用于精细控压钻井的无机凝胶隔离塞的研制及现场试验

黎凌 卫俊佚 张谦

黎凌, 卫俊佚, 张谦. 用于精细控压钻井的无机凝胶隔离塞的研制及现场试验[J]. 石油钻探技术, 2019, 47(1): 45-51. doi: 10.11911/syztjs.2018150
引用本文: 黎凌, 卫俊佚, 张谦. 用于精细控压钻井的无机凝胶隔离塞的研制及现场试验[J]. 石油钻探技术, 2019, 47(1): 45-51. doi: 10.11911/syztjs.2018150
LI Ling, WEI Junyi, ZHANG Qian. Development and Field Testing of a Gel Isolation Plug for Precise Managed Pressure Drilling[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2019, 47(1): 45-51. doi: 10.11911/syztjs.2018150
Citation: LI Ling, WEI Junyi, ZHANG Qian. Development and Field Testing of a Gel Isolation Plug for Precise Managed Pressure Drilling[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2019, 47(1): 45-51. doi: 10.11911/syztjs.2018150

用于精细控压钻井的无机凝胶隔离塞的研制及现场试验

doi: 10.11911/syztjs.2018150
基金项目: 

中国石油集团川庆钻探工程有限公司科研项目“钻井用凝胶隔段技术研究与应用”(编号:CQ2016B-12-1-3)部分内容

中国石油集团川庆钻探工程有限公司科研项目“钻井用凝胶隔段技术研究与应用” CQ2016B-12-1-3

详细信息
    作者简介:

    黎凌(1987—),男,四川仁寿人,2010年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,2013年获中国石油大学(北京)油气井工程专业硕士学位,工程师,主要从事钻井液技术方面的研究工作。E-mail:lilingscrs@163.com

  • 中图分类号: TE23

Development and Field Testing of a Gel Isolation Plug for Precise Managed Pressure Drilling

  • 摘要: 针对精细控压钻井起下钻及完井过程中钻井液漏失严重的问题,基于无机水硬性胶凝理论、密实充填理论和固化增强理论,通过优选关键处理剂形成了一种用于精细控压钻井的无机凝胶隔离塞工作液。性能评价表明,该无机凝胶隔离塞工作液初始流动性和稳定性好,抗钻井液污染能力强,稠化时间可以控制在0.5~4.0 h,适用温度60~150 ℃;固化成段塞后抗压强度达8.02 MPa,胶结强度达1.39 MPa/m2,承压封气能力大于2.69 MPa/m,可钻性级值为1级。现场试验表明,该无机凝胶隔离塞工作液固化成塞后,可以有效封隔油气,保障精细控压钻井起下钻的安全。研究表明,无机凝胶隔离塞工作液固化成塞后抗气窜能力强,能有效封隔油气,解决了精细控压钻井起下钻过程中缺乏安全封隔的问题。
  • 图  1  固化增强剂加量对无机凝胶隔离塞浆液固化后抗压强度的影响

    Figure  1.  Effect of curing reinforcing agent dosage on solidifying compressive strength of inorganic gel slurry

    图  2  无机凝胶隔离塞工作液的稳定性评价结果

    Figure  2.  Stability evaluation results of the working fluid gel plug

    图  3  无机凝胶隔离塞在不同温度下养护后的承压封气能力

    Figure  3.  Pressure-bearing and sealing capacity of gel plug after curing at different temperatures

    表  1  不同无机胶凝剂加量下的凝胶隔离塞性能

    Table  1.   Performance of gel plugs with different dosages of gelling agent

    胶凝剂加量,% 流动度/cm 抗压强度/MPa
    5 h 10 h
    60 23 0 0
    80 23 0.34 0.86
    100 22 0.76 1.21
    120 21 0.92 1.32
    注:①养护温度为100 ℃。
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    表  2  悬浮稳定剂加量对无机凝胶隔离塞浆液流变性及析水量的影响

    Table  2.   Effect of a suspending agent on the rheology and fluid loss of gel slurry

    XCD加
    量,%
    表观黏度/
    (mPa·s)
    塑性黏度/
    (mPa·s)
    动切力/
    Pa
    12 h析水
    量/mL
    14.5 14.5 0 94.0
    0.2 20.5 20.0 0.5 26.0
    0.3 24.5 24.0 0.5 15.0
    0.4 28.5 27.0 1.5 5.0
    0.5 31.0 26.5 4.5 <2.0
    0.7 38.0 31.0 7.0 <2.0
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    表  3  激活剂A和B对无机凝胶隔离塞浆液的性能影响

