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預防或處理井漏的油井處理方法

2023-05-13 08:55:31 3

專利名稱:預防或處理井漏的油井處理方法
技術領域:
本發明涉及預防或處理(curing)在鑽探油井、氣井和地熱井等井期間遇到的井漏(loss circulation)問題的方法。
背景技術:
井漏定義為在鑽井或固井操作期間鑽井液或水泥(cement)完全或部分漏失至高度可滲透區域、洞穴性地層和天然或派生裂縫(induced fracture)中。井漏的結果可包括-由於井內液面降低而引起的井噴(液體靜壓頭的損失);-由於差的巖屑清除而引起的鑽杆被卡住;-由於不充分的膠結充填而引起的油層隔離失效;-由於鑽井液或水泥漏失、鑽井時間增加和補註水泥操作而引起的成本增加;-由於漏失至生產區而引起的地層損害;-井漏失;-井漏的嚴重性可從較輕(<10bbl(1.5m3)/hr)至嚴重(流體全部漏失,不能使井眼完全充滿或者獲得返回至地面)。
處理井漏的方法之一是將材料(堵漏材料,LCMs)添加至要橋堵或堵塞滲透至地層的流體中。LCMs通常分成四種主要類型-粒狀(例如,碎堅果殼(ground nut shell)、塑料或石灰石);-層狀(例如,賽璐珞薄片);-纖維(例如,鋸屑、乾草、玻璃纖維);和-包膠液體吸收顆粒。
LCMs的大小可為200目至3/4英寸,並且根據漏失嚴重性,其濃度通常為8-120lb/bbl。
井漏時沉降的水泥塞(通常包括LCMs)也已經用於在鑽探期間解決這些問題。包括泡沫水泥在內的低密度水泥也被認為是特別有用的。通常認為在水泥漿料中使用LCMs僅對較輕的或部分漏失有效,而對完全漏失的情況而言,泡沫水泥是唯一有效的方案。水泥漿料中最普遍使用的是LCMs粒狀材料,例如硬瀝青、碎煤(crashed coal)或碎堅果殼。已經嘗試過賽璐珞薄片材料,但是面臨的問題是在更高的負荷下混合漿料。在水泥漿料中很少使用纖維材料,這是因為存在堵塞固井設備的問題。EP 1284248中描述了已經提出的使用纖維的系統,該系統包括使用在低密度的水泥漿料中使用玻璃或聚合物纖維,在低密度的水泥漿料中固體材料以分散的粒度帶存在。
不含Portland水泥的其它膠凝或粘稠系統也已經用作堵塞材料。這些系統的實例有膠凝劑,例如矽酸鹽以及合適的激活劑。這種堵塞材料也可含有粒度在8-254微米範圍內和濃度高至10lb(4.5kg)/bbl的橋堵材料,例如碾碎的碳酸鈣。其它膠凝系統包括Sorel水泥(氧化鎂、氯化鎂和水)。
也已經提出了某些井底混合系統。這些包括包膠在乳液中的泥漿-柴油-油-膨潤土(M-DOB)堵塞材料和多糖膠凝系統,該乳液在井底被剪切力破裂(參見EP 0738310)。後一系統的發展是結合有水泥的膠凝系統(參見WO00/75481)。
井漏問題和可行方案的詳細情況可見於Baret,Daccord and Yearwood,Well Cementing,Chapter 6″Cement/Formation Interactions″,6-1至6-17。
本發明的目的是提供可用於鑽探期間減少與井漏相關的問題的技術。

