CN109652044A - 一种复合固井前置液体系及其冲洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合固井前置液体系及其冲洗方法，包括交替泵入的酸性冲洗液、化学冲洗液和隔离液。酸性冲洗液中的酸可与井壁钻井液泥饼中碳酸钙反应生成钙离子及二氧化碳气体，分解泥饼中碳酸钙颗粒从而使泥饼松散易于冲洗剥离，同时反应生成的钙离子可促进水泥浆水化反应，从而进一步提高二界面胶结质量。酸性冲洗液中表面活性剂有利于提高对界面的清洗和冲刷作用，改善界面的润湿性能，增加对井壁泥饼的渗透作用，使井壁虚泥饼易于冲洗剥落。化学冲洗液用于清除井壁油膜，隔离钻井液和酸性冲洗液避免酸性冲洗液对钻井液造成污染。隔离液有效隔离水泥浆和酸性冲洗液。同时隔离液可承载泥饼中剥离的碳酸钙和黏土颗粒，保障固井施工安全。
Description
技术领域
本发明属于油气井固井技术领域，具体涉及一种复合固井前置液体系及其冲洗方法。
背景技术
在石油钻井工艺过程中，泥饼是在滤失过程中，钻井液的自由水进入地层，钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成的。在钻井完成后，残留钻井液和泥饼会影响固井过程中水泥环与套管和井壁的胶结强度。
在固井工程中，套管串和水泥浆之间的界面成为第一界面，水泥浆和井壁之间的界面成为第二界面。导致固井二界面胶结质量不好的主要原因是井壁和水泥环间存在未被顶替干净的钻井液以及滤饼，其不能与固井时注入的水泥浆实现整体固化胶结。即只要有钻井液、滤饼存在，不管多薄，水泥石环与井壁之间都可能形成微间隙，导致固井二界面胶结强度下降，给地下油、气、水等流体提供窜流的通道。研究表明，地下流体窜流的通道主要是固井二界面，且已被油田实践所证实。因此，影响固井二界面封隔失效的主要因素是钻井液、滤饼的存在，使油井水泥-泥饼-地层相互之间不能实现整体固化，从而引起固井界面胶结强度严重降低。
冲洗液通常是在水中加入表面活性剂、氧化剂或用钻井液稀释混配而成，然而传统的冲洗液对钻进液泥饼的冲刷能力弱，无法高效的将井壁上的钻井液清洗干净，对井壁上所形成的薄而韧且致密的泥饼更是无法有效清除。针对以上问题，已有许多新型的冲洗液体系面世。CN104449621A公开了一种高效固井冲洗液体系，其由如下组分组成：水100份、纤维材料0.2～0.8份，氧化性物质1.6～8.0份，聚合物0.3～1.5份，加重剂0～120份，盐2.3～9.7份，有机酸0.5～7.2份，稳定剂2.0～10份，分散剂0～0.6份。该冲洗液中的氧化性物质可以促进泥饼中的有机聚合物发生降解，从而有效降低钻井液粘度和滤饼结构强度，有利于提高冲洗效率；但泥饼中固相颗粒紧密堆积阻碍了氧化物质对有机聚合物的分解，而且冲洗液中有机酸与泥饼中碳酸钙反应生成不容物阻碍了冲洗液对泥饼中固相颗粒分解。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合固井前置液体系，提高二界面胶结质量。
本发明的另一个目的在于提供一种复合固井前置液体系的冲洗方法，可对泥饼中碳酸钙颗粒进行有效分解，从而提高冲洗效率。
本发明提供的技术方案如下：
一种复合固井前置液体系，包括交替泵入的酸性冲洗液、化学冲洗液和隔离液。
所述酸性冲洗液由以下重量百分比的组分组成：阴离子表面活性剂4-10%，盐酸8-30%，无机盐5-10%，余量为水，其中，盐酸的质量浓度为10-36%。
所述化学冲洗液由以下重量百分比的组分组成：表面活性剂3-10%，无机盐5-10%，泥浆稀释材料3-7%，余量为水。
