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无锌 无固相 高密度!超深水完井液新选择(上)

超深水完井要求高?TETRA带来全新高密度、无锌、无固相完井液(上)

超深水完井难度极高,对完井液的要求也非常苛刻。常规超深水完井液对环境和作业人员都存在潜在伤害。为此,TETRA公司推出了新型高密度、不含锌、无固相的完井液体系,下面简单介绍该技术。

来自 | TETRA Technologies
编译 | 张德凯

传统的高密度、无固相完井液对溴化锌/甲酸铯的依赖度非常高,导致完井液的使用存在一定难度,此外,这类完井液存在污染环境的风险,且造价较高,严重限制了其自身的使用。

卤化物及甲酸盐类物质在完井液中的应用历史已超过30年,曾发挥了巨大的作用。但是该类完井液已经不能满足现行环境法规下的超深水完井作业要求,业内急需一款高密度、低结晶温度的完井液,即在避免使用溴化锌的同时保持低TCT(True Crystallization Temperature,真实结晶温度)和PCT(Pressure Crystallization Temperature,压力结晶温度)。

近日,TETRA推出了一款新型高密度、无锌、无固相完井液(HDNZ)体系,该体系能满足超深水完井作业对高密度完井液(通常为14.5~15.4lb/gal)的需求。

此外,该类完井液对环境影响小、价格低、不含固相,是传统高密度ZnBr2、甲酸铯完井液的理想替代品,主要可以用于完井和修井作业,也可以用作钻过储层的低固相钻井液。

本期石油圈将简述超深水作业完井液面临的挑战,包括密度、结晶温度、腐蚀以及与设备&地层液体&控制管线流体的配伍性等问题。随后对以上问题进行分析,确定相关解决方案,并对比了HDNZ与现有技术,并列出了HDNZ的应用案例。

产品特性

1.完井液体系密度可达15.4ppg(1.85g/ml),目前正在开发更高密度的产品;
2.与密度相同的卤化盐完井液相比,结晶温度(TCT和PCT)更低;
3.高温下及储存过程中非常稳定;
4.与常规设备通用;
5.与井下橡胶、热塑性物质、金属配伍;
6.与其它流体(地层流体、控制管线流体等)的配伍性与常规卤盐完井液相同;
7.完井液体系可重复配置,供给稳定。

产品优点

1.不含锌,不需要“零排放”设备;
2.采用通用技术,可回收利用;
3.体系呈中性,对作业人员和环境几乎无伤害;
4.与同类产品相比,成本更低;
5.在作业过程中,无需特殊混合、处理、存储技术;
6.符合全球环境标准,适用性强。

TETRA对多种完井液系统进行了测试,得到了最佳的HDNZ体系,新的完井液体系性能与常规的溴化钙完井液相同,同时符合上述各种性能要求。

HDNZ产品研发过程测试

新型完井液的首要标准是要保证其密度在14.5~15.4lb/gal之间,同时,30℉时的PCP低于15000psi。在研发过程中,TETRA对多种水基、非水基的样品进行了研究,根据测试结果确定了进一步测试的目标。

热稳定性

TETRA首先对通过初步测试的完井液样品进行了热稳定性考察。初始测试温度为265℉,最终确定最佳完井液体系。得到的HDNZ在265℉没有分解,且在随后的高温测试(300℉和325℉)中也没有分解。

配伍性

研发人员测试了HDNZ系统与其它液体(井内流体、其它化学药品等)、管串、密封橡胶及地层的配伍性。

地层流体配伍性测试

研发人员在室温条件下对HDNZ与合成地层流体进行了配伍性试验,合成流体的卤化物溶液/地层水比例分别为25:75、50:50、75:25,混合流体剧烈搅拌,之后静置24h。合成流体稳定后,有少量盐类(NaCl)析出,这与地层流体中析出CaCl2原理相同。

研发人员还测试了HDNZ与原油样品的配伍性,测试温度为室温,合成卤化物溶液/原油比例分别为25:75、50:50、75:25,混合样品经剧烈搅拌混合均匀,静置4天。在测试条件相同的情况下,混合液样品性质与参照样品CaCl2/原油溶液性质类似。原油比例低的混合流体相对稳定,没有形成乳状液,而原油比例高的合成流体形成了稳定的乳状液,静置4天无破乳现象。之后三种混合液中分别又加入了0.5%防乳剂,在180℉的室温条件下进行了重复试验。加入防乳剂后,在180℉条件下混合液静置不到24h就完全消除了乳化现象。