發明內容
在最廣的意義上,本發明包括用水基流體處理處理井,所述水基流體含有當量直徑少於300μm的固體顆粒和長度在約10mm至約25mm之間的水可分散纖維,添加的濃度為約0.5-6磅每桶流體(barrel of fluid)。
不希望受限於理論,發現水可分散纖維通過沿著筒壁(borewall)形成容易被小固體顆粒堵塞的網孔(mesh)而增強了濾餅的形成。
本發明的流體可為鑽井液本身,並且在後一情況下,例如小固體顆粒可由添加用來增加鑽井液重量的加重材料構成,所述加重材料包括例如,重晶石(硫酸鋇)、赤鐵礦(氧化鐵)、鈦鐵礦(氧化鐵鈦)、菱鐵礦(碳酸鐵)、方鉛礦(硫化鉛)、四氧化錳或氧化鋅。加重顆粒的平均粒度在20-200μm的範圍內,即,比水可分散纖維的粒度小約100-1000倍的數量級。通常加重材料的用量為約0.2-2千克/升,更優選為0.25-1.5千克/升。
根據本發明的實施方案之一,水可分散纖維通常為長度為約10-15mm,直徑為20μm的玻璃纖維。它們優選由耐鹼性纖維的短切纖維製成,如石棉代用品纖維(asbestos-replacement fibers)等容易購買的產品一樣,短切纖維具有水可分散的施膠系統(sizing system)。纖維的長度越長,其形成網狀結構的能力越好。然而,高於15mm長的玻璃纖維已經被證實難以用可用於鑽探平臺(rig site)上的標準混合裝置泵送。濃度通常為約1至3約磅/桶流體,儘管在特別重要的情況下(在這種情況下,該流體更容易作為相對短體積的丸粒而被泵送)要求較高濃度。
通常將纖維添加至用於混合鑽井液的地面混合裝置(surface mixingequipment)中。該纖維的濃度一般為1-5lb/bbl。如其它纖維材料、薄片和細粒尺寸的顆粒等其它LCMs也可以以相同的濃度添加。
根據本發明的另一實施方案,纖維為聚合物纖維,例如(酚醛novoloid)纖維,例如可利用長度為約18-22mm,直徑為約21mm,以及水含量為35-45%的纖維(參見美國專利5782300,獲取對合適纖維的更詳細描述)。
如上所述,本發明的處理液可為目前用於鑽井的流體,或者用於治癒井漏問題的專門混合的流體,可以為規定體積(limited volume)的丸粒。在後一情況下,該流體還可含有小尺寸的顆粒,即通常類似於鑽井液中經常遇到的情況一樣。在一個實施方案中,所述丸粒可為隔離劑(spacer)。
丸粒的一種特別優選形式包括纖維和水泥(例如微水泥(micro-cement)),任選添加有橋堵材料(bridging material),例如碳酸鈣或施膠的(sized)顆粒。這種丸粒可含有80%施膠碳酸鈣和20%微水泥以及纖維。聚合物也可包括在內。
儘管這種丸粒可連續地泵送,但也需要混合和泵送一定容量,所述容量沒有返回至地面,但僅對只到達井漏區域是足夠的,從而防止堵塞地面設備(surface equipments)。
本發明的另一方面涉及該纖維在水泥漿料中的用途。在該方面,低密度的水泥漿料具有以分散的粒度帶存在的固體成分並含有纖維,製備該水泥漿料並用加壓氣體泵送至井內,以便形成密度十分低的泡沫漿料,該漿料填充在井漏區域附近。


以下將通過實施例並參考附圖1描述本發明,圖1顯示了為解決井漏問題而供給低密度的泡沫水泥和纖維的系統的示意圖。
具體實施例方式
本發明適於各種鑽井液,如下表所示的水基和油基。



