固井前置液設(shè)計

1、第三講內(nèi)容第三講內(nèi)容一、前置液簡介一、前置液簡介一、概述一、概述絕大多數(shù)鉆井液，不論是水基還是油基鉆井液與水泥漿都是不相容的。l在固井施工中，當(dāng)水泥漿與鉆井液直接接觸后，水泥漿將受鉆井液的污染，水泥漿流動性降低，粘度、動切力上升，這將導(dǎo)致施工泵壓升高，嚴(yán)重時發(fā)生井漏；同時，污染后的水泥石抗壓強(qiáng)度、界面膠結(jié)強(qiáng)度都將大幅降低，影響固井封固質(zhì)量。l在注入水泥漿前，先泵入另一種液體，將水泥漿與鉆井液隔開，這種液體叫前置液前置液。l在注水泥漿后，也泵送一種液體，將水泥漿與鉆井液隔開，這種液體叫后置液后置液。二、前置液的分類二、前置液的分類沖洗液沖洗液隔離液隔離液油基沖洗液油基沖洗液前置液前置液前置液前置

2、液水基沖洗液水基沖洗液稀釋型稀釋型沖洗型沖洗型粘性液粘性液紊流液紊流液油基沖洗液油基沖洗液水基沖洗液水基沖洗液油基紊流隔離液油基紊流隔離液水基紊流隔離液水基紊流隔離液油基粘性隔離液油基粘性隔離液水基粘性隔離液水基粘性隔離液前置液前置液三、沖洗液三、沖洗液1 1、沖洗液的作用、沖洗液的作用l稀釋和分散鉆井液，防止絮稀釋和分散鉆井液，防止絮凝和膠凝；凝和膠凝；l有效的沖刷粘在井壁和套管有效的沖刷粘在井壁和套管上的鉆井液，或疏松泥餅，上的鉆井液，或疏松泥餅，提高水泥與井壁和套管之間提高水泥與井壁和套管之間的膠結(jié)強(qiáng)度；的膠結(jié)強(qiáng)度；l作為鉆井液與水泥漿之間的作為鉆井液與水泥漿之間的緩沖液和緩沖液和“隔離

3、液隔離液”，防止，防止水泥漿與鉆井液直接接觸而水泥漿與鉆井液直接接觸而產(chǎn)生污染；產(chǎn)生污染；稀釋改善鉆井液的流動性能，稀釋改善鉆井液的流動性能，使鉆井液易于被頂替，同時，使鉆井液易于被頂替，同時，提高頂替效率。提高頂替效率。l稀釋、清洗井壁泥漿l攜帶巖屑、沉砂l(fā)隔離泥漿與水泥漿l井壁潤濕反轉(zhuǎn)2 2、沖洗液的性能、沖洗液的性能一般密度較低（如一般密度較低（如1.01.01.031.03g/cmg/cm3 3），），并接近牛頓流體；并接近牛頓流體； 對井壁疏松泥餅具有滲透能力，使泥餅易于沖洗剝落；對井壁疏松泥餅具有滲透能力，使泥餅易于沖洗剝落；具有一定的懸浮能力，防止鉆井液固相顆粒和沖蝕下來的具有一

4、定的懸浮能力，防止鉆井液固相顆粒和沖蝕下來的泥餅的沉降和堆積；泥餅的沉降和堆積；稀釋型沖洗液，應(yīng)能稀釋和分散鉆井液，使鉆井液在較低稀釋型沖洗液，應(yīng)能稀釋和分散鉆井液，使鉆井液在較低流速下達(dá)到紊流頂替，其臨界流速應(yīng)控制在流速下達(dá)到紊流頂替，其臨界流速應(yīng)控制在0.50.5m/sm/s以下；以下； l與水泥漿混合比例較低的條件下，對水泥漿的稠與水泥漿混合比例較低的條件下，對水泥漿的稠化時間和強(qiáng)度的影響要?。换瘯r間和強(qiáng)度的影響要??；l對于沖洗型，要能在流體中加入惰性固體粒子增對于沖洗型，要能在流體中加入惰性固體粒子增強(qiáng)對井壁的沖刷效果；強(qiáng)對井壁的沖刷效果；l對套管不產(chǎn)生腐蝕作用。對套管不產(chǎn)生腐蝕作用。

