水基完井液靜態(tài)沉降穩(wěn)定性影響因素研究

楊蘭平,杜仕勇,夏榆皓,徐興宇,張?zhí)?程鑫*

(1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術服務公司,四川 成都 610051; 2.西南石油大學化學化工學院,四川 成都 610500)

在完井作業(yè)中,保持完井液有良好的靜態(tài)沉降穩(wěn)定性極為重要[1]。目前對鉆完井液在靜止條件下沉降穩(wěn)定性的評價沒有統(tǒng)一的方法。國外學者一般使用沉降因子(SF)法來檢驗不同的油田工作液的靜態(tài)沉降穩(wěn)定性[2-3]。國內(nèi)經(jīng)常需要在試油現(xiàn)場分析油田工作液的靜態(tài)沉降穩(wěn)定性。李家學等[4]調(diào)研了落棒法、SF法、針入式沉實度測定法和靜態(tài)穩(wěn)定分層指數(shù)(SSSI)法。其中SSSI法[5]對于儀器的要求不高,適用于國內(nèi)試油現(xiàn)場。靜態(tài)穩(wěn)定分層指數(shù)所測SSSI值與底部密度相關系數(shù)高達0.97以上,能夠比較準確地判斷完井液沉降穩(wěn)定性沉降程度,所以現(xiàn)場常采用SSSI法對完井液的沉降穩(wěn)定性進行度量。

沉降溫度、老化時間、完井液密度都是影響完井液靜態(tài)沉降穩(wěn)定性的重要因素,并且靜態(tài)沉降穩(wěn)定性的變化可能會反映在完井液的流變性能和濾失性能的波動上[7]。有鑒于此,筆者在用SSSI值來定量反映靜態(tài)沉降穩(wěn)定性變化的基礎上,通過計算不同因素間的皮爾森相關性系數(shù),繪制熱力圖,考察了不同因素對SSSI值的影響大小[8]。

1 實 驗

1.1 主要原料及儀器

改性聚磺水基完井液,密度1.50 g/cm3,蓬深2井;聚磺水基完井液,密度1.75 g/cm3,磨溪151井;有機鹽聚磺水基完井液,密度2.35 g/cm3,龍興1井。

NB-1型泥漿比重計,武漢格萊莫檢測設備有限公司;氮氣鋼瓶(GB/T 3864—2008),成都新炬化工有限公司;PHS-3CU型pH計,上海越平科學儀器(蘇州)制造有限公司;GGS42-A2型高溫高壓濾失儀,青島恒泰達機電設備有限公司。

1.2 完井液性能測試方法

采用SSSI法對完井液進行靜態(tài)穩(wěn)定性能評價。分別測試完井液在設定溫度下靜恒不同時間的靜態(tài)沉降穩(wěn)定性,并計算對應的SSSI值。鉆井液流變、濾失性能的測試參照文獻[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 水基完井液的沉降穩(wěn)定性

完井液的靜態(tài)沉降穩(wěn)定性與完井液老化溫度、完井液密度、完井液老化時間均成正相關,且靜態(tài)沉降穩(wěn)定性會反映在完井液流變性數(shù)值、濾失量(FL)、析出清液量(簡稱清液)的變化上,實驗結(jié)果如表1、表2和表3所示。由于流變性可使用很多特征屬性表示,并且這些特征屬性的變化趨勢基本相同,所以完井液流變性用表觀黏度(AV)作為反映完井液流變性的標志;FL以高溫高壓濾失實驗測定,測定溫度根據(jù)完井液老化溫度調(diào)整;清液量測試使用針筒進行清液吸取和測量。

表1 不同條件的蓬深2井沉降穩(wěn)定性

表2 不同條件的磨溪151井沉降穩(wěn)定性

表3 不同條件的龍興1井沉降穩(wěn)定性

2.2 完井液密度與不同影響因素的相關性分析

采用皮爾森相關系數(shù)[10]分析變量間相關性,相關性系數(shù)介于-1與1之間。皮爾森相關系數(shù)以熱力圖展示,其中相關性系數(shù)越接近1或-1,橢圓越扁,顏色越深,表明兩變量間正或負相關性越強;相關性系數(shù)越接近0,橢圓越圓,顏色越淡白,表明兩變量間相關性較弱。實驗考察了不同因素對沉降穩(wěn)定性的相關性分析,由于沉降穩(wěn)定性使用SSSI值表示其沉降狀況,所以熱力圖僅需觀察最后一列SSSI相關性系數(shù)即可。

