用于欠平衡钻井的抗高温高强度冻胶阀及应用

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1、东北石油大学学报第39卷第5期2015年10月JoURNALoFNoRTHEASTPETROLEUMUNIVERslTYVO1．39No．5Oct．2015用于欠平衡钻井的抗高温高强度冻胶阀及应用李志勇，马攀，陶冶。，薛连云，杨超，陈帅。，韦火云，李鸿飞h(1．中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249；2．中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；3．中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院，北京100083；4．中国石油新疆油田分公司工程技术研究院，新疆克拉玛依8340

2、00)摘要：常用冻胶阀技术很难满足深井高温作业需求．为充分发挥欠平衡钻井优势，研制一种新型冻胶液，在高温下通过交联反应，形成作用力极强的空间网状结构及与井壁的黏结力，达到封隔压力的要求；评价抗温性、密封性、耐压性及破胶性等冻胶封隔压力所需的性能．结果表明，该冻胶抗温达160℃，与管壁具有很好的黏壁性，能有效密封井下压力，耐压强度高，并且破胶彻底，破胶液利于返排，不影响后续正常的钻完井作业．该技术可在高温井中有效封隔井下欠平衡作业引起的气体涌人，应用效果良好．关键词：欠平衡钻井；冻胶阀；抗温性；耐压性；破胶性

3、；可穿透性中图分类号：TE249．1文献标识码：A文章编号：2095—4107(2015)05—0080—060引言欠平衡钻井技术产生于2O世纪30年代，兴起于2O世纪8O年代．欠平衡钻井可使地层流体有控制地进入井筒，避免井漏与储层伤害等问题L1]．随着欠平衡钻井技术的深入研究和推广应用，国内外石油公司对欠平衡钻井技术的要求越来越高，须寻求一种能够实现全过程欠平衡钻井的作业方式和方法．冻胶阀作为一种新型的控压手段，可有效代替套管阀，实现全过程欠平衡钻井．在欠平衡钻井及完井过程中，冻胶阀利用自身的强度及与井壁

4、的黏结力封隔井下压力，消除由井底压力过大引起的储层伤害，保护储层并避免由套管阀失效引起的钻井事故；同时，降低欠平衡钻井的作业成本，实现全过程欠平衡钻井作业_2]．2006年，在我国西北地区首次成功进行冻胶阀现场试验，其技术思想和工艺得到广泛认同]．目前，冻胶阀技术在多个油田进行推广应用，最大应用井深为3km左右，冻胶阀工作温度最高可达120℃左右]．随着石油资源勘探开发领域的进一步延伸，深井钻探技术应用越来越广．我国未探明石油储量约为85×10。t，其中有73储藏在深层；我国常规天然气资源预测产量为38×1

5、0ITI。，其中埋藏深度大于3500in的天然气资源占57[5]．因此，深部储层具有巨大的开发潜力，深层的高温环境成为欠平衡钻井冻胶阀作业不可回避的问题，现有冻胶阀技术需要进一步提高抗温性及强度．笔者研发抗高温、高强度冻胶阀技术，可拓展冻胶阀应用领域，有助于实现深井全过程欠平衡钻井作业，从而提高全过程欠平衡钻井综合服务水平．1实验1．1药品与仪器(1)药品．增韧剂，分析纯，北京现代东方精细化学品有限公司生产；耐温聚合物、高温稳定剂，交联剂，北京石大博源科技有限公司生产；HPAM(水解聚丙烯酰胺)，任丘市鑫聚

6、化工有限公司生产；破胶剂，北收稿日期：2014—11—10；编辑：关开澄基金项目：国家自然科学基金创新研究群体项目(51221003)；国家科技重大专项(2o16ZXo5044)；国家自然科学基金面上项目(51374225)；北京市高等学校青年英才计划项目(YETP0671)；国家留学基金项目(201506445008)；中国石油大学(jE京)优秀青年教师基金项目(2462o15YQO211)作者简介：李志勇(1978一)，男，博士，副教授，主要从事储层保护、钻井液优化设计、油田化学、钻井废弃物处理等方面的

7、研究．·8O·‘第5期李志勇等：用于欠平衡钻井的抗高温高强度冻胶阀及应用京正清然科技有限公司生产．(2)仪器．SF1100高速分散机，常州铭普化工机械有限公司生产；ZNN—D6B电动六速黏度计，青岛同春石油仪器有限公司生产；JHT一3新型滚子高加热炉，现代石油科技发展有限公司生产；高温冻胶性能测试仪，北京石大博源科技有限公司生产．1．2原理及配方冻胶阀的胶液成胶主要是通过成胶剂与交联剂的交联反应形成的，其中交联剂为有机交联剂．常见交联反应中，可交联的基团包括：钠羧基、酰胺基、羟基、醚链中的醚键口]．起交联剂

8、作用的高价金属离子可解离成多核羟桥络离子，与水作用生成大量羟基，如Al。经过解离络合水解，生成[(H0)AI(OH)~抖，再通过羟桥作用和进一步水解作用生成羟基铝[8]．HPAM是水溶性线性高分子聚合物，在水中发生水解作用而溶解分散在水中，浓度增加，自由溶剂减少，高分子基团之间距离减小，使得基团间相互作用增强．同时，HPAM自身带有可交联的基团一CooH与一CoNH，交联剂与成胶剂之间通过羟基、氨基发生作用(见图