5、3 3、沖洗液配方、沖洗液配方根據(jù)鉆井液性能和井下條件，確定沖洗液的性能，配方設(shè)根據(jù)鉆井液性能和井下條件，確定沖洗液的性能，配方設(shè)計中考慮應(yīng)用成本要低。計中考慮應(yīng)用成本要低。l在不需要加重時常規(guī)井固井中，盡量用海水或清水作前置液沖洗和稀在不需要加重時常規(guī)井固井中，盡量用海水或清水作前置液沖洗和稀釋井內(nèi)鉆井液（與鉆井液和水泥漿相容性好，且有助于提高紊流程度釋井內(nèi)鉆井液（與鉆井液和水泥漿相容性好，且有助于提高紊流程度和經(jīng)濟(jì)）；和經(jīng)濟(jì)）；l加入沖洗液中的稀釋劑、分散劑或表面活性劑，要容易破壞鉆井液的加入沖洗液中的稀釋劑、分散劑或表面活性劑，要容易破壞鉆井液的膠凝結(jié)構(gòu)，有利于清洗井眼。膠凝結(jié)構(gòu)，有利于

6、清洗井眼。固井常用配方：固井常用配方：100%海海/淡水淡水+20%清洗液清洗液（PC-W21L）注：注：對鹽層、各類過敏性地層固井通常加入相應(yīng)的抑制材料加以控制。對鹽層、各類過敏性地層固井通常加入相應(yīng)的抑制材料加以控制。四、隔離液四、隔離液p隔離液是密度、粘度和靜切力可以控制的前置液，主要用于隔離液是密度、粘度和靜切力可以控制的前置液，主要用于隔離和驅(qū)替鉆井液，應(yīng)用中，可單獨(dú)使用，也可隨沖洗液之隔離和驅(qū)替鉆井液，應(yīng)用中，可單獨(dú)使用，也可隨沖洗液之后，即與沖洗液同時使用?？煞譃椋汉螅磁c沖洗液同時使用?？煞譃椋?（1 1）紊流隔離液：具有較低的粘度和紊流臨界返速；用于紊）紊流隔離液：具有較低的

7、粘度和紊流臨界返速；用于紊流頂替。流頂替。 （2 2）粘性隔離液：用于塞流或低速層流頂替，隔離液應(yīng)有一）粘性隔離液：用于塞流或低速層流頂替，隔離液應(yīng)有一定的粘度和較大的切力。一般塑性粘度在定的粘度和較大的切力。一般塑性粘度在4040180mPa.s180mPa.s，動，動切力大于鉆井液切力大于鉆井液10Pa10Pa左右。左右。 1 1、隔離液的作用、隔離液的作用 l能有效驅(qū)替鉆井液，適應(yīng)塞流、低速層流或紊流驅(qū)替鉆井能有效驅(qū)替鉆井液，適應(yīng)塞流、低速層流或紊流驅(qū)替鉆井液；液；l易于控制不穩(wěn)定地層的跨塌（與沖洗液比較）；易于控制不穩(wěn)定地層的跨塌（與沖洗液比較）；l與沖洗液比較，能更有效的隔離鉆井液和

8、水泥漿，避免水與沖洗液比較，能更有效的隔離鉆井液和水泥漿，避免水泥漿的接觸污染，防止鉆井液絮凝增稠；泥漿的接觸污染，防止鉆井液絮凝增稠；l對紊流隔離液，依靠其中的固相顆粒沖蝕井壁泥餅；對紊流隔離液，依靠其中的固相顆粒沖蝕井壁泥餅；對粘性隔離液，依靠其粘性產(chǎn)生平面推進(jìn)驅(qū)替鉆井液對粘性隔離液，依靠其粘性產(chǎn)生平面推進(jìn)驅(qū)替鉆井液l功能（功能（OBM）l稀釋、清洗井壁泥稀釋、清洗井壁泥漿漿l攜帶巖屑、沉砂攜帶巖屑、沉砂l(fā)隔離泥漿與水泥漿隔離泥漿與水泥漿l井壁潤濕反轉(zhuǎn)井壁潤濕反轉(zhuǎn)2 2、隔離液的性能要求、隔離液的性能要求（1 1）隔離液性能要求）隔離液性能要求l具有紊流沖刷作用，即不僅能以平面形式驅(qū)替鉆具