以下兩個實施例將說明根據本發明使用纖維材料解決井漏問題。
實施例1鑽探至垂直深度為2700m的井遭遇嚴重的井漏區域。該井是使用GelChem鑽探泥漿鑽探的,GelChem鑽探泥漿具有下述性質粘度77PV/YP19/15凝膠強度6/16水漏失8.2pH10Cl900Ca35密度1100kg/m3塑性粘度55-65cp在本發明的過程開始時,將13袋(約295.1千克)水可分散的玻璃纖維(長為10-14mm,直徑為20μm)添加至基本泥漿中,並泵送至井內。然後,再將8袋(約181.6千克)泵送至泥漿中,其後在地面觀察到回流(returns)。最後,再添加11袋纖維(約249.7千克),並泵送至其內,其後在地面觀察到完全循環(即返回至地面的泥漿量等於泵送至井內的量)。總共將727千克纖維泵送至110m3的鑽井泥漿(GelChem)內。
實施例2鑽探至垂直深度為630m的井遭遇嚴重的井漏區域。利用撓性管,利用密度為1050kg/m3和塑性粘度為55-65cp的GelChem鑽探泥漿鑽探井。起初,泵送碳酸鈣或鋸屑的LC丸粒,而沒有任何效果。該處理分五個階段進行1.將5袋(約113.5千克)水可分散的玻璃纖維(長為10-14mm,直徑為20μm)添加至12m3泥漿中,並泵送經過撓性管。
2.將6袋(約136.2千克)纖維添加至12m3泥漿中並泵送經過撓性管。
3.將7袋(約158.9千克)纖維與泥漿混合,並泵送經過圓形套筒(annulus)(反循環)。
4.將12袋(約272.4千克)纖維與泥漿混合,並泵送經過圓形套筒(反循環),其後觀察到撓性管內返回至地面的回流。
5.將8袋(約181.6千克)纖維與泥漿混合,並泵送經過圓形套筒(反循環),從而觀察到完全循環。
總共將863千克纖維泵送至70m3泥漿中。
圖1顯示了為解決井漏問題,可將纖維和低密度的泡沫水泥漿料一起使用的系統。合適的低密度水泥描述於WO 01/09056中(USSN 10/049,198,在此引入作為參考)。可發泡這種漿料的方式描述於WO 00/50357中(USSN09/914,331,在此引入作為參考)。含有纖維的低密度水泥漿料描述於WO03/014040中(在此引入作為參考)。
在圖1所示的系統中,在大槽10中製備基礎水泥共混物。對於間歇式混合應用而言,將該共混物泵送經過泵送槽12,至間歇式混合器14中,在該點也添加纖維。然後將間歇式混合的漿料從混合器14中泵送出,經過另一泵送槽16。對連續的混合而言,並不要求第一泵送單元12和間歇式混合器14,並且纖維(和任何其它添加劑)是在泵送單元16直接添加的。將混合單元16的輸出物經過止回閥20至泡沫產生器22中,止回閥20連接泡沫穩定劑源18和氮氣源24。將泡沫漿料從產生器22泵送至井口26,並以常規的方式沿著井流下。如常規一樣,也包括旁路管線28和坑(pit)的調節閘板30。
應當理解,在本發明的範圍內,可作出各種變化。例如,纖維可與其它LCM結合,以及可用於各種類型的泥漿中。LCM可為膠凝系統的形式,例如含水泥的系統(上述碳酸鈣和微水泥,或泡沫漿料)。可作為單獨的丸粒、作為一系列丸粒、或者基本上連續地泵送該纖維,直至恢復循環。該纖維可通過鑽杆、鑽頭或其它井下裝置,或通過撓性管,經過圓形套筒泵送。
權利要求
1.一種井處理方法,其包括泵送流體,所述流體包括水基、當量直徑少於300μm的固體顆粒和長度在約10mm至約25mm之間的水可分散纖維,所述纖維的濃度為約0.5-6磅每桶流體。
2.權利要求1的方法,其中所述纖維的直徑為約20μm。
3.權利要求2的方法,其中所述纖維是玻璃纖維且長度為約10至約15mm。
4.權利要求3的方法,其中所述纖維的添加濃度是約1-3磅每桶流體。
5.權利要求2的方法,其中所述纖維是長度為約18至約22mm和水含量為35-45%的聚合物纖維。
6.權利要求4的方法,其中所述纖維是酚醛纖維。
7.權利要求1的方法,其中所述固體顆粒選自重晶石、赤鐵礦、鈦鐵礦、碳酸鈣、碳酸鐵、方鉛礦、四氧化錳、白雲石、氧化鋅、水泥以及它們的混合物。
8.權利要求2的方法,其中所述固體顆粒的直徑小於75μm。
9.權利要求3的方法,其中至少50%的固體顆粒的直徑在10-30μm的範圍內。
10.上述權利要求中任一項的方法,其中所述流體進步一包括額外的堵漏材料。
11.權利要求10的方法,其中所述堵漏材料選自纖維材料、薄片和細粒尺寸的顆粒。
12.上述權利要求中任一項的方法,其中所述流體是作為鑽井液而泵送的,並且水可分散的纖維在與井筒接觸時形成能夠增強濾餅形成的網狀結構,由此減少了流體漏失進入地層中。
13.權利要求1-11中任一項的方法,其中所述流體是以規定體積的丸粒形式被泵送的,以修補(remedy)井漏問題。
14.權利要求13的方法,其中所述丸粒的流體包括水泥和橋堵劑作為當量直徑小於300μm的固體顆粒。
15.權利要求14的方法,其中所述水泥是微水泥,並且所述橋堵劑是碳酸鈣顆粒。
16.權利要求15的方法,其中微水泥與碳酸鈣顆粒的重量比為80∶20。
17.權利要求13的方法,其中所述丸粒是隔離劑。
18.上述權利要求中任一項的方法,其中所述流體被發泡。
全文摘要
本發明披露一種防止或處理在鑽井期間井漏的方法,該方法包括將濃度為約0.5至6磅每桶的、長度為約10-25mm的水可分散纖維,例如玻璃纖維或聚合物纖維,添加到泵送的水基流體中,所述水基流體含有當量直徑小於300μm的固體顆粒。具有固體顆粒的基流可為鑽井液或為處理井漏而專門泵送的小體積丸粒。
文檔編號E21B21/00GK1788066SQ200480012946
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月10日 優先權日2003年5月13日
發明者貝努伊特·維迪克, 拉法特·阿巴斯, 特雷弗·芒克, 羅傑·基斯, 埃裡克·尼爾森 申請人:普拉德研究及發展公司

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