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無鋅 無固相 高密度!超深水完井液新選擇(上)

超深水完井要求高?TETRA帶來全新高密度、無鋅、無固相完井液(上)

超深水完井難度極高,對完井液的要求也非??量?。常規超深水完井液對環境和作業人員都存在潛在傷害。為此,TETRA公司推出了新型高密度、不含鋅、無固相的完井液體系,下面簡單介紹該技術。

來自 | TETRA Technologies
編譯 | 張德凱

傳統的高密度、無固相完井液對溴化鋅/甲酸銫的依賴度非常高,導致完井液的使用存在一定難度,此外,這類完井液存在污染環境的風險,且造價較高,嚴重限制了其自身的使用。

鹵化物及甲酸鹽類物質在完井液中的應用歷史已超過30年,曾發揮了巨大的作用。但是該類完井液已經不能滿足現行環境法規下的超深水完井作業要求,業內急需一款高密度、低結晶溫度的完井液,即在避免使用溴化鋅的同時保持低TCT(True Crystallization Temperature,真實結晶溫度)和PCT(Pressure Crystallization Temperature,壓力結晶溫度)。

近日,TETRA推出了一款新型高密度、無鋅、無固相完井液(HDNZ)體系,該體系能滿足超深水完井作業對高密度完井液(通常為14.5~15.4lb/gal)的需求。

此外,該類完井液對環境影響小、價格低、不含固相,是傳統高密度ZnBr2、甲酸銫完井液的理想替代品,主要可以用于完井和修井作業,也可以用作鉆過儲層的低固相鉆井液。

本期石油圈將簡述超深水作業完井液面臨的挑戰,包括密度、結晶溫度、腐蝕以及與設備&地層液體&控制管線流體的配伍性等問題。隨后對以上問題進行分析,確定相關解決方案,并對比了HDNZ與現有技術,并列出了HDNZ的應用案例。

產品特性

1.完井液體系密度可達15.4ppg(1.85g/ml),目前正在開發更高密度的產品;
2.與密度相同的鹵化鹽完井液相比,結晶溫度(TCT和PCT)更低;
3.高溫下及儲存過程中非常穩定;
4.與常規設備通用;
5.與井下橡膠、熱塑性物質、金屬配伍;
6.與其它流體(地層流體、控制管線流體等)的配伍性與常規鹵鹽完井液相同;
7.完井液體系可重復配置,供給穩定。

產品優點

1.不含鋅,不需要“零排放”設備;
2.采用通用技術,可回收利用;
3.體系呈中性,對作業人員和環境幾乎無傷害;
4.與同類產品相比,成本更低;
5.在作業過程中,無需特殊混合、處理、存儲技術;
6.符合全球環境標準,適用性強。

TETRA對多種完井液系統進行了測試,得到了最佳的HDNZ體系,新的完井液體系性能與常規的溴化鈣完井液相同,同時符合上述各種性能要求。

HDNZ產品研發過程測試

新型完井液的首要標準是要保證其密度在14.5~15.4lb/gal之間,同時,30℉時的PCP低于15000psi。在研發過程中,TETRA對多種水基、非水基的樣品進行了研究,根據測試結果確定了進一步測試的目標。

熱穩定性

TETRA首先對通過初步測試的完井液樣品進行了熱穩定性考察。初始測試溫度為265℉,最終確定最佳完井液體系。得到的HDNZ在265℉沒有分解,且在隨后的高溫測試(300℉和325℉)中也沒有分解。

配伍性

研發人員測試了HDNZ系統與其它液體(井內流體、其它化學藥品等)、管串、密封橡膠及地層的配伍性。

地層流體配伍性測試

研發人員在室溫條件下對HDNZ與合成地層流體進行了配伍性試驗,合成流體的鹵化物溶液/地層水比例分別為25:75、50:50、75:25,混合流體劇烈攪拌,之后靜置24h。合成流體穩定后,有少量鹽類(NaCl)析出,這與地層流體中析出CaCl2原理相同。

研發人員還測試了HDNZ與原油樣品的配伍性,測試溫度為室溫,合成鹵化物溶液/原油比例分別為25:75、50:50、75:25,混合樣品經劇烈攪拌混合均勻,靜置4天。在測試條件相同的情況下,混合液樣品性質與參照樣品CaCl2/原油溶液性質類似。原油比例低的混合流體相對穩定,沒有形成乳狀液,而原油比例高的合成流體形成了穩定的乳狀液,靜置4天無破乳現象。之后三種混合液中分別又加入了0.5%防乳劑,在180℉的室溫條件下進行了重復試驗。加入防乳劑后,在180℉條件下混合液靜置不到24h就完全消除了乳化現象。

