一种基于高密度均相压井液的平衡压修井方法
阅读说明：本技术 一种基于高密度均相压井液的平衡压修井方法 (Balanced pressure well repairing method based on high-density homogeneous well killing fluid ) 是由 朱西柱 李立标 吴春生 燕永利 牛梦龙 涂建 王锋涛 于长龙 孙爽 杨耀春 何吉 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：一种基于高密度均相压井液的平衡压修井方法,首先将硝酸钠和氯化钙混合后加入到循环加药系统,然后加入溴化锌和缓蚀剂；然后在循环加药系统内的水的中循环溶解,得到密度均匀的压井液；检查配制压井液是否达标,若是压井液达标则进行压井液的注入、通洗井阶段；最后查看井口是否合格,如果井口不溢流、倒吸,则压井合格；压井合格后进行起管柱、检串过程,再驱替压井液,完成修井。本发明中平衡压修井不再用大密度非均相压井液压井,使用的高密度均相压井液,配制过程简单且不存在固相,不易堵塞储层。本发明中平衡压修井是在不封堵油管及套管的条件下可以进行地面上的常压修井,其施工周期短、需要的设备少,可以大程度降低修井费用。(A well repairing method based on balanced pressure of high-density homogeneous well killing fluid, add sodium nitrate and calcium chloride into circulating medicine system after mixing at first, then add zinc bromide and corrosion inhibitor; then circularly dissolving in water in a circulating dosing system to obtain well killing fluid with uniform density; checking whether the prepared well killing fluid reaches the standard, and if the prepared well killing fluid reaches the standard, injecting the well killing fluid and cleaning the well; finally checking whether the well mouth is qualified, and if the well mouth does not overflow or suck backwards, controlling the well to be qualified; and (4) after the well killing is qualified, performing the processes of pipe string lifting and string detection, and then displacing well killing fluid to complete well repair. The balanced-pressure well repairing method does not need a high-density heterogeneous well killing hydraulic well, and the used high-density homogeneous well killing fluid has the advantages of simple preparation process, no solid phase and difficulty in blocking a reservoir. The balanced pressure well repair of the invention can be carried out under normal pressure on the ground under the condition of not plugging an oil pipe and a casing, has short construction period and less required equipment, and can greatly reduce the well repair cost.)
技术领域
本发明涉及一种石油工程
技术领域
，具体涉及一种基于高密度均相压井液的平衡压修井方法。背景技术
近年来，随着经济的快速发展，国家对石油及天然气资源的需求量不断增多。油井的开采条件与修井工艺的技术水平对整个石油工程的效率及生产率产生较大影响。另外，技术现代化能够有效增加石油含量，更好地满足我国巨大的石油需要。如果石油项目井下作业环节修井工艺未得到明显改进，整个石油工程将出现重大问题，甚至会影响整个石油项目的开展进程。所以，推动石油项目井下操作修井工艺与推进工艺完善显得十分关键。
压井主要包括往油、水井中填充高聚物暂堵剂或高密度压井液来平衡井底压力。通过查阅资料可以得出高聚物暂堵剂的局限性：①其配制过程复杂。②高聚物暂堵剂存在固相,易堵塞储层。③解堵剂的加入易造成二次污染。④无法重复使用，费用高且污染大。
因此高聚物暂堵剂因其局限性已被绝大部分油田放弃使用，如今油田多采用高密度压井液来平衡井底压力。高密度压井液又分有机压井液及无机压井液两种，通过对比两种压井液，可以发现无机压井液具备以下四点优势：
①便捷的制备过程。②不含易燃易爆有机物。③对环境及地层不会造成污染。④其密度高且可以重复使用。
因此无机压井液逐渐成为未来带压修井操作中平衡井底压力的最佳选择。
目前检串方式有常规泄压检串及带压检串两种。受地层物性影响，常规检串存在泄压周期长，返排液拉运存在环保风险。带压检串存在费用高、施工周期长、高压安全风险等问题。急需一种新的作业形式代替带压作业，改善井筒工况，确保精细有效注水，促进油藏稳建开发。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于高密度均相压井液的平衡压修井方法，该方法能够平衡地层压力，在不封堵油管及套管的条件下可以进行地面上的常压修井的平衡压修井。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于高密度均相压井液的平衡压修井方法，包括以下步骤：
