水基完井液靜態沉降穩定性影響因素研究

楊蘭平,杜仕勇,夏榆皓,徐興宇,張太亮,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)

在完井作業中,保持完井液有良好的靜態沉降穩定性極為重要[1]。目前對鉆完井液在靜止條件下沉降穩定性的評價沒有統一的方法。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沉降穩定性[2-3]。國內經常需要在試油現場分析油田工作液的靜態沉降穩定性。李家學等[4]調研了落棒法、SF法、針入式沉實度測定法和靜態穩定分層指數(SSSI)法。其中SSSI法[5]對于儀器的要求不高,適用于國內試油現場。靜態穩定分層指數所測SSSI值與底部密度相關系數高達0.97以上,能夠比較準確地判斷完井液沉降穩定性沉降程度,所以現場常采用SSSI法對完井液的沉降穩定性進行度量。

沉降溫度、老化時間、完井液密度都是影響完井液靜態沉降穩定性的重要因素,并且靜態沉降穩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值來定量反映靜態沉降穩定性變化的基礎上,通過計算不同因素間的皮爾森相關性系數,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穩定性能評價。分別測試完井液在設定溫度下靜恒不同時間的靜態沉降穩定性,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 結果與討論

2.1 水基完井液的沉降穩定性

完井液的靜態沉降穩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,且靜態沉降穩定性會反映在完井液流變性數值、濾失量(FL)、析出清液量(簡稱清液)的變化上,實驗結果如表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,測定溫度根據完井液老化溫度調整;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井沉降穩定性

表2 不同條件的磨溪151井沉降穩定性

表3 不同條件的龍興1井沉降穩定性

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[10]分析變量間相關性,相關性系數介于-1與1之間。皮爾森相關系數以熱力圖展示,其中相關性系數越接近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定性的相關性分析,由于沉降穩定性使用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果。由圖1可見,完井液密度越小,沉降穩定性受溫度的影響越大,越容易發生沉降,但老化溫度沒有老化時間對完井液沉降穩定性影響大;完井液密度越大,沉降穩定性受老化時間影響越大,越容易發生沉降;不同密度完井液的AV、FL與沉降穩定性雖成正相關,但相關性不強(即相關性系數波動),而不能由AV、FL反映完井液的沉降狀態;不同密度完井液沉降所產生的清液量與沉降穩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

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 ℃的分析結果如圖2所示。由圖2所見,沉降溫度越低,完井液沉降穩定性受密度的影響越大,越容易發生沉降。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,完井液沉降穩定性受老化時間影響越大,越容易發生沉降。沉降溫度僅在180 ℃下,完井液AV和FL與沉降穩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

不同沉降溫度下,清液量與沉降穩定性的相關性系數接近0。這是因為相關性分析計算的同一沉降溫度數據中包含了不同密度完井液的數據,而不同密度的完井液在靜態沉降時,析出的清液量大小不一,反映成清液量與沉降穩定性的相關性系數,就會出現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,需要控制完井液數據來自于同一密度的完井液,否則清液量與完井液沉降穩定性呈現無相關性。

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的分析結果如圖3所示。

圖3 不同沉降天數完井液的皮爾森系數

由圖3可見,老化時間在15 d以內,密度、溫度和老化時間均與沉降穩定性具有正相關性,對沉降穩定性的影響大小為:密度>老化時間>溫度;隨著老化時間的增加,密度對沉降穩定性的影響逐漸減小,溫度、老化時間對沉降穩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定性的影響呈現競爭關系。不同老化時間完井液的AV、FL與沉降穩定性雖呈正相關,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。清液量與其他因素的相關性分析,需要控制完井液數據來自于同一密度的完井液,否則清液量與完井液沉降穩定性呈現無相關性。

3 結 論

a.隨著完井液密度增大,溫度對完井液沉降穩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定性均呈正相關,但兩者的影響呈現競爭關系。

b不同密度完井液沉降所產生的清液量與沉降穩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,需要控制完井液數據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定性成正相關,但在對沉降穩定性的影響中沉降溫度、老化時間分別與密度呈現競爭關系;沉降15 d內,沉降穩定性的影響排序:完井液密度>老化時間>沉降溫度(“>”表示“優于”)。