 可翔，楣怼予l c - - 2 1 2 毒p a m 复配形成豹溶渡， l c - - 2 1 2 乓c m c 配会使用不但可以增加体系的稠度、悬浮稳定性，在达到 冈徉效果浆翦提下，逐弼以黪低终维索类以及其她增瀵剡和悬浮稳定刹的 热量。 ( 3 ) l c - - 2 1 2 与x c 笈粼 袭2 1 0l c - - 2 1 2 岛x c 豹复配性能 流受参数 x cl c 2 1 2踅晶石静止2 h 声。 黼搦 瑰 nk悬浮性 m p a s ，掀 0 5 e 。5l 0 6 50 0 6 4 1 5 挽淀 l o sl o o 0 ，6 6o 。1 6 l l 4 ，l 沉淀 2l 奄1 0 0 0 6 6o + 4 22 9 l o 7 徽沉 31 o1 0 0 o 6 2o 9 64 72 1 0 无沉淀 42 奄l o 爵 0 6 3l + 2 06 32 7 1 茺沉淀 中国石油大学( 华东) 硕十论文第2 章隔离液体系添加剂的优选 x c 与纳米材料复配后，悬浮稳定性比较容易实现，但是在密度很低的 情况下稠度已达到很高，甚至稠度系数超过l ，这时溶液的流变性已经很差。 而且x c 与纳米材料复配溶液对钻井液不具有稀释特性，相反会增加钻井 液的粘度使钻井液的流动性变差。 通过以上l c - - 2 1 2 与p a m ，l c 一2 1 2 与c m c ，l c 一2 1 2 与x c 的复 配实验，对实验结果进行对比分析可以得出：l c - - 2 1 2 与c m c 复配具有很 好的协同增效性，它们的溶液具有良好的流变性和悬浮稳定性，而且能够 对钻井液有一定的稀释作用，所以确定隔离液的基本组成为纳米材料 l c 2 1 2 、羟丙基纤维素和重晶石。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章隔离液体系饿能设计及评价 第3 肇隔离液体系性熊设计及评价 在注水泥设计中，遇过对隔离液的流变谯( 粘度、切力、斌服值) 、密 发以及顶替的流型( 素流、寒流，或有效层濂) 设誊于，使它猩鹱替铱井液 骢过程中更好得起到隔离、缓冲、携带冲刷搏的泥饼的作用，从而提高水 泥浆豹繇替效率，傻嫩混与她滋、套罄都能蠢效地胶缡，达到撬裹弱井质 爱戆穆霜。蕊离液戆袈磺牲筑在驱磐过程孛熬像用鲡豳3 - i 联承。图孛； f l ；是铱井液与豢管之两的拖竞力： 鞭：是锯弗液与井魏之瓣韵拖曳力； f 3 ；是隔离液与钻井液乏闻的拖曳力； f 4 ：是隔离液与钻井液糍度差产生的浮力； f 5 ：是避动的隔离液给予钻井液的向上的驱动力。 隧3 - i 环空顶替力的留解 感瀚可以卷出，f l 攀日f 2 这疆秘力郝是以摩擦阻力的方式出现，阻碍钻 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章隔离液体系性能设计及评价 井液的被清除，影响他们大小的因素主要是井壁或管壁的粗糙度和钻井液 静切力的大小。f 3 、f 4 、f 5 都是作为动力的方式存在的，f 3 的大小主要 和钻井液与隔离液之问的切力差有很大的关系，提高差值能有效提高顶替 钻井液的效率。f 4 的大小主要受隔离液与钻井液之间的密度差的影响，隔 离液密度越高对钻井液清除效果越好。f 5 是一种惯性力，受隔离液的流型 和流速的影响。因此隔离液的设计就是以此为根据，要尽量增大驱动过程 中的动力作用，降低阻力作用，提高顶替效掣”】。 3 1 隔离液的设计 设计准则：按照测定水泥浆的流变性实验方法测定隔离液的流变性能， 并依据水泥浆的顶替流型，确定使用的隔离液的类型，当完成容量计算后， 在井眼环空组成的钻井液、隔离液、水泥浆中，在已设计选定的排量条件 进行流动计算和压力平衡设计r 1 2 1 【16 ，m 。现场设计方法流程图如图3 1 所示： 室内对隔离液的性能设计内容一般包括 2 1 ： ( 1 ) 先测定钻井液与水泥浆的密度流变参数。 ( 2 ) 确定隔离液的密度，隔离液的密度应尽可能达到成= 圭( “+ 成) ， z 至少应满足几 岛 成。 ( 3 ) 确定隔离液的流变性能( 旋转粘度计在1 0 0 转分钟时的读数) ， 应尽可能满足：妒。 丸 m 主( 1 协1 4 妒1 3 3 9 e m ， 鸯隔离滚缡米材料辩绎缀素热爨熬线哥褥密度必1 3 3g l c m 豹黼离滚 l c - 2 1 2 鹣擞璧终3 ，绎缨索热量为o 。4 。 辩镪6 0 0 r a l 隔离液器簧基液的傣积为； v t , r = 6 。专；舞2 s 4 5 m l 黻夔裁煞蟹为： m b = ( 6 0 0 - 5 4 5 ) 4 6 = 2 5 3 9 需要求豹鼹： 4 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章隔离液与钻井液和水泥浆的相容性研究 丽彘 一： 丝 ：5 2 7m l 0 3 ) o + 0 0 0 4 + 0 0 3 ) l c 2 1 2 加量为：5 2 7 0 0 3 = 1 5 8 9 纤维素的加量为：5 2 7 x 0 0 0 4 = 2 1 9 所以隔离液的组成为：水5 2 7 m 1 + l c - 2 1 2 ，1 5 8 克+ 纤维素c m c ，2 1 克+ 重晶石，2 5 3 克。 配制隔离液：加入5 2 7 m i 水到浆杯中，加入纤维素c m c 2 1 克在搅拌 状态下加入纳米材料l c - 2 1 2 ，1 5 8 克，以1 0 0 0 转，分钟的转数搅拌3 0 分钟， 加入重晶石2 5 3 克，继续搅拌3 0 m i n 。 该隔离液的设计过程中，它的密度1 3 3 9 c m 3 是依据见= 妻( 岛+ 见) 这一公式的计算值来的，当然能符合几 6 6 0 ( 1 0 1 3 c 1 5 0 0 ( 9 b c ) 实验添寝；7 5 c 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章隔离液与钻井液和水泥浆的相容性研究 由以上表中的5 、2 5 以及5 0 隔离液对水泥浆稠化时间的影响表 明：隔离液体系对水泥浆体系稠化时间延长，嘉华0 级水泥原浆的稠化时 间是4 5 1 分钟，。加入5 隔离液后混浆的稠化时间延长，稠度到1 0 b c 的时 间已经是4 8 5 分钟，已经超过了原浆稠化时间。2 5 隔离液的混浆的稠度到 1 0 b c 的时间已经超过5 0 0 分钟，更是大大超过了原浆的稠化时间，并且在 水泥浆掺混了隔离液后，混浆在整个稠化过程中没有发生异常现象如闪凝 等不良反应。在注水泥过程中不会发生骤凝、憋泵等事故，有利于提高固 井质量【1 3 】。 同样对于阿克苏水泥浆体系也是如此。 综合以上实验结果，可以得出隔离液与两种钻井液体系、两种水泥浆 体系具有良好的流变相容性，能够稀释钻井液，降低钻井液的粘度和切力， 使其在注水泥过程中易于被驱替。能够改善水泥浆的流动性，减少其失水 量，而且不会缩短水泥浆的稠化时间。只是对水泥石的强度有所降低。 中凰石油大学( 华承) 硕士论文 第5 章多功能隔离波性能评价 第5 章多功能隔离液的实验研究 在长裰受箨袋豹弱菸遥翟中，由予承漉浆柱形袋静液挫嚣力避大袋者 她鼷压力较低，她艨本身魏渗遴搴鞍蹇，极易造成豳势过稷中豹势潺翘题。 霜井井漏造成购愈果1 2 砖： ( 1 ) 水混沤裔不够，未能按浚诗安袋豺鼹缝瑟# ( 2 ) 造成环空流遴下降，影噙顶替效率，胶缭度鳖下降： ( 3 ) 影赜水混坪质黧，产朦与永层豹层间嚣鬻； ( 4 ) 水泥浆漏失捌产层，对产层产生损熹； ( 5 ) 油气芬失控。 爨以应当在姆井溅阀蹶她理好后，才进行固势作业。西则农圃势设计 苟旌工时，要提供稠成鲍防潺和滔灞授米措施。研究蔽霞隔离液静功能上 翁掰改变，形戏种豫了鬃饔常规隔离液性能癸遂具密蟪漶终蹦黝多动能 黼离液体系。 s 。 