高温冻胶阀的研制与现场试验.pdf

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第 4 3卷第 4期 2 0 1 5年 7月 石 油 钻 探 技 术 PETROLE UM DRI LLI NG TECHNI QUE S Vo 1 . 4 3 No . 4 J u 1 . , 2 0 1 5 钻井完井 古 日 同皿 d o i 1 0 . 1 1 9 1 1 / s y z t j s . 2 0 1 5 0 4 0 1 4 冻胶 阀的研 制与现场试 验 王在明,朱宽亮, 冯京海 , 吴 艳,沈园园 中国石 油冀东 油田分公 司钻采工艺研究院 , 河北唐 山 0 6 3 0 0 0 摘要 南堡油田潜山裂缝性油气藏水平井目的层温度在 1 5 0℃以上, 钻井过程中存在漏喷同存等问题 , 完井 作业难度大, 为此, 设计应用了二次交联高温冻胶阀。该冻胶阀设计采用二次成胶方式, 第一次交联形成适当结构 冻胶 , 满足 泵注要 求; 第二次交联速度快成胶 强度 大, 完成封 隔井 筒, 保证 冻胶 阀上部井段顺利施 工。R M2 1 0 0高温 高压冻胶检测仪在线检测结果表明, 冻胶阀形成过程中冻胶黏度体 系一直保持在 1 0 0 0 mP a S以上, 1 5 0 rai n时二 次成胶 开始 , 最终黏 度 1 2 0 0 0 mP aS以上。 室内模拟 试验 结果发 现 , 该 冻胶 阀承 压 能力在 2 MPa / 1 0 0 m 以上 , 1 5 0℃高温下 7 2 h冻胶黏度基本稳定, 可用钻头切割冲蚀方式完成破胶 。在 NP 2 3 一 P 2 0 1 6井的试验表 明, 该冻胶 阀成功封隔了井筒, 减少了漏失, 为回接尾管等完井作业提供了安全的井控环境。研究结果表明, 高温冻胶阀技术 可有效解决 南堡油 田潜 山油气藏 水平井完井作 业井控 难题 。 关键词 冻胶 阀 配方设计 现场试验 NP 2 3 一 P 2 0 1 6井 南堡 油田 中图分类号 TE 2 8 3 文献标志码 A 文章编 号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 5 0 4 0 0 7 8 0 5 v e l o pme n t a nd Fi e l d Te s t o f Hi g h Te mp e r a t u r e Ge l Va l v e W a n g Za i mi n g,Z h u Ku a n l i an g ,F e n g J i n g h a i ,W u Ya n,S h e n Yu a n y u a n Dr i l l i n g a n d P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ,P e t r o C h i n a J i d o n g 0 f i e l d C o m p a n y,T a n g s h a n,He b e i ,0 6 3 0 0 0 ,C h i n a Ab s t r a c t Th e r e a r e we l l c o mp l e t i o n c h a l l e n g e s i n Na n p u b u r i e d _ h i l 1 f r a c t u r e r e s e r v o i r s d u e t o t h e C O e x i s t e n c e o f t h e r i s k o f l O S S o f c i r c u l a t i o n a n d b l o w o u t c o mb i n e d wi t h f o r ma t i o n t e mp e r a t u r e s o v e r 1 5 0℃ . To s o l v e t h e p r o b l e ms .t h e f o r mu l a f o r t wi c e c r o s s l i n k i n g g e l v a l v e s we r e d e v e l o p e d . I n t h e d e s i g n,a s t r u e t u r a l g e l wa s d e v e l o p e d t o me e t o p e r a t i o n a l d e ma n d s . I n t h e f i r s t c r o s s l i n k i n g s t e p t h e g e l p o s s e s s e s h