所述隔离液由以下重量份数的组分组成：水52-69份，稳定材料 1-3份，石灰石粉30-45份。
所述表面活性剂为C8~10烷基酚聚氧乙烯醚、仲烷基硫酸钠中一种或两种。
所述无机盐为FeSO4 、醋酸钠、KCl中的一种或几种。
所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
所述泥浆稀释材料为磺化沥青、磺化栲胶、聚萘甲醛磺酸钠盐中的一种或几种。
所述稳定材料为羟乙基纤维素或黄原胶中的一种或两种。
一种复合固井前置液体系的冲洗方法，包括以下步骤：
步骤1）泵入化学冲洗液，使化学冲洗液在紊流状态下与井壁接触，所述接触的时间为2-3min；
步骤2）泵入酸性冲洗液，使酸性冲洗液在紊流状态下与井壁接触，所述接触的时间为2-3min；
步骤3）泵入隔离液，使隔离液在紊流状态下与井壁接触，所述接触的时间为2-3min；
步骤4）按步骤1）、2）、3）依次循环入三种液体2-3次。
本发明的有益效果是：
（1）酸性冲洗液中盐酸可与井壁钻井液泥饼中碳酸钙反应生成钙离子及二氧化碳气体，分解泥饼中碳酸钙颗粒从而使泥饼松散易于冲洗剥离，同时反应生成的钙离子可促进水泥浆水化反应，从而进一步提高二界面胶结质量。其中表面活性剂有利于提高对界面的清洗和冲刷作用，改善界面的润湿性能，增加对井壁泥饼的渗透作用，使井壁虚泥饼易于冲洗剥落。
（2）化学冲洗液中阴离子表面活性剂可有效清除井壁油膜；钻井液稀释材料可以改善钻井液流动性，提高钻井液顶替效率。同时化学冲洗液可以隔离钻井液和酸性冲洗液避免酸性冲洗液对钻井液造成污染。
（3）隔离液中碳酸钙颗粒可对疏松泥饼进行有效冲刷，稳定材料中高分子聚合物对井壁泥饼的吸附作用在冲洗过程中拖拽拉力可提高虚泥饼冲洗效率，有效隔离水泥浆和酸性冲洗液。同时隔离液可承载泥饼中剥离的碳酸钙和黏土颗粒，保障固井施工安全。
（4）三种液体交替注入，协同作用下逐层清除井壁泥饼，提高冲洗效率，保障环空水泥环完整性。
该复合固井前置液体系适用于温度为30-120℃的钻井液为碳酸钙体系油气井固井作业，在不改变常规固井施工工艺的前提下，对井壁泥饼有效清除，提高了界面胶结强度及固井环空的完整力学密封性，其应用前景良好。
下面将做进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供了一种复合固井前置液体系，包括交替泵入的酸性冲洗液、化学冲洗液和隔离液。
为了加强对储层保护，减少钻井液对地层污染，一般完井钻井液采用碳酸钙作为加重材料，所以泥饼中主要骨架材料为碳酸钙颗粒和黏土。本发明采用酸性冲洗液对泥饼中碳酸钙颗粒进行有效分解，从而提高冲洗效率。
酸性冲洗液中的酸可与井壁钻井液泥饼中碳酸钙反应生成钙离子及二氧化碳气体，分解泥饼中碳酸钙颗粒从而使泥饼松散易于冲洗剥离，同时反应生成的钙离子可促进水泥浆水化反应，从而进一步提高二界面胶结质量。酸性冲洗液中表面活性剂有利于提高对界面的清洗和冲刷作用，改善界面的润湿性能，增加对井壁泥饼的渗透作用，使井壁虚泥饼易于冲洗剥落。
化学冲洗液用于清除井壁油膜，隔离钻井液和酸性冲洗液避免酸性冲洗液对钻井液造成污染。隔离液有效隔离水泥浆和酸性冲洗液。同时隔离液可承载泥饼中剥离的碳酸钙和黏土颗粒，保障固井施工安全。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种复合固井前置液体系，所述酸性冲洗液由以下重量份数的组分组成：阴离子表面活性剂4-10%，盐酸8-30%，无机盐5-10%，余量为水，其中，盐酸的质量浓度为10-36%。