    Table  3.   Effect of activators A and B on the performance of gel slurry

    激活剂
    加量,%
    初凝时间/h 终凝时间/h 5 h抗压强度/MPa
    激活
    剂A
    激活
    剂B
    激活
    剂A
    激活
    剂B
    激活
    剂A
    激活
    剂B
    1.0 3.0 5.0 0.34
    1.5 2.0 3.0 4.5 6.5 0.68 0.28
    2.0 1.5 2.5 4.0 5.0 1.04 0.83
    2.5 1.0 2.0 3.5 4.5 1.32 0.98
    3.0 0.5 1.5 2.0 4.0 1.48 1.13
    4.0 0.3 1.0 1.0 3.0 1.64 1.28
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    表  4  激活剂A和B复配后对无机凝胶隔离塞浆液性能的影响

    Table  4.   Effect of the compounded activators A and B on the performance of gel slurry

    激活剂及加量 初凝时
    间/h
    终凝时
    间/h
    抗压强
    度/MPa
    备注
    1.0%A+3.0%B 2.5 5.0 0.60 固化(结构松散)
    2.0%A+2.0%B 2.0 4.0 1.62 固化
    3.0%A+1.0%B 1.5 3.5 1.24 固化(有裂纹)
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    表  5  不同缓凝剂对无机凝胶隔离塞浆液成胶时间的影响

    Table  5.   Effect of different retarders on the gelation time of gel slurry

    缓凝剂 加量,% 初凝时间/h 终凝时间/h 最终状态
    1.0 2.0 凝固
    A 1 1.0 2.0 凝固
    B 1 0.5 1.5 凝固
    C 1 2.0 4.0 凝固
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    表  6  缓凝剂C的加量对无机凝胶隔离塞浆液成胶时间的影响

    Table  6.   Effect of retardant C dosage on gelling time of gel slurry

    缓凝剂C
    加量,%
    稠化时间/
    h
    初凝时间/
    h
    终凝时间/
    h
    最终
    状态
    0 0.5 1.0 2.0 凝固
    0.5 1.5 2.0 3.0 凝固
    1.0 2.0 2.5 4.0 凝固
    1.5 2.5 2.5 4.5 凝固
    2.0 3.0 3.5 5.0 凝固
    3.0 4.0 4.5 7.0 凝固
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    表  7  无机凝胶隔离塞工作液的流动性能

    Table  7.   Rheological properties of inorganic gel plug working fluid

    密度/
    (kg·L-1)
    测试条件 流动度/
    cm
    塑性黏度/
    (mPa·s)
    动切力/
    Pa
    静切力/
    Pa
    1.41 常温 25 28.5 5.0 2.5/5.0
    120 ℃×2 h 22 58.0 9.5 4.0/7.0
    120 ℃×5 h 已固化
    1.82 常温 23 44.0 13.5 5.0/8.0
    120 ℃×2 h 20 67.0 19.5 7.0/11.5
    120 ℃×5 h 已固化
    2.13 常温 21 75.0 15.0 7.5/13.0
    120 ℃×2 h 19 93.0 22.5 10.0/15
    120 ℃×5 h 已固化
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    表  8  无机凝胶隔离塞工作液与聚磺钻井液混合后的性能

    Table  8.   Performance of the working fluid gel plug mixed with polysulfonate drilling fluid

    配方 密度/
    (kg·L-1)
    表观黏度/
    (mPa·s)
    塑性黏度/
    (mPa·s)
    动切力/Pa 静切力/Pa 稠化时间/h 10 h抗压
    强度/MPa
    A 1.94 37.5 25.0 12.5 6.0/12.0
    B 2.03 90.0 75.0 15.0 7.5/13.0 2.0 8.50
    B+10%A 2.02 86.5 72.0 14.5 7.0/13.0 4.0 5.00
    B+30%A 1.99 73.5 60.0 13.5 7.5/12.0 5.5 1.50
    B+50%A 1.98 60.5 47.5 13.0 6.5/11.5 7.5 0.45
    B+70%A 1.97 51.0 38.5 12.5 6.5/12.5
    B+90%A 1.95 40.5 28.0 12.5 6.0/12.0
    注:A为密度1.94 kg/L的聚磺钻井液;B为密度2.03 kg/L的无机凝胶隔离塞工作液。
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    表  9  不同养护温度下隔离塞工作液固化后的抗压强度

    Table  9.   Compressive strengths at different curing temperatures

    温度/℃ 抗压强度/MPa
    2 h 4 h 5 h 10 h
    80 2.52 3.25 5.86
    100 3.51 4.04 6.91
    120 4.13 5.23 8.02
    150 2.21 5.11 7.54
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    表  10  不同养护温度下隔离塞工作液固化后的胶结强度

    Table  10.   Bonding strength at different curing temperatures

    温度/℃ 胶结强度/(MPa·m-2)
    2 h 4 h 5 h 10 h
    80 0.45 0.51 0.61
    100 1.07 1.19 1.21
    120 1.25 1.39 1.45
    150 1.20 1.31 1.35
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-26
  • 修回日期:  2018-09-28
  • 刊出日期:  2019-01-01

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