控制管線流體(Control Line Fluids)配伍性測試

研發人員在室溫條件下將HDNZ與多種控制管線流體進行了配伍性測試,合成液比例分別為(鹵化物溶液:控制管線液體)25:75、50:50、75:25,劇烈攪拌混合均勻后靜置72h。在混合過程中,兩種液體接觸即析出了固體物質,固體量與控制管線液體比例成正比。在劇烈攪拌后,固體物質即漂浮于混合液表面,但只要輕微震蕩就會重新懸浮于混合液中?;旌弦旱倪@種性質與參照物CaCl2/控制管線混合液的性質相同。

合成油基泥漿配伍性測試

HDNZ與多種商用合成油基泥漿(SBM)在室溫下進行了配伍性測試,測試混合液比例(鹵化物溶液:SBM)分別為25:75、50:50、75:25,混合液經劇烈攪拌混合均勻,之后靜置17h。鹽水/SBM比例為75:25的混合液在混合后馬上分為三層:中間層渾濁、無色,主要為完井液;上層為輕質碳氫化合物;底層為密度最大的固體鹽類?;旌媳壤秊?0:50的混合液分為兩層,底層為硫酸鋇。而比例為25:75的混合液形成了穩定、單一相。同樣,這與參照物CaCl2/SBM混合液的性質基本相同。

合成基泥漿基油配伍性測試

HDNZ與SBM的基油在室溫條件下進行了配伍性測試,測試混合液比例(鹽類:SBM基油)分別為25:75、50:50、75:25,混合液經劇烈攪拌混合均勻,之后靜置24h。所有三種比例混合的液體在混合后均迅速分層,與預期結果一致。

與橡膠類物質配伍性測試

在HDNZ與橡膠類、熱塑性物質的配伍性測試中,測試人員分別選取了相同密度的傳統CaBr2/ZnBr2溶液和密度為14.1lb/gal的CABr2溶液進行對比。測試溫度265℉,測試時長為30天,配伍性測試結果包括多種指標,如膨脹情況、硬度變化、50%模量和斷裂伸長。測試結果顯示,HDNZ的性能與傳統的CaBr2/ZnBr2、CABr2溶液性能基本相同。

腐蝕性測試

HDNZ的腐蝕性測試包括多種管串材料,常規腐蝕測試采用了Q125合金,環境敏感破裂測試(EAC)選取了Q125、13Cr和15Cr等材質。

均勻腐蝕測試

HDNZ的常規腐蝕選取Q125材料,在相同密度下與常規的CaBr2/ZnBr2溶液進行對比。測試介質包括一種清潔溶液和一種添加了防腐蝕物質的溶液。

測試溫度為265℉,測試時長分別為7、14、21天,測試結果與預期相同,常規的CaBr2/ZnBr2溶液腐蝕性更強,添加有防腐物質溶液的HDNZ體系腐蝕性最弱,清潔溶液HDNZ體系的腐蝕性居中。其中在21天的腐蝕測試中,添加了防腐蝕物質的HDNZ體系腐蝕率僅為0.17 mils/年。

超深水完井難度大?TETRA帶來全新高密度、無鋅、無固相完井液

圖1 265℉下,Q125在14.7ppg流體中的均勻腐蝕速率

環境敏感破裂(EAC)測試

EAC測試對象為Q125、13Cr和15Cr材料,測試在完全干燥條件下進行,溫度265℉,時長30天,CO2壓力30psi,N2壓力1000psi。C型環和裂縫測試在高合金鋼材料進行,拉伸測試采用Q125材料。

結果顯示,13Cr、15Cr和Q125材料在HDNZ體系中測試后都沒有發現裂縫,同時縫隙腐蝕也非常弱,基本可以忽略。

本期石油圈主要介紹了HDNZ產品研發過程中的熱穩定性、配伍性和腐蝕性試驗,下期石油圈將繼續帶來“無鋅 無固相 高密度!超深水完井液新選擇(下)”,其中將介紹HDNZ產品研發過程中的儲層損害測試、溫度壓力的影響、環保性評價以及現場應用的一系列評價,敬請期待!

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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