圖1是蓬深2井、磨溪151井和龍興1井不同密度的完井液影響因素的相關性分析結(jié)果。由圖1可見,完井液密度越小,沉降穩(wěn)定性受溫度的影響越大,越容易發(fā)生沉降,但老化溫度沒有老化時間對完井液沉降穩(wěn)定性影響大;完井液密度越大,沉降穩(wěn)定性受老化時間影響越大,越容易發(fā)生沉降;不同密度完井液的AV、FL與沉降穩(wěn)定性雖成正相關,但相關性不強(即相關性系數(shù)波動),而不能由AV、FL反映完井液的沉降狀態(tài);不同密度完井液沉降所產(chǎn)生的清液量與沉降穩(wěn)定性間正相關性較強,清液量越多完井液沉降可能性越大。

圖1 不同密度完井液的皮爾森系數(shù)

2.3 沉降溫度與不同影響因素的相關性分析

對不同沉降溫度的完井液進行密度、老時、AV、FL、清液、SSSI值的相關性分析。3種完井液在沉降溫度140、160 ℃和180 ℃的分析結(jié)果如圖2所示。由圖2所見,沉降溫度越低,完井液沉降穩(wěn)定性受密度的影響越大,越容易發(fā)生沉降。140 ℃沉降溫度下,密度增大的影響大于老化時間的影響;沉降溫度越高,完井液沉降穩(wěn)定性受老化時間影響越大,越容易發(fā)生沉降。沉降溫度僅在180 ℃下,完井液AV和FL與沉降穩(wěn)定性間正相關性較強,則180 ℃下可由AV和FL同時增大,推斷完井液沉降可能性越大。

圖2 不同溫度完井液的皮爾森系數(shù)

不同沉降溫度下,清液量與沉降穩(wěn)定性的相關性系數(shù)接近0。這是因為相關性分析計算的同一沉降溫度數(shù)據(jù)中包含了不同密度完井液的數(shù)據(jù),而不同密度的完井液在靜態(tài)沉降時,析出的清液量大小不一,反映成清液量與沉降穩(wěn)定性的相關性系數(shù),就會出現(xiàn)正相關與負相關相互抵消的情況。所以清液量與其他因素的相關性分析,需要控制完井液數(shù)據(jù)來自于同一密度的完井液,否則清液量與完井液沉降穩(wěn)定性呈現(xiàn)無相關性。

2.4 老化時間與不同影響因素的相關性分析

對不同老化時間下的完井液進行密度、溫度、老化時間、AV、FL、清液、SSSI值的相關性分析。沉降7、10 d和15 d的分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同沉降天數(shù)完井液的皮爾森系數(shù)

由圖3可見,老化時間在15 d以內(nèi),密度、溫度和老化時間均與沉降穩(wěn)定性具有正相關性,對沉降穩(wěn)定性的影響大小為:密度>老化時間>溫度;隨著老化時間的增加,密度對沉降穩(wěn)定性的影響逐漸減小,溫度、老化時間對沉降穩(wěn)定性的影響逐漸增大,但仍然小于密度的影響,說明溫度、老化時間分別與密度對沉降穩(wěn)定性的影響呈現(xiàn)競爭關系。不同老化時間完井液的AV、FL與沉降穩(wěn)定性雖呈正相關,但AV相關性降低以及FL相關性不強,而不能由AV、FL反映完井液的沉降狀態(tài)。清液量與其他因素的相關性分析,需要控制完井液數(shù)據(jù)來自于同一密度的完井液,否則清液量與完井液沉降穩(wěn)定性呈現(xiàn)無相關性。

3 結(jié) 論

a.隨著完井液密度增大,溫度對完井液沉降穩(wěn)定性的影響逐漸減小;隨著沉降溫度的逐漸增大,密度對完井液沉降穩(wěn)定性的影響逐漸減小;沉降溫度與完井液密度對完井液沉降穩(wěn)定性均呈正相關,但兩者的影響呈現(xiàn)競爭關系。

b不同密度完井液沉降所產(chǎn)生的清液量與沉降穩(wěn)定性間正相關性較強,清液量越多完井液沉降可能性越大;清液量與其他因素的相關性分析,需要控制完井液數(shù)據(jù)來自于同一密度的完井液。沉降溫度僅在180 ℃下,完井液AV和FL與沉降穩(wěn)定性間均正相關性較強,則可由AV和FL同時增大,推斷完井液沉降可能性越大。

c.沉降溫度、完井液密度、老化時間均與沉降穩(wěn)定性成正相關,但在對沉降穩(wěn)定性的影響中沉降溫度、老化時間分別與密度呈現(xiàn)競爭關系;沉降15 d內(nèi),沉降穩(wěn)定性的影響排序:完井液密度>老化時間>沉降溫度(“>”表示“優(yōu)于”)。