其中，盐酸可与井壁钻井液泥饼中碳酸钙反应生成钙离子及二氧化碳气体，分解泥饼中碳酸钙颗粒从而使泥饼松散易于冲洗剥离，同时反应生成的钙离子可促进水泥浆水化反应，从而进一步提高二界面胶结质量。面活性剂有利于提高对界面的清洗和冲刷作用,改善界面的润湿性能，增加对井壁泥饼的渗透作用，使井壁虚泥饼易于冲洗剥落。
实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种复合固井前置液体系，所述化学冲洗液由以下重量份数的组分组成：表面活性剂3-10%，无机盐5-10%，泥浆稀释材料3-7%，余量为水。
其中，阴离子表面活性剂可有效清除井壁油膜；泥浆液稀释材料可以改善钻井液流动性，提高钻井液顶替效率。同时化学冲洗液可以隔离钻井液和酸性冲洗液避免酸性冲洗液对钻井液造成污染。
实施例4：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种复合固井前置液体系，所述隔离液由以下重量份数的组分组成：水52-69份，稳定材料 1-3份，石灰石粉30-45份。
其中，隔离液中碳酸钙颗粒可对疏松泥饼进行有效冲刷，稳定材料中高分子聚合物对井壁泥饼的吸附作用在冲洗过程中拖拽拉力可提高虚泥饼冲洗效率，有效隔离水泥浆和酸性冲洗液。同时隔离液可承载泥饼中剥离的碳酸钙和黏土颗粒，保障固井施工安全。
实施例5：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种复合固井前置液体系，所述酸性冲洗液由以下重量百分比的组分组成：表面活性剂4%，质量浓度为10%的盐酸8%，无机盐5%，余量为水。
配制酸性冲洗液：将配方量的水加到搅拌浆杯中，在每分钟4000转的速度下，依次将配方量的表面活性剂和盐酸、无机盐加入搅拌浆杯中；在每分钟4000转的速度下，搅拌40s～50s，完成酸性冲洗液的制备。
所述化学冲洗液由以下重量百分比的组分组成：阴离子表面活性剂3%，无机盐5-10%，泥浆稀释材料3-7%，余量为水。
配制化学冲洗液：将配方量的水加到搅拌浆杯中，在每分钟4000转的速度下，依次将配方量的阴离子表面活性剂和泥浆稀释材料、无机盐加入搅拌浆杯中；在每分钟4000转的速度下，搅拌40s～50s，完成化学冲洗液的制备。
所述隔离液由以下重量份数的组分组成：水52-69份，稳定材料 1-3份，石灰石粉30-45份。
配制隔离液：将配方量的水加到搅拌浆杯中，在每分钟4000转的速度下，将配方量的稳定材料缓慢加入浆杯中，在每分钟4000转的速度下，搅拌120s，静置1h后在每分钟4000转的速度下加入配方量的石灰石粉，在每分钟4000转的速度下，搅拌60s完成隔离液的制备。
该复合固井前置液体系适用于温度为30-120℃的钻井液为碳酸钙体系油气井固井作业，在不改变常规固井施工工艺的前提下，对井壁泥饼有效清除，提高了界面胶结强度及固井环空的完整力学密封性，其应用前景良好。
实施例6：
本实施例提供了一种复合固井前置液体系，所述酸性冲洗液由以下重量百分比的组分组成：表面活性剂7%，质量浓度为15%的盐酸18%，无机盐8%，水67%。
其中，表面活性剂为非离子表面活性剂C8~10烷基酚聚氧乙烯醚，无机盐为FeSO4。
配制酸性冲洗液：将配方量的水加到搅拌浆杯中，在每分钟4000转的速度下，依次将配方量的表面活性剂和盐酸、无机盐加入搅拌浆杯中；在每分钟4000转的速度下，搅拌40s～50s，完成酸性冲洗液的制备。
