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TETRA超深水完井液=高密度+無鋅+無固相

TETRA超深水完井液=高密度+無鋅+無固相

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 | 白礬

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)。

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。

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。

產品研發

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。

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。

儲層損害測試

在油藏的滲透率回歸測試中,HDNZ的參照對象為具有相同密度的常規CaBr2/ZnBr2溶液。

測試對象為滲透率和礦物組成相同的巖心,在真空狀態下,巖心吸附待測溶液至飽和,之后在1500psi壓力下加熱至265℉,巖心中的液體會逐漸流出,直至達到滲透率穩定狀態。再向測試巖心內注入10倍體積的待測溶液,穩定60分鐘,重復之前的升溫過程,使巖心重新達到滲透率穩定狀態。

測試結果與預期基本相同,CaBr2/ZnBr2溶液僅能恢復41%的滲透率,而HDNZ的恢復率達到60%,HDNZ的表現遠遠超過常規的完井液體系。

溫度壓力對HDNZ的影響

與所有純凈鹵化物溶液相同,HDNZ溶液的密度隨溫度、壓力的變化而變化。由于HDNZ的配比和處理及劑組成比較特別,那些適用于常規完井液熱膨脹、壓縮系數的API 13J2標準并不適用于HDNZ體系。TETRA針對HDNZ的井下密度變化建立了多個應用模型,實際測試證明這些
模型的準確性極高,與現場應用數據高度相符。

環保性評價

測試方法采用Static Sheen標準中的EPA Method 1617和Oil and Grease標準中的EPA Method 1664A方法。

Method 1617方法測試結果顯示,HDNZ沒有在水面形成大量彩色油膜;Method 1664A方法顯示,HDNZ的油脂含量低于5mg/L,說明HDNZ符合NPDES標準以及NPDES第四部分對于產出水中油脂含量的要求。同時,測試還證實HDNZ不含Clean Water Act第307章、40 CFR 401.1標準中提到的污染物質,完全滿足EPA NPDES 第6部分對于環境污染物質的要求。

根據EPA-821-R-02-014方法進行毒性測試,時長7天,測試對象為HDNZ和密度為14.1lb/gal的CaBr2溶液。結果顯示,兩種體系的毒性并沒有明顯差異。此外,HDNZ還通過了北海環境評級的最高應用標準。

現場測試

在2015年2~10月間研發人員分別在墨西哥灣的兩口井中進行了HDNZ的應用測試。該區域的平均水深超過7000ft,泥漿溫度約為40℉,井底溫度(BHT)約為265℉,地層壓力21000psi。

密度變化情況

通過添加CaBr2,HDNZ體系的表面密度保持在14.5lb/gal左右,最高值為15.1lb/gal。由于體系的鹵化物含量較高,所以吸濕現象比較嚴重,測試過程中需要頻繁添加加重材料。

測試結果表明,HDNZ體系的井下密度與預期相符,保持在14.49lb/gal的理想狀態。

結晶溫度影響

在整個測試過程中,HDNZ的結晶溫度(TCT和PCT)非常穩定,與預期相符。在壓力15000psi情況下,HDNZ體系能夠始終保持PCT為30℉、TCT在6~9℉之間的狀態,因而可以降低作業過程中的維保費用。

配伍性

在現場測試中,HDNZ表現出了極好的配伍性,沒有發現與地層流體不兼容的問題。當HDNZ與地層流體接觸時,僅有少量NaCl析出,只需要常規的過濾操作即可,對整個作業沒有影響。

HDNZ與鉆井液體系的配伍性與常規的CaBr2體系一致,同時有效驅替作用也對HDNZ的配伍性起到了優化作用,現場測試所用驅替體系與常規驅替體系類似。

與控制管線的配伍性測試結果表明,在相同條件下,HDNZ的配伍性與常規的CaBr2體系基本相同。

最后,HDNZ與橡膠、熱塑性物質的配伍性良好,沒有出現相關問題。在長達175天的測試中,HDNZ都表現出了極強的適應性。

腐蝕性

在BHT為250℉、265℉時,HDNZ引起Q125、13Cr、15Cr材料的結垢、腐蝕、應力斷裂腐蝕(SCC)等問題。

熱穩定性

在BHT為265℉及高溫射孔作業中,HDNZ都沒有分解,熱穩定性較好。

可用性

可用性,即包括常規完井液添加劑在HDNZ體系中的實用性及其臨界性質的考察。在現場測試中,測試人員對HDNZ體系的多個參數進行了監測,包括過濾、驅替體系、攜屑、濾失、粘度和摩阻等。

HDNZ體系的粘度和摩擦性質與設計標準非常吻合,使用中非常穩定。驅替體系的聚合物體系、完井液濾失控制以及粘度、攜屑等參數均符合現場測試產量、生產時間、熱穩定性和可用性標準。在測試中,HDNZ作為驅替體系的一部分使用,且表現良好,沒有發現與其它組分的配伍性問題,所有測試結果均滿足測試要求。

測試中還使用了高流量、高處理能力的過濾體系,其中流率、固體停留時間和過濾效果均達到預期要求。過濾過程對HDNZ體系的工作特性沒有造成影響,也沒有影響HDNZ中吸油物質的性質。

環境因素

HDNZ是一種環境友好體系,滿足所有HSE要求,完全符合墨西哥灣的環保法規要求。

現場測試總結

現場測試過程中,發現了幾點非常重要的注意事項。HDNZ體系非常穩定,可在工作支持船上儲存6周以上,而密度等性質不會發生變化。在泵送過程中,首先泵送20000ft的HDNZ到井口,然后再泵輸7000ft通過立管,整個過程密度沒有變化,結晶溫度沒有受到影響。在整個測試過程中,HDNZ的工作溫度、壓力變化很大,但是其性質沒有受到影響。

在所有測試條件下,HDNZ體系滿足所有結晶溫度要求,其中包括溫度在40℉以下、壓力在14000psi以上的BOP測試。

結論

實驗室測試結果顯示,新型高密度、無鋅、無固相顆粒完井液HDNZ能夠滿足超深水作業的完井液密度要求(14.5~15.4lb/gal),相對于常規鹵化物、甲酸鹽完井液體系,HDNZ作業性能更強。

HDNZ的現場應用測試證明了實驗室測試結果,HDNZ是一種非常穩定、耐用的完井液,完全可以代替常規完井液體系使用。

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