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1、前置液設計,2,一、前置液的分類,前置液,沖洗液,隔離液,油基沖洗液,前置液,前置液,水基沖洗液,稀釋型,沖洗型,粘性液,紊流液,油基沖洗液,水基沖洗液,油基紊流隔離液,水基紊流隔離液,油基粘性隔離液,水基粘性隔離液,,,3,二、沖洗液,1、沖洗液的作用 （1）稀釋和分散鉆井液，防止絮凝和膠凝； （2）有效的沖刷粘在井壁和套管上的鉆井液，或疏松泥餅，提高水泥與井壁和套管之間的膠結強度； （3）作為鉆井液與水泥漿之間的緩沖液和“隔離液”，防止水泥漿與鉆井液直接接觸而產生污染； （4）稀釋改善鉆井液的流動性能，使鉆井液易于被頂替，同時，提高頂替效率。,4,2、沖洗液的性能,（1）一般密度較低（
2、如1.01.03g/cm3），并接近牛頓流體； （2）對井壁疏松泥餅具有滲透能力，使泥餅易于沖洗剝落； （3）具有一定的懸浮能力，防止鉆井液固相顆粒和沖蝕下來的泥餅的沉降和堆積； （4）稀釋型沖洗液，應能稀釋和分散鉆井液，使鉆井液在較低流速下達到紊流頂替，其臨界流速應控制在0.5m/s以下；,5,,（5）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度的影響要??； （6）對于沖洗型，要能在流體中加入惰性固體粒子增強對井壁的沖刷效果； （7）對套管不產生腐蝕作用。,6,3、沖洗液的配方設計,（1）設計思路 （a）在不需要加重時，盡量用清水作前置液沖洗和稀釋井內鉆井液（與鉆井液和水泥漿相容
3、性好，且有助于提高紊流程度和經濟）； （b）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構，有利于清洗井眼。,7,（2）設計原理 根據(jù)鉆井液性能和井下條件，確定沖洗液的性能，配方設計中考慮應用成本要低。,8,（3）配方設計, 配制沖洗液的水：鹽層考慮用鹽水，海上可用海水（可能的情況下），其它則用淡水； 對泥頁巖等過敏性地層，應考慮使用1015%的NaCl溶液，或35%的KCl溶液，需要懸浮劑時，可用HEC或CMHEC（鹽水可以減少泥頁巖的膨脹和防止井壁的坍塌，但對淡水水泥漿有不良的影響）；,9,, 為抑制頁巖的膨脹及保持井壁的穩(wěn)定，可用612%的水玻璃溶液（抑制），加
4、0.2CMC（增粘懸浮）和0.2%的硼砂（緩凝）； 為防止破壞鉆井液性能，造成井壁坍塌，沖洗液中可加入Na(OH)使pH值大于8；,10,, 為防止沖洗液與水泥漿接觸時產生增稠和促凝作用，可在淡水中加入2 3焦磷酸鈉和焦磷酸氫鈉； 對稀釋型沖洗液，可在淡水中加入0.5 1的木質素磺酸鹽，或鐵鉻鹽或磺化栲膠等（這對鉆井液的流動性有改善作用，有利于頂替，同時對水泥漿又有分散和緩凝作用）；,11,, 對需加固相顆粒以增加沖刷能力的沖洗液，加1.53%（淡水用CMC，海水和鹽水則用HEC或CMHEC），Na(OH)的加量約510%； 在淡水中加1%左右的陰離子表面活性劑，由于其靜電斥力的作用，可阻止分
5、散粘土粒子的聚集，防止固相顆粒的沉降和堆積。,12,三、隔離液,隔離液是密度、粘度和靜切力可以控制的前置液，主要用于隔離和驅替鉆井液，應用中，可單獨使用隔離液，也可隨沖洗液之后，即與沖洗液同時使用?？煞譃椋? （1）紊流隔離液：用于紊流頂替。 （2）粘性隔離液：用于塞流或低速層流頂替。,13,1、隔離液的作用,（1）能有效驅替鉆井液，適應塞流、低速層流或紊流驅替鉆井液； （2）易于控制不穩(wěn)定地層的跨塌（與沖洗液比較）； （3）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； （4）對紊流隔離液，依靠其中的固相顆粒沖蝕井壁泥餅； （5）對粘性隔離液，依靠其