所述化学冲洗液由以下重量百分比的组分组成：阴离子表面活性剂7%，无机盐8%，泥浆稀释材料5%，水80%。
其中，阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，无机盐为KCl，泥浆稀释材料为磺化沥青、磺化栲胶、聚萘甲醛磺酸钠盐的混合物，质量比为1:1:1。
配制化学冲洗液：将配方量的水加到搅拌浆杯中，在每分钟4000转的速度下，依次将配方量的阴离子表面活性剂和泥浆稀释材料、无机盐加入搅拌浆杯中；在每分钟4000转的速度下，搅拌40s～50s，完成化学冲洗液的制备。
所述隔离液由以下重量份数的组分组成：水66份，稳定材料 2份，石灰石粉32份。
其中，稳定材料为羟乙基纤维素（4,500-6,500mPa.s/ 25℃时2%的水溶液）。
配制隔离液：将配方量的水加到搅拌浆杯中，在每分钟4000转的速度下，将配方量的稳定材料缓慢加入浆杯中，在每分钟4000转的速度下，搅拌120s，静置1h后在每分钟4000转的速度下加入配方量的石灰石粉，在每分钟4000转的速度下，搅拌60s完成隔离液的制备。隔离液密度1.25g/cm3。
实施例7：
本实施例提供了一种复合固井前置液体系，所述酸性冲洗液由以下重量百分比的组分组成：表面活性剂5%，质量浓度为30%的盐酸12%，无机盐5%，水78%。
其中，表面活性剂为阴离子表面活性剂仲烷基硫酸钠，无机盐为FeSO4、醋酸钠、KCl的混合物，质量比为1:1:1。
酸性冲洗液配制过程同实施例6。
所述化学冲洗液由以下重量百分比的组分组成：阴离子表面活性剂7%，无机盐8%，泥浆稀释材料5%，水80%。
其中，阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，无机盐为醋酸钠，泥浆稀释材料为磺化沥青。
化学冲洗液配制过程同实施例6。
所述隔离液由以下重量份数的组分组成：水66份，稳定材料 2份，石灰石粉32份。
其中，稳定材料为黄原胶（上海迈瑞尔化学技术有限公司生产）。
隔离液配制过程同实施例6。
实施例8：
本实施例提供了一种复合固井前置液体系的冲洗方法，包括以下步骤：
步骤1）泵入化学冲洗液，使化学冲洗液在紊流状态下与井壁接触，所述接触的时间为2-3min；
步骤2）泵入酸性冲洗液，使酸性冲洗液在紊流状态下与井壁接触，所述接触的时间为2-3min；
步骤3）泵入隔离液，使隔离液在紊流状态下与井壁接触，所述接触的时间为2-3min；
步骤4）按步骤1）、2）、3）依次循环入三种液体2-3次。
室内实验：
按照国家标准 GB/T 16783.1-2012“钻井液现场测试第 1 部分：水基钻井液”在80℃、3.5MPa 条件下进行水基钻井液 30 分钟滤失实验，然后取下水基钻井液所形成的滤饼，并用橡皮筋小心地将滤饼固定在旋转粘度计外筒上，在泥饼上附着一层原油，并对旋转粘度计外筒和滤饼总质量进行称重M1。
采用旋转粘度计转速 600r/min 温度80℃条件下分别采用实施例6和实施例7的复合固井前置液体系进行模拟冲洗，实施例6各种液体清洗时间见表1，冲洗后静置1分钟对旋转粘度计外筒和滤饼总质量进行称重M2。分别评价固井冲洗液在一定温度条件下对水基钻井液滤饼的清洗效率。试验结果见表 1。
清洗效率用以下公式进行计算：
A=（M1-M2）*100/（M1-M0）
式中A为清洗效率；M0为转筒和润湿滤纸重量；M1为转筒和带滤饼滤纸重量；M2为清洗后转筒和带滤饼滤纸重量。
表1 冲洗方案及清洗效率