9、有紊流沖刷作用，即不僅能以平面形式驅(qū)替鉆井液，還能產(chǎn)生高的徑向擾動，提高對井壁泥餅井液，還能產(chǎn)生高的徑向擾動，提高對井壁泥餅和管壁的沖蝕；和管壁的沖蝕；l與鉆井液和水泥漿有良好的相容性；與鉆井液和水泥漿有良好的相容性；具有與牛頓流體接近的流體特性，其紊流的臨界具有與牛頓流體接近的流體特性，其紊流的臨界流速應(yīng)較低；流速應(yīng)較低；l密度易于調(diào)節(jié)，能懸浮固相材料保持流體密度易于調(diào)節(jié)，能懸浮固相材料保持流體的穩(wěn)定；特別對大斜度井和水平井尤為重的穩(wěn)定；特別對大斜度井和水平井尤為重要。要。l溫度對隔離液粘度的影響要小，溫度升高溫度對隔離液粘度的影響要小，溫度升高后仍能保持穩(wěn)定；后仍能保持穩(wěn)定；l能夠控制井下

10、不穩(wěn)定地層，防止垮塌。對能夠控制井下不穩(wěn)定地層，防止垮塌。對于易漏井固井，前置液應(yīng)有防漏或堵漏效于易漏井固井，前置液應(yīng)有防漏或堵漏效果；果；l對套管無腐蝕作用。對套管無腐蝕作用。l對于高壓固井，前置液應(yīng)有足夠的密度；對于高壓固井，前置液應(yīng)有足夠的密度；l對于深井固井，前置液應(yīng)具有熱穩(wěn)定性；對于深井固井，前置液應(yīng)具有熱穩(wěn)定性；l前置液對油氣層應(yīng)不發(fā)生或少發(fā)生損害，或者損前置液對油氣層應(yīng)不發(fā)生或少發(fā)生損害，或者損害后容易解除；應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：害后容易解除；應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：前置液的固相顆粒應(yīng)盡量少地進(jìn)入地層孔隙；前置液的固相顆粒應(yīng)盡量少地進(jìn)入地層孔隙；前置液的濾失量應(yīng)盡量小，減少地層中粘土膨脹；前置

11、液的濾失量應(yīng)盡量小，減少地層中粘土膨脹；前置液的濾液成分應(yīng)避免與地層中的可溶性鹽類、前置液的濾液成分應(yīng)避免與地層中的可溶性鹽類、地層水發(fā)生反應(yīng)而生成不溶性沉淀地層水發(fā)生反應(yīng)而生成不溶性沉淀。l隔離液的密度隔離液的密度：l鉆井液密度隔離液密度水泥漿密度l特別是在套管不居住的井眼內(nèi)，用粘性隔離液進(jìn)行塞流頂替時，應(yīng)使隔離液與鉆井液保持一定的密度差，切力差，充分發(fā)揮隔離液對鉆井液的浮力效應(yīng)。l隔離液最簡單的形式之一是清洗漿，這是一種低密度的水泥漿，但其主要缺陷是通常與鉆井液不相容。l隔離液失水控制隔離液失水控制：150ml/30min. 7MPa。l低的失水量有利于防止井壁垮塌和減少地層損害。五、相容