i g h s t r e n g t h a n d q u i c k f o r ma t i o n s p e e d . I n t h e s e c o n d c r o s s l i n k i n g s t e p i n v o l v e d i n s u r i n g p r o p e r o p e r a t i o n s i n t h e i s o l a t e d b o r e h o l e s e c t i o n .RM 2 1 0 0 HTHP o n l i n e g e l d e t e c t o r wa s u s e d t o mo n i t o r t h e f o r ma t i o n o f g e l v a l v e s .Re s u l t s s h o we d t h a t v i s c o s i t y o f t h e g e l s y s t e m c o u l d b e ma i n t a i n e d o v e r 1 0 0 0 mPaS . I n t h e s e c o n d a r y c r o s s l i n k i n g s t e p。 g e 1 f o r ma t i o n s t a r t e d a t l 5 0 mi n wi t h u l t i ma t e v i s c o s i t y a b o v e 1 2 , 0 0 0 mP a S .S i mu l a t e d b o r e h o l e s we r e u s e d t o d e t e r mi n e p r e s s u r e b e a r i n g / 1 o a d c a p a c i t y wh i c h c o u l d r e a c h o v e r 2 MP a / 1 0 0 m. I n a d d t i o n ,t h e g e l a t 1 5 O℃ ma i n t a i n e d a s a t i s f a c t o r y v i s c o s i t y f o r 7 2 h .Ge l - b r e a k i n g c o u l d b e d o n e t h r o u g h f l u s h i n g b y u s i n g d r i l l b i t s .S u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n i n W e l l NP2 3 一 P 2 0 1 6 i n d i c a t e d e f f e c t i v e i s o l a t i o n o f h y d r o c a r b o n s t o mi n i mi z e l o s s e s a n d t o p r o v i d e r e l i a b l e we l l c o n t r o l c o n d i t i o n s f o r d e p l o y me n t o f t i e - b a c k t a i l p i p e s .Re s e a r c h r e s u l t s s h o we d t h a t t he h i g h - t e mp e r a t u r e g e 1 v a l v e s c o u l d p r o v i d e s a t i s f a c t o r y s o l u t i o n s t o c h a l l e n g e s i n we l l c o n t r o 1 e n c o u n t e r e d d u r i n g we l 1 c o mp l e t i o n i n Na n p u b u r i e d h i l 1 r e s e r vol rs. Ke y wo r d s g e l v a l v e ;f o r mu l a t i o n d e s i g n;f i e l d t e s t ;W e l l NP2 3 一 P 2 0 1 6;Na n p u Oi l f i e l d 南堡油 田潜山裂缝性油气藏具有气油 比高、 裂 缝发育 、 钻井液安全密度窗口窄和温度高等特点 , 一 般采用水包油钻井液进行欠平衡钻井。压井后的起 钻或完井作业不仅会抵消欠平衡钻井带来的良好效 果 , 还会造成井漏 、 井涌同时发生, 给井控工作带来 很大风险l 1 ] 。