控制管线流体(Control Line Fluids)配伍性测试

研发人员在室温条件下将HDNZ与多种控制管线流体进行了配伍性测试,合成液比例分别为(卤化物溶液:控制管线液体)25:75、50:50、75:25,剧烈搅拌混合均匀后静置72h。在混合过程中,两种液体接触即析出了固体物质,固体量与控制管线液体比例成正比。在剧烈搅拌后,固体物质即漂浮于混合液表面,但只要轻微震荡就会重新悬浮于混合液中。混合液的这种性质与参照物CaCl2/控制管线混合液的性质相同。

合成油基泥浆配伍性测试

HDNZ与多种商用合成油基泥浆(SBM)在室温下进行了配伍性测试,测试混合液比例(卤化物溶液:SBM)分别为25:75、50:50、75:25,混合液经剧烈搅拌混合均匀,之后静置17h。盐水/SBM比例为75:25的混合液在混合后马上分为三层:中间层浑浊、无色,主要为完井液;上层为轻质碳氢化合物;底层为密度最大的固体盐类。混合比例为50:50的混合液分为两层,底层为硫酸钡。而比例为25:75的混合液形成了稳定、单一相。同样,这与参照物CaCl2/SBM混合液的性质基本相同。

合成基泥浆基油配伍性测试

HDNZ与SBM的基油在室温条件下进行了配伍性测试,测试混合液比例(盐类:SBM基油)分别为25:75、50:50、75:25,混合液经剧烈搅拌混合均匀,之后静置24h。所有三种比例混合的液体在混合后均迅速分层,与预期结果一致。

与橡胶类物质配伍性测试

在HDNZ与橡胶类、热塑性物质的配伍性测试中,测试人员分别选取了相同密度的传统CaBr2/ZnBr2溶液和密度为14.1lb/gal的CABr2溶液进行对比。测试温度265℉,测试时长为30天,配伍性测试结果包括多种指标,如膨胀情况、硬度变化、50%模量和断裂伸长。测试结果显示,HDNZ的性能与传统的CaBr2/ZnBr2、CABr2溶液性能基本相同。

腐蚀性测试

HDNZ的腐蚀性测试包括多种管串材料,常规腐蚀测试采用了Q125合金,环境敏感破裂测试(EAC)选取了Q125、13Cr和15Cr等材质。

均匀腐蚀测试

HDNZ的常规腐蚀选取Q125材料,在相同密度下与常规的CaBr2/ZnBr2溶液进行对比。测试介质包括一种清洁溶液和一种添加了防腐蚀物质的溶液。

测试温度为265℉,测试时长分别为7、14、21天,测试结果与预期相同,常规的CaBr2/ZnBr2溶液腐蚀性更强,添加有防腐物质溶液的HDNZ体系腐蚀性最弱,清洁溶液HDNZ体系的腐蚀性居中。其中在21天的腐蚀测试中,添加了防腐蚀物质的HDNZ体系腐蚀率仅为0.17 mils/年。

超深水完井难度大?TETRA带来全新高密度、无锌、无固相完井液

图1 265℉下,Q125在14.7ppg流体中的均匀腐蚀速率

环境敏感破裂(EAC)测试

EAC测试对象为Q125、13Cr和15Cr材料,测试在完全干燥条件下进行,温度265℉,时长30天,CO2压力30psi,N2压力1000psi。C型环和裂缝测试在高合金钢材料进行,拉伸测试采用Q125材料。

结果显示,13Cr、15Cr和Q125材料在HDNZ体系中测试后都没有发现裂缝,同时缝隙腐蚀也非常弱,基本可以忽略。

本期石油圈主要介绍了HDNZ产品研发过程中的热稳定性、配伍性和腐蚀性试验,下期石油圈将继续带来“无锌 无固相 高密度!超深水完井液新选择(下)”,其中将介绍HDNZ产品研发过程中的储层损害测试、温度压力的影响、环保性评价以及现场应用的一系列评价,敬请期待!

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。