12、性五、相容性相容性是指前置液與水泥漿、鉆井液以不同相容性是指前置液與水泥漿、鉆井液以不同比例接觸混合，都能形成均質(zhì)穩(wěn)定的混合物，比例接觸混合，都能形成均質(zhì)穩(wěn)定的混合物，而且不會因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)產(chǎn)生與設(shè)計要求相違而且不會因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)產(chǎn)生與設(shè)計要求相違逆的性能變化。逆的性能變化。p工程意義工程意義l因前置液介于鉆井液與水泥漿之間，前置液因前置液介于鉆井液與水泥漿之間，前置液與水泥漿的相容性、前置液與鉆井液的相容與水泥漿的相容性、前置液與鉆井液的相容性直接關(guān)系到整個工程施工的成敗。性直接關(guān)系到整個工程施工的成敗。試驗(yàn)比例：試驗(yàn)比例：l前置液與水泥漿或泥漿的混合比例（體積比）一般為：l水泥漿或鉆井液/前置

13、液： 95/5、75/25、50/50、25/75、5/95；相容性的評價相容性的評價l流變相容試驗(yàn)：前置液以不同比例與鉆井液、水流變相容試驗(yàn)：前置液以不同比例與鉆井液、水泥漿混合，混合物的視粘度明顯降低或不變，則泥漿混合，混合物的視粘度明顯降低或不變，則表明流變相容性好，如視粘度明顯升高，表明相表明流變相容性好，如視粘度明顯升高，表明相容性差，升幅越大，相容性越差。容性差，升幅越大，相容性越差。l稠化時間相容試驗(yàn)：將前置液與水泥漿按體積比稠化時間相容試驗(yàn)：將前置液與水泥漿按體積比 5/955/95、25/7525/75、50/5050/50混合后，按混合后，按APIAPI規(guī)范規(guī)范1010進(jìn)行

14、進(jìn)行稠化試驗(yàn)并對比，混合樣品的稠化時間不應(yīng)低于稠化試驗(yàn)并對比，混合樣品的稠化時間不應(yīng)低于原漿的稠化時間。原漿的稠化時間。l懸浮穩(wěn)定性試驗(yàn)：懸浮穩(wěn)定性試驗(yàn)：對加重前置液應(yīng)做懸浮穩(wěn)對加重前置液應(yīng)做懸浮穩(wěn)定性試驗(yàn)，主要測定漿體在靜止一定時間后定性試驗(yàn)，主要測定漿體在靜止一定時間后漿體上、中、下部位密度差異。顯然，差異漿體上、中、下部位密度差異。顯然，差異越小，懸浮穩(wěn)定性越高。如果有條件還應(yīng)進(jìn)越小，懸浮穩(wěn)定性越高。如果有條件還應(yīng)進(jìn)行動態(tài)的懸浮穩(wěn)定性試驗(yàn)。行動態(tài)的懸浮穩(wěn)定性試驗(yàn)。l失水量影響試驗(yàn)：失水量影響試驗(yàn)：按按API規(guī)范規(guī)范10 將前置液將前置液與水泥漿的混合物及水泥漿原漿進(jìn)行失水試與水泥漿的混合

15、物及水泥漿原漿進(jìn)行失水試驗(yàn)。驗(yàn)。隔離液試驗(yàn)報告隔離液試驗(yàn)報告隔離液配制方法相容性試驗(yàn)附表相容性試驗(yàn)附表l1.30g/cm3隔離液對隔離液對1.90g/cm3水泥漿性能的影響水泥漿性能的影響混漿比，混漿比，v%流變性能流變性能API失水失水稠化時間稠化時間抗壓強(qiáng)抗壓強(qiáng)度度水泥漿：隔水泥漿：隔離液離液nkYPPVYP/PV100 : 0 0.84900.22824.1010.08151473121895 : 50.88930.40296.6720.18935404391475 : 250.82140.45098.1960.1326280300850 : 500.75480.43377.4220.079593 300 0 : 1000.81040.22528.6870.052167 六、前置液用量六、前置液用量1 1. .沖洗液和紊流隔離液沖洗液和紊流隔離液用量滿足保證頂替效率對紊流接觸時間的要求，一般可考用量滿足保證頂替效率對紊流接觸時間的要求，一般可考慮在慮在1010minmin左右。最大用量一般不超過左右。最大用量一般不超過250250m m環(huán)空高度。環(huán)空高度。2.2.同時使用沖洗液和隔離液同時使用沖