为解决上述问题 , 曾提出应用不压井 起下钻装置和井下套管阀 2种方式 , 但不压井起下 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 1 7 ; 改 回日期 2 0 1 5 0 4 0 7 。 作者简 介 王在 明 1 9 6 8 一 , 男, 江 苏高邮人 , 1 9 9 1年 毕业 于石 油大学 华 东 4 4井工程专业 , 2 0 0 8年获 中国石油 大学 华 东 油气井 工程博 士学位 , 高级工程 师, 长期从事油 气钻井技术研 究 。 联 系方式 0 3 1 5 8 7 6 8 0 6 9 , min g 8 0 8 2 0 0 2 1 2 6 . c o rn。 基金项 目 国家科技 重大专项“ 渤海 湾盆地黄骅坳 陷滩海开发技 术示范工程 ” 编号 2 0 1 1 Z X 0 5 0 5 0 资助。 石 油 钻 探 技 术 2 0 1 5 年 7月 图 2 冻胶 阀成胶 过程在 线检测结果 F i g . 2 On l i n e mo n i t o r i n g o f t h e g e l v a l v e f o r mi n g p r o c e s s e s 从图 2可 以看出, 冻胶体系在装入检测仪时已 经完成第一次交联 , 黏度在 3 0 0 0 mP aS 左右 , 随 着温度升高 , 黏度有所下降 。这是 因为第一次交联 为部分交联 , 随着温度升高 , 聚合物本 身黏度下降 , 但一直保持在 1 0 0 0 mP a S以上 ; 1 5 0 mi n时开始 第二次交联 , 在 2 3 0 mi n后黏度迅速增大 , 1 0 mi n 内 从 6 2 0 0 mP a S 上升到近l O 0 0 0 mP a S ; 随后 , 黏 度继续增大 , 最终达到 1 2 0 0 0 mP a S 以上 。 南堡油 田潜 山储 层水平井冻胶施工段大都在 5 0 0 0 1T I 以深井段 , 从泵人冻胶 、 顶替冻胶、 再将钻具 提离冻胶 , 整个过程一般为 1 5 O ~1 8 0 mi n 。由图 2 可 以看 出, 冻胶阀配方设计时充分考虑了这一过程 , 一 旦作业完成 , 冻胶阀即完成封隔井筒 , 满足深井高 温井段冻胶 阀技术应用的需求 。 2 . 2 承压 能 力评价 高温冻胶 阀施工井段一般位于潜山面以上的尾 管内, 当冻胶阀以下的钻井液漏失后 , 油气聚集会导 致冻胶阀承受一定压力 。在 自制的模拟井筒 内进行 冻胶 阀承压能力测试 , 在长1 . 0 0 m的 4 1 2 7 . 0 mm套 管内装入冻胶体系 , 放人高温老化炉中成胶 , 成胶后 卸掉模拟井筒一端 , 另一端接入带压力传感器 的氮 气源 , 不断提高氮气压力, 当冻胶阀发生移动时 , 记 录此时的压力 , 即为承压能力 。 多次试验结果表明, 高温冻胶 阀承压 0 . 0 2 MP a 以上 , 折算为 2 . 0 MP a / 1 0 0 m。根据南堡油 田潜 山 油气藏水平井井底压力需要 , 一般设计冻胶阀长度 3 0 0 40 0 m 。 2 . 3 高温冻胶阀稳定性评价 应用 R M2 1 0 0高温高压冻 胶在线检测 仪进行 试验 , 考察冻胶阀的高温稳定性 , 结果如表 1 所示。 表 1 高温冻胶阀稳定性试验结果 Ta b l e 1 S t a bi l i t y t e s t o f t he hi g h t e mpe r at ur e g e l v alv e 试验结果表 明 冻胶 阀在 1 3 0 , 1 5 0和 1 7 0℃温 度下稳定性在 7 2 h以上 , 而 1 8 0℃时黏度最高上升 到 3 6 9 1 4 . 0 mP a S , 然后开始下降, 表明该冻胶阀 体系抗温在 1 7 0℃ 以内, 1 7 0℃以下的稳定时间满 足南堡油田潜山油气藏水平井起下钻和 回接尾管等 作业 的需要 。 2 . 4 钻头切割冲蚀破胶可行性评价 试验设备 0 ~2 0 0 0 r / mi n的旋 浆式调速搅 拌 器 1台, 1 0 0 0 mL的 2 0 0℃高温老化罐 1只。试验 前按照配方配制冻胶 , 并在 1 3 0℃温度条件下老化 成胶 ; 试验时用旋桨式调速搅拌器模拟钻头下行切 割老化罐内的冻胶 , 下行压力以搅拌器 叶轮切人冻 胶 1 ~2 mm 为宜 , 分不加水和加水 2 种情况进行试 验 。试验结果 表明, 不加水条件下 , 冻胶可 以被切 割, 但破碎的冻胶缠绕叶轮; 在有水携带条件下, 无 论是低速还是高速旋转 , 高温冻胶都很容易被叶轮 切割; 考虑钻头在井眼条件下高速旋转 , 加上钻头喷 嘴高速流体冲蚀 , 破胶将更容易 。