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川东北高温高密度钻井液的固井水泥污染及处理

王俊祥 胡俊辉 王长勤 罗亚飞 刘杨康

王俊祥,胡俊辉,王长勤,等. 川东北高温高密度钻井液的固井水泥污染及处理[J]. 钻井液与完井液,2025,42(3):386-391 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.015
引用本文: 王俊祥,胡俊辉,王长勤,等. 川东北高温高密度钻井液的固井水泥污染及处理[J]. 钻井液与完井液,2025,42(3):386-391 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.015
WANG Junxiang, HU Junhui, WANG Changqin, et al.Contamination of high density drilling fluid at high temperature and handling thereof in northeast Sichuan[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(3):386-391 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.015
Citation: WANG Junxiang, HU Junhui, WANG Changqin, et al.Contamination of high density drilling fluid at high temperature and handling thereof in northeast Sichuan[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(3):386-391 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.015

川东北高温高密度钻井液的固井水泥污染及处理

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.015
详细信息
    作者简介:

    王俊祥,工程师,硕士,1992年生,毕业于长江大学石油与天然气工程专业,现在从事钻井液技术研究工作。电话 15038515350;E-mail:995084727@qq.com

  • 中图分类号: TE256.6

Contamination of High Density Drilling Fluid at High temperature and Handling thereof in Northeast Sichuan

  • 摘要: 川东北普光毛坝区块、通南巴马3区块、元坝区块等区块施工钻井液密度高,高密度钻井液扫塞期间受固井水泥污染后普遍出现高温稠化、固结等现象,由于污染机理不明确、缺乏有效的处理手段,通常需要较高比例的置换新浆,处理周期长、费用高。通过模拟实验简要分析验证了固井水泥对高温高密度钻井液的污染机理,结果表明:污染的主要原因一是污染后钻井液的pH值过高,导致钻井液高温增稠;二是固井水泥中的一些添加剂侵入钻井液后高温固结,吸附大量自由水导致钻井液增稠。针对污染机理,优选出聚合铝防塌剂AOP-1做为一种高效的高密度水基钻井液固井水泥污染处理剂,并成功应用四井次。现场应用效果表明,AOP-1针对高温高密度水基钻井液固井水泥污染具有良好的处理效果,避免了污染之后大量置换钻井液,提高了处理效率。

     

  • 图  1  2%聚合铝溶液与0.75%烧碱溶液pH值随烧碱加量变化图       

    图  2  密度为2.25 g/cm3水泥浆的稠化曲线(140℃×150MPa×60 min,稠化时间为640 min)   

    图  3  加入2%聚合铝后水泥浆的稠化曲线(稠化时间为280 min)   

    表  1  2021~2022年川东北施工高密度水基钻井液固井水泥污染损失统计

    井号 开次 污染情况 处理过程 损失周期/
    d
    处理费用/
    万元
    元坝X井 三开
    中途完钻
    四开中途完钻扫塞期间钻井液被隔离液混浆及水泥污染,严重增稠,前两次声幅测井均不到底,第二次通井后新配钻井液90 m3封闭尾管段后测声幅成功。 新配密度1.80 g/cm3钻井液90 m3封闭井底,测声幅成功,五开开钻前置换密度1.80 g/cm3钻井液70 m3,并全井加入5%抗温材料后恢复正常。 5.35 37.5
    马X井 完井作业 完井尾管固井后扫塞期间钻井液水泥污染,高温老化后固结,不满足试气要求。 240 m3密度2.30 g/cm3试气钻井液全部重新配制。 60
    先探X井 完井作业 尾管固井侯凝期间隔离液混浆污染高密度钻井液,导致钻井液固结后卡钻。 倒扣后套铣打捞落鱼钻具,期间置换密度2.52 g/cm3钻井液80 m3 52.73 54
    元深X井 二开
    中途完钻
    二开固井时钻井液水泥污染,电测遇阻,钻井液密度2.42 g/cm3,通井处理水泥污染时,返出钻井液呈膏状,失去流动性。 现场试验各类材料均未起到良好的处理效果,新配钻井液750 m3置换全井钻井液处理。 4.71 312.62
    马X井 三开
    中途完钻
    三开中途完钻尾管固井期间尾管内胶塞未正常下行,导致尾管内钻井液与水泥混窜严重,导致钻井液严重污染, 120℃老化后失去流动性。 测声幅前新配密度2.12 g/cm3钻井液42 m3置换至井底,扫塞期间新配密度2.12 g/cm3钻井液75 m3置换入井,合计置换117 m3 29.25
    平均 12.56 98.67
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    表  2  元深X井三开扫塞期间污染浆纯碱处理验证