实施例7的复合固井前置液体系采用旋转粘度计转速 600r/min 在不同温度条件下进行模拟冲洗，各种液体冲洗时间及顺序为化学冲洗液3min、酸性冲洗液3min、隔离液2min、化学冲洗液2min、酸性冲洗液2min、隔离液2min、化学冲洗液2min、酸性冲洗液2min、隔离液3min，冲洗后静置1分钟对旋转粘度计外筒和滤饼总质量进行称重M2。分别评价固井冲洗液在一定温度条件下对水基钻井液滤饼的清洗效率。试验结果见表 2。
表2 冲洗方案及清洗效率
实施例9：
厄瓜多尔TMBAxx井现场应用实施例5的复合固井前置液体系，注入顺序如下：
1、化学冲洗液与井壁接触时间：2min；
2、酸性冲洗液与井壁接触时间：3 min；
3、隔离液与井壁接触时间：2 min；
4、化学冲洗液与井壁接触时间：3 min；
5、酸性冲洗液与井壁接触时间：3 min；
6、隔离液与井壁接触时间：3 min；
7、化学冲洗液与井壁接触时间：2 min；
8、酸性冲洗液与井壁接触时间：2 min；
9、隔离液与井壁接触时间：2 min。
裸眼段CBL测井声幅值小于8%，固井质量优质。
由以上实施例可看出，本发明的复合固井前置液体系能够在较短时间内将水基钻井液或钻井液滤饼清洗干净，具有高效的冲洗效率，可有效防止固井二界面产生微间隙，提高二界面胶结质量和水泥环完整性。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (10)
1.一种复合固井前置液体系，其特征在于：包括交替泵入的酸性冲洗液、化学冲洗液和隔离液。
2.根据权利要求1所述的一种复合固井前置液体系，其特征在于，所述酸性冲洗液由以下重量百分比的组分组成：表面活性剂4-10%，盐酸8-30%，无机盐5-10%，余量为水，其中，盐酸的质量浓度为10-36%。
3.根据权利要求1所述的一种复合固井前置液体系，其特征在于，所述化学冲洗液由以下重量百分比的组分组成：阴离子表面活性剂3-10%，无机盐5-10%，泥浆稀释材料3-7%，余量为水。
4.根据权利要求1所述的一种复合固井前置液体系，其特征在于，所述隔离液由以下重量份数的组分组成：水52-69份，稳定材料 1-3份，石灰石粉30-45份。
5.根据权利要求2所述的一种复合固井前置液体系，其特征在于：所述表面活性剂为C8~10烷基酚聚氧乙烯醚、仲烷基硫酸钠中一种或两种。
6.根据权利要求2或3所述的一种复合固井前置液体系，其特征在于：所述无机盐为FeSO4 、醋酸钠、KCl中的一种或几种。
7.根据权利要求3所述的一种复合固井前置液体系，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
8.根据权利要求3所述的一种复合固井前置液体系，其特征在于：所述泥浆稀释材料为磺化沥青、磺化栲胶、聚萘甲醛磺酸钠盐中的一种或几种。
9.根据权利要求4所述的一种复合固井前置液体系，其特征在于：所述稳定材料为羟乙基纤维素或黄原胶中的一种或两种。
10.根据权利要求1所述的一种复合固井前置液体系的冲洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）泵入化学冲洗液，使化学冲洗液在紊流状态下与井壁接触，所述接触的时间为2-3min；
步骤2）泵入酸性冲洗液，使酸性冲洗液在紊流状态下与井壁接触，所述接触的时间为2-3min；
步骤3）泵入隔离液，使隔离液在紊流状态下与井壁接触，所述接触的时间为2-3min；
步骤4）按步骤1）、2）、3）依次循环入三种液体2-3次。
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