现场试验也证明, 钻头切割冲蚀破胶是一种快捷破胶方 式, 为破胶提 供了新的思路 。 3 现场试验 NP 2 3 一 P 2 0 1 6井是南堡油 田 2号构造一 口潜山 油气藏水平井 , 井身结构如 图 3所示。在水平段钻 进过 程 中, 一 直存 在井 漏 和井 涌 现象 , 中途 点 火 8 次, 火焰高4 ~5 m。为保证完井回接套管作业时 ㈣ ㈣ 3 l 9 7 5 3 1 一 ∞ 县 \ 褥 第 4 3卷第 4期 王在 明等. 高温冻胶 阀的研 制与现场试验 井 眼稳定 , 决定应用冻胶 阀技术。 盟 .4. . . .5. . . .0. . . .8. . . . . .0. . . . . .m.....m....... . . . . . . . . . . .. . . .X. . . . . .2. . . .8. . . .3. . . . m 4 6 6 0 4 mm钻头 X2 8 5 m 4 3 3 9 . 7 m m] X2 0 0 2 m 一 4 4 4 5 l n n l 钻头 2 0 0 3 m 丝 奎筻 4 3 1 1 . 1 mm钻头 4 2 0 3 m ≯ 竺 奎 篁 ● k 4 2 1 5 9mm 钻头 5 3 7 9 m 4 ] 5 2 4mm 丛 图 3 N P 2 3 一 P 2 0 1 6井井身结构 F i g . 3 Ca s i n g p r o g r a m f o rW e l l NP2 3 一 P 2 0 1 6 根据井身结构、 冻胶阀性 能及井下压力 温度条 件 , 确定冻胶阀位于井深 5 0 0 0 5 3 0 0 m 处 ; 冻胶 阀用量 6 IT I 。 , 长度 3 0 0 m左右 。作业前先带压起钻 至井深 5 3 0 0 1 T I , 用水泥车泵入 4 m。 清洗液 , 再泵入 6 m。 冻胶 , 用钻井 泵将冻 胶顶替 到位 。顶替 完成 后 , 用正常起钻速度的 1 / 2 -1 / 3 起钻至冻胶 阀顶部 井深 5 0 0 0 m 处 , 用钻井液循环清洗钻具。从泵 入冻胶到起钻至冻胶顶部 、 并将钻具 内冻胶清洗 出 的总时间, 必须控制在 1 8 0 rai n内。 现场应用冻胶 阀体系 时采 用单液 法施工 。施 工前 , 将主剂基液 与交 联剂混配 , 用泵车直接 泵人 钻具 内 ; 然后 , 用钻井液将冻胶体 系顶替至拟 注入 井段 。顶替时 , 要考虑钻具 内外平衡 , 顶替完 成起 钻前 , 钻具 内要保持有 一定高度 的冻胶 , 这样 可 以 避免起钻时钻井 液混入冻胶 而影响成胶 性能 。钻 具提离冻 胶后 , 开泵 以顶 替排 量 的 1 / z进 行小 排 量循环清洗钻具 , 直 到多余 的冻胶循 环 出井 口后 , 正常起钻 , 施工完成 。 施工 4 h后 , 漏 失现象 消失 , 说 明井下冻 胶 阀 开始发挥 作用 ; 然后 进行 起钻 、 回接尾 管 、 固井 和 声 幅测井等作业 , 未 出现漏失和溢 流情 况 , 说 明冻 胶阀成 功封隔了井筒 。下入完井 管柱前进 行通井 作业 , 在 5 0 5 0 1T I 处遇阻 , 分析是钻头碰到冻胶 阀。 开泵循环下探 , 钻井液中有米粒状小颗粒冻胶出现, 说 明采用钻头切割冲蚀破胶方式可实现破胶。该井试油 获得高产, 目前产油量 6 0 t / d , 产气量 1 6 X1 0 m 3 / d 。 4 结论 1 冻胶 阀采用二次成胶配方设计 , 解决 了潜 山 油气藏水平井对冻胶阀成胶速度快、 强度大的需要 , 满足了施工过程中防混浆、 清除井壁、 悬浮增强剂等 工艺的需要。 2 高温高压冻胶在线检测表明, 冻胶 阀存在二 次成胶过程 , 且第二次成胶在 1 5 0 mi n后发生 , 黏度 在 1 0 rai n 内从 6 2 0 0 mP as快 速 上 升 到 近 1 0 0 0 0 mP a S , 可实现封隔井筒 的目的。 3 高温冻胶 阀抗温可达 1 5 0℃ 以上 , 且 7 2 h 内无异常变化 , 承抗压能力在 2 MP a / 1 0 0 m以上 , 能 够依靠钻头切割冲蚀方式破胶。 4 冻胶 阀现场施工工艺简单 , 能够实现封隔井 筒、 减少漏失的 目的, 为回接尾管等完井作业提供了 安全环境 。 参考文献 Re f e r e n c e s E l i 周英操 , 高德利, 刘永贵. 欠平衡钻井环空多相流井底压力计算 模型_ J ] _ 石油学报, 2 0 0 5 , 2 6 2 9 6 9 9 . 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