    实验方案 实验条件 AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    扫塞污染浆 60℃  77.0 49 28.0 8.5/25.5
    +0.2%Na2CO3 60℃ 86.0 60 26.0 7.0/24.5
    +0.3%Na2CO3 60℃ 92.0 57 35.0 19.0/
    +0.5%Na2CO3 150℃、16 h 95.0 47 48.0 30.0/
    +0.5%SMT+0.5%SMC+0.25%NaOH 150℃、16 h 125.5 77 48.5 25.0/
    +0.5%SMT+1%KJ-4+0.25%NaOH 150℃、16 h 93.0 53 40.0 27.0/
    +0.5%Na2CO3+0.5%SMT+1%KJ-4+0.25%NaOH 150℃、16 h 80.0 52 28.0 17.5/
     注:钻井液密度为2.14 g/cm3,热滚前后测量温度均为60℃。
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    表  3  元深X井四开井浆不同pH值的性能(180℃、16 h)

    实验方案 AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    pH
    井浆 37.0 31 6.0 2.5/16.0 11
    井浆+0.3%NaOH 31.0 29 2.0 1.0/9.0 13
    井浆+1%NaOH 55.5 37 18.5 23.0/27.0 >14
     注:钻井液密度为2.13 g/cm3
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    表  4  固井添加剂对元深X井四开钻井液性能的影响

    实验方案 实验条件 AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI/
    mL
    四开循环浆 60℃ 42.5 35 7.5 2.0/8.0 3.2
    180℃、16 h 45.0 37 8.0 2.5/7.0 3.0
    +0.3%胶乳 60℃ 43.5 33 10.5 3.0/10.0 2.6
    +0.8%胶乳 60℃ 47.0 31 16.0 5.0/12.0 1.6
    +1.5%胶乳 60℃ 47.5 28 19.5 6.5/17.0 0.4
    180℃、16 h 82.5 54 28.5 14.0/38.5 0
    +0.3%缓凝剂 60℃ 45.0 32 13.0 4.5/14.0 1.8
    +0.5%缓凝剂 60℃ 46.0 34 12.0 5.0/18.0 1.0
    +1%缓凝剂 60℃ 51.0 38 13.0 7.0/24.0 0.2
    180℃、16 h 74.0 51 23.0 14.0/38.5 0
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    表  5  在马X井污染浆中加入2%AOP-1前后的性能

    实验方案 实验条件 ρ/
    g·cm−3
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI/
    mL
    污染浆 60℃ 2.30 40 32 8 5/13 2.0
    120℃、16 h 固结
    +2%AOP-1 120℃、16 h 2.30 36 30 6 3/8 2.4
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    表  6  不同pH值下Al在溶液中存在形式

    pH<3.73.7 <pH< 44<pH< 1212<pH<12.5pH>12.5
    Al3+Al3+ / Al(OH)3Al(OH)3Al(OH)3↓/AlO2AlO2
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    表  7  聚合铝与元深X井钻井液的配伍性(180℃、16 h)

    钻井液 AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    pH FLHTHP/
    mL
    井浆 60.0 40 20 13/37 11 18
    井浆+0.5%AOP-1 59.5 40 18.5 13/38 11 17
    井浆+1%AOP-1 56.0 27 19 12/32 11 15
     注:钻井液密度为2.13 g/cm3FLHTHP在180℃测定。
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    表  8  元深X井完井作业期间污染浆实验(200℃、16 h)

    实验方案 AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI/
    mL
    水泥污染浆 50.0 26 24 12.5/19.0 2.0
    +1%AOP-1 24.5 20 4.5 2.0/6.0 2.6
    +2%AOP-1 22.0 20 2.0 1.0/2.0 2.8
     注:钻井液密度为2.13 g/cm3FLHTHP在180℃测定。
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    表  9  2023年高温高密度水基钻井液固井水泥污染处理成本统计   

    井号 ρ/
    g·cm−3
    T/
    聚合铝/
    %
    处理用时/
    d
    处理成本/
    万元
    元深X井四开 2.15 183 1 0 6.86
    元深X井完井 1.85 210 1.5 0 9.60
    马1X井完井 2.10 120 1.5 0 6.76
    潼深X井完井 12.00 130 0.8 0.5 7.86
    平均 1.2 0.1 6.22
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-12-16
  • 修回日期:  2025-01-22
  • 刊出日期:  2025-06-12

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