6、粘性產生平面推進驅替鉆井液。,14,2、隔離液的性能要求,（1）紊流隔離液性能要求 具有紊流沖刷作用，即不僅能以平面形式驅替鉆井液，還能產生高的徑向擾動，提高對井壁泥餅和管壁的沖蝕； 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，其紊流的臨界流速應較低；,15,, 密度易于調節(jié)，能懸浮固相材料保持流體的穩(wěn)定； 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； 對套管無腐蝕作用。,16,（2）粘性隔離液的性能要求, 具有一定的觸變性能，以利于懸浮巖屑和固體顆粒； 易于進行塞流或低速層流頂替； 流變性能應優(yōu)于水泥漿，但比鉆井液差； 密度高于鉆井液，低于水泥漿，密度一般可0.0
7、6 0.12g/cm3左右；,17,, 控制高溫高壓下的濾失量，一般小于150ml/30min； 與鉆井液和水泥漿有良好的相容性； 不腐蝕套管。 如果將隔離液與鉆井液和水泥漿之間的流變性能關系進行量化，可用下式表示：,18,不考慮井身結構的情況下：,oc、osp、om 分別為水泥漿、隔離液及泥漿的動切力； c、sp、m 分別為水泥漿、隔離液及泥漿的塑性粘度。,19,考慮井眼/套管尺寸以后：,c、sp、m 分別為水泥漿、隔離液及泥漿的密度。,20,3、隔離液的配方設計,紊流隔離液與粘性隔離液的區(qū)別，關鍵在于粘度，其它性能可以接近（高密度隔離液通常是粘性的）。因紊流隔離液需要滿足在較低的頂替排量
8、之下，實現(xiàn)紊流流態(tài)，所以紊流隔離液的粘度較低。,21,（1）紊流隔離液,（a）設計準則 在保證固相顆粒懸浮穩(wěn)定不沉降的前提下，盡量降低隔離液的粘度。,22,,（b）配方設計 低粘度的鉆井液（如膨潤土水）作紊流隔離液（應含分散劑），用于水基鉆井液（對油基鉆井液應含溶解劑，相應的隔離液則應含表面活性劑，以利于改善管壁和井壁的潤濕性）； 稀水泥漿或火山灰低密度水泥漿；,23,, 對油基隔離液，應能有效清除油基的粘稠鉆井液、巖屑和頁巖等：柴油（50份）水（50份）乳化劑（適量）飛灰膨潤土，可用重晶石加重； 聚生物膠（或瓜膠或HEC）水硅粉重晶石，各種材料的加量應根據(jù)密度和流變性能確定，既要滿足紊流要
9、求，又不能發(fā)生固相的沉降。,24,（2）粘性隔離液,（a）設計準則 流變性能容易調控，無自由水、無固相沉降； 與鉆井液和水泥漿有良好的流變學配伍性； 在加重劑低加量、低濃度或高濃度含鹽量，以及低剪切攪拌等情況下，隔離液都應有足夠高的粘度，并有好的濾失量控制能力。,25,（b）設計配方, 高粘度HEC（或CMHEC）水膨潤土（防高溫降粘）重晶石； 基漿表面活性劑：改變油基鉆井液的管壁和井壁的親水性，通常是，靠油基鉆井液的一段，用油溶性陰離子表面活性劑，靠水泥漿的一段用水溶性的陰離子表面活性劑； 海泡石粘性隔離液：海泡石可各種類型的水增粘，且在高溫下不會有嚴重的膠凝和變稀的現(xiàn)象。,26,四、前置液
10、用量設計,1、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，一般可考慮在10min左右。最大用量一般不超過250m環(huán)空高度。 2、同時使用沖洗液和隔離液 二者總用量一般不超過300m環(huán)空高度。 3、粘性隔離液 主要應控制允許的環(huán)空高度，如一般為150200m環(huán)空高度。對段尾管固井，也考慮等量裸眼環(huán)空容積。,27,,4、特殊情況 （1）很小裸眼環(huán)容的尾管固井，最小用量不低于1.6m3，當環(huán)容較大時，最小環(huán)空高度不低于100m。 （2）對于深井，根據(jù)經驗，超過3000m的井，每增加300m，用量附加0.20.3m3。,28,,實例：高溫高壓氣井固井隔離液設計,29,,1、