堵漏材料 堵潺材料是键并奠骥防漏堵灞过稳中必不可少的物质基础，嗣内外的 瞎演牵| 辩燕静摄多，依援箕俸用杌理可褥需用的墙满李手糕分为六大类，静： 耩接绪潺材料、离失墩堵瀵材料、誓堵材料、化学堵潺搴蓐料、纛枫胶凝壤 漏材料鞫较( 硬) 塞类墙潺材料黼。 ( 1 ) 辑绞磺游材耪 也称为惰性材辑。桥接堵漏褙籽封堵浠失罄游过稷审瘸子梳械堵豢，箕 俸羯骤霪怒；囊鞭粒拔糕料在透过她瑟灞失通道黠能程狭窄部谴产生架掭， 然后浆液中的纤维状材料片状材料，在压差作用下，对架桥中的小孔隙进 行瞎塞从而达到堵漏错静。一般纛用予浅著瑟严藿潺失翁笄，瓣子深弗稷 渗透性溜失效果零好。 5 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章多功能隔离液性能评价 ( 2 ) 高失水堵漏材料 高失水堵漏剂是近几年发展起来的新型堵漏材料，种类较多，但作用 机理大同小异，主要包括硅藻土、碎纸屑、石灰等。 其作用机理是：堵剂配成的浆液进入漏失层段后在液柱压力和地层压 力的压差作用下，迅速失水，浆液中的固相成分聚集变稠，形成滤饼，继 而压实，填塞漏失通道，达到减缓漏失的效果。该种材料在井壁上形成的 滤饼比较厚，对固井质量有不良影响。 ( 3 ) 无机胶凝材料 该类材料为水泥、石膏及石灰的混合浆液，其中以水泥为主。 其堵漏原理是：将水泥浆泵送至漏失层一定时间候凝，水泥浆凝固后 具有一定的强度，与地层胶结为一体，堵塞漏失通道，达到堵漏目的。 该方法要求明确漏失层的位置及特征，施工用的水泥浆密度高，水泥 浆量计算要准确，虽然堵漏成功率高，成本低，但风险性较大，尤其不适 于固井前的长裸眼段的堵漏。 ( 4 ) 化学堵漏材料 目前，化学堵漏材料已经成为解决不同类型井漏的基本手段之一，主 要是以聚合物和聚合物一无机胶凝物质为基础的堵漏处理剂，大致分为三 类：一是高分子化合物；二是无机胶凝物质和高分子化合物混合而成的物 质；三是以泥浆为基础加入各种固化剂所形成的堵漏体裂蚓。 5 2 堵漏剂的实验研究 本章实验首先在对适用于塔里木油田长封固段固段井的隔离液体系进 行研究基础上。对堵漏剂进行优选，筛选出易操作、施工时间短、堵漏能 力强的凝胶堵漏体系；通过将堵漏剂隔离液成分的复配实验，形成一种具 有多功能的前置液体系；最后对防漏堵漏的效果进行评价。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章多功能隔离液性能评价 实验所选用的是一种化学凝胶堵剂，它在采油工程中一般用作堵水调 剖堵剂，基本组成成分为：丙稀酰胺( a m ) + 引发剂( a p ) + 速率控制剂( s d f ) + 交联剂( m b a m ) ：其作用原理是：利用高分子材料和交联剂发生化学反应， 形成一种体形结构的，具有一定的弹性，且与岩石有较强粘附作用的凝胶 体，使溶液成为具有高度粘弹性的水基高分子凝胶，通过增大在漏失通道 中的流动阻力或堵塞漏失通道起到堵漏的作用。它与水泥、桥接等堵漏材 料相比，凝胶具有良好的粘弹性，具有独特的压实性和再建性，具备堵塞 各种漏失通道的能力伫7 】 靼棚w唧，p 矗度( ) 图5 - 1 堵剂溶液和清水的粘温曲线图 实验测得该堵剂的粘温曲线如图6 一l ，由图可以看出该堵剂的水溶液粘 度很小，2 5o c 时的粘度为1 0 4 m p a s ，流动性能近似于水，保证了在泵送 过程中具有良好的可泵性能。用该堵剂溶液作为隔离液的配浆水，与隔离 液进行复配形成具有堵漏功能的隔离液，在成胶前隔离液的流变性与用水 配制的隔离液流变性一样。既具有常规隔离液的性能，又能实现固井l i i 堵 漏的作用。 5 2 1 实验仪器与实验方法 5 2 1 1 实验仪器 ”伸 t譬v基# 中国石油犬学( 华东) 硕士论文第5 章多功能隔离液性能评价 温度计，烧杯，量筒，试管，养护釜，堵漏模拟实验仪。 5 2 1 。2 实验方法 对该堵剂的成胶时间，凝胶强度以及影响因素( 温度、浓度) 等进行 实验