11、隔離液的主要性能要求 隔離液不但應具備與水基和油基鉆井液，以及防竄水泥漿均應有良好的相容性，還應具備懸浮鉆屑和加重劑等固相粒子的能力、抗高溫和低失水等。在頂替鉆井液的推移過程中，能形成粘稠的過渡帶，以隔離鉆井液與水泥漿的摻混和保持近平板流速剖面的推進。,30,,2、隔離液設計與配制原則 根據(jù)本井固井的需要，隔離液密度應控制的范圍1.252.28g/cm3； 考慮本井的地質特點和現(xiàn)有技術條件，配合防竄水泥漿使用，按粘性隔離液進行設計；,31,, 加重劑用油田常用的重晶石，主要外加劑根據(jù)現(xiàn)有實際情況，通過實驗確定種類及加量，并重點考慮其與防竄水泥漿和油基鉆井液的相容性； 隔離液抗高溫能力與防竄水
12、泥漿要求一致，配方盡可能簡單，應用方便； 對油基鉆井液井段，在隔離液中增加油性表面活性劑，使隔離液具有良好的清除套管和井壁上的油膜的作用。,32,,3、隔離液材料的選擇 根據(jù)本井（高溫高壓氣井）固井對隔離液性能的要求，對現(xiàn)有隔離液體系進行了分析研究，并進行了篩選試驗。結果表明，SNC和海泡石等常用隔離液體系不能滿足要求，HDS隔離液體系能夠滿足要求，其加重材料為重晶石，表面活性劑根據(jù)鉆井液特性而選用親油或親水型的以及增加隔離液失水控制能力的添加劑。,33,,4、隔離液配方研制 根據(jù)上述選定的隔離液體系的材料，經過大量的室內試驗，研制出密度1.25g/cm32.28g/cm3的隔離液的配方，
13、其密度可調節(jié)范圍寬，流動性能好，具有良好的抗高溫特性。,34,密度1.25g/cm3隔離液配方與性能,,35,密度1.75g/cm3隔離液配方與性能,,36,密度2.28g/cm3隔離液配方與性能,,37,,5、隔離液與油基鉆井液和水泥漿的相容性試驗 （1）與水泥漿的混漿試驗 選用研制的1.75g/cm3、1.90g/cm3和2.28g/cm3共3種密度的隔離液，分別與1.90g/cm3、2.15g/cm3和2.40g/cm3的水泥漿作混漿試驗。 混漿試驗表明，隔離液體系與滿足本高溫高壓氣井固井的水泥漿體系有良好的相容性。,38,1.75g/cm3隔離液對1.90g/cm3水泥漿性能的影響
14、,,39,2.28g/cm3隔離液對2.33g/水泥漿性能的影響,,40,,（2）與油基鉆井液的混漿試驗 用設計的各種密度的隔離液體系與該井使用的水基和油基鉆井液進行混漿的相容性試驗分析。 混漿試驗結果表明：研制的隔離液配方與本井使用的水基和油基鉆井液良好的相容性。,41,,6、小結 本研究設計出了密度為隔離液體系，該隔離液具有以下特點： （1）穩(wěn)定性、流變性良好，適應溫度范圍寬； （2）與三種水泥漿體系有良好的相容性，即與此三種水泥漿體系的各比例混漿的流變性能、稠化時間、抗壓強度等特性均較好； （3）與常用油基鉆井液及油基鉆井液轉換液的相容性也較好，表現(xiàn)為其各比例混漿的流變性能基本處于鉆井液與隔離液之間； （4）在該井固井施工中的試驗應用表明，優(yōu)選的隔離液體系滿足高溫高壓氣井固井的要求。,42,,謝 謝 ！,
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