步骤一、首先将硝酸钠和氯化钙混合后加入到循环加药系统，然后加入溴化锌和缓蚀剂；
步骤二、然后在循环加药系统内的水的中循环溶解，得到密度均匀的压井液；
步骤三、检查配制压井液是否达标，若是压井液达标则进行压井液的注入、通洗井阶段；最后查看井口是否合格，如果井口不溢流、倒吸，则压井合格；
步骤四、压井合格后进行起管柱、检串过程，再驱替压井液，完成修井。
本发明进一步的改进在于，步骤一中，循环加药系统包括储罐，储罐中的水流量为200L/min～400L/min。
本发明进一步的改进在于，步骤二中压井液的密度通过下式计算；
ρ理论gH1＝ρ实际g(H1-h) (3)
式(3)中，ρ理论为理论所需压井液密度，g为重力加速度，ρ实际为实际压井液密度，H1为垂直高度，h为缓冲高度。
本发明进一步的改进在于，缓冲高度为50～100米。
本发明进一步的改进在于，理论所需压井液密度通过下式计算：
P井底＝ρ理论×g×H1 (2)
式(2)中，P关井为关井压力、H1为垂直高度、ρ理论为理论所需压井液密度，g为重力加速度。
本发明进一步的改进在于，循环溶解的时间为2～5小时；步骤二中，每方压井液包括：水：0.485m3～0.597m3，氯化钙110.44kg～215.53kg，硝酸钠466.02kg～573.13kg，溴化锌142～542.7kg以及HS-3咪唑琳季铵盐100～200kg。
本发明进一步的改进在于，步骤二中，压井液的密度范围为1.4g/cm3～1.7g/cm3。
本发明进一步的改进在于，压井液的注入时，通过先向环空中注入，注满后，从油管口注入压井液的方式进行，或者反循环注入方式进行，环空、油管、需补充体积以及井筒所需的压井液体积通过下式计算：
式(4)、(5)、(6)与(7)中，D1为套管内径，D2为油管内径，D3为油管外径，v环空为环空体积、v油管为油管体积、v补充为需补充体积、v井筒为井筒总体积。
本发明进一步的改进在于，压井液进行重复使用时，根据下一口井关井压力和垂直高度，将压井液作为基液，向基液中添加药品进行密度调节，以满足下一口井压井工作要求。
本发明进一步的改进在于，压井液进行重复使用时，所述密度调节的具体过程如下：
①根据新井的关井压力以及垂直高度计算需要的实际压井液密度；
②通过下式计算需要的基液量并将基液密度调到1.5g/cm3；
V实配压井液体积＝α×V井筒体积 (9)
其中，D1为环空内径，H为垂直高度，β为压井液膨胀率，α为系数，ρ：基液密度；z为稀释量；X为需要的基液量；n为理论稀释用水量；
根据理论稀释用水量n计算出硝酸钠、氯化钙以及溴化锌的加入量：
m硝酸钠＝n·527.47kg；
m氯化钙＝n·243.96kg；
m溴化锌＝n·54.95kg；
其中，m硝酸钠为硝酸钠的加入量，m氯化钙为氯化钙的加入量，m溴化锌为溴化锌的加入量；
③计算将每方压井液密度从1.5g/cm3调到实际压井液密度需要添加的溴化锌的量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明将压井液用来平衡压修井，和常规泄压检串、带压检串相比，平衡压修井不再需要安装防喷装置，起管过程简单、用时少、安全系数高。本发明中不用加入解堵剂，其密度高且可以重复使用，对环境及地层不会造成污染，环境友好。和现有压井液相比，本发明中平衡压修井不再用大密度非均相压井液压井，使用的高密度均相压井液，配制过程简单且不存在固相，不易堵塞储层。和带压修井相比，本发明中平衡压修井是在不封堵油管及套管的条件下可以进行地面上的常压修井，其施工周期短、需要的工人人数少、需要的设备少，可以大程度降低修井费用。
进一步的，为了防止在实际施工中由于起管过程中的惯性作用，将压井液带出，导致井筒内压井液体积减少，产生的压力不足井筒内平衡被打破压井失败，此方法在油管内设置了50～100米的缓冲高度很好的解决了这一问题。
附图说明
图1为配药流程图；
图2为反循环注入示意图；
图3为正向注入示意图。
图4为本发明的流程图。
图中：1-压井液储罐；2-循环管线；3-加药漏斗；4-水泥车；5-流量计；6-环空；7-油管；8-环空压力表；9-油管压力表。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1-图4，本发明中每方压井液配方包括：水：0.485m3～0.597m3，氯化钙110.44kg～215.53kg，硝酸钠466.02kg～573.13kg，溴化锌142～542.7kg，HS-3咪唑琳季铵盐(缓蚀剂)100～200kg。
本发明压井液的密度调节范围达1.4～1.7g/cm3，因此称为高密度。具体的，根据修井的作业深度以及井口压力，将上述原料进行配制，达到符合上述密度的压井液。
与之相应配套的平衡压修井方法包括以下步骤：
步骤一、根据油井基本数据(关井压力和垂直高度)计算出理论所需压井液的密度：
所述计算公式如下：
P井底＝P关井+ρ水×g×H1 (1)
P井底＝ρ理论×g×H1 (2)
式(1)(2)中P关井为关井压力、H1为垂直高度、ρ理论为理论所需压井液密度。
步骤二、设置缓冲高度，计算实际压井液密度：
所述计算公式如下：
ρ理论gH1＝ρ实际g(H1-h) (3)
所述式(3)中，h为缓冲高度，一般为50～100米。
根据式(3)计算出实际需要配的压井液密度ρ实际。
步骤三、根据油井基本数据：套管内径D1、油管内径D2、油管外径D3算出各个部分所需的压井液体积：
所述计算公式如下：
式(4)、(5)、(6)以及(7)中v环空为环空体积、v油管为油管体积、v补充为需补充体积、v井筒为井筒总体积。
步骤四、根据以上计算的压井液密度ρ实际和井筒总体积v井筒确定需要各种药品量以及用水量：
根据实际需配压井液体积为理论计算井筒总体积v井筒的1.5倍，以此确定需要各种药品量、用水量，完成压井液配制前的准备工作。
所述放药顺序为首先将硝酸钠、氯化钙分别整齐放置在加药漏斗两侧，将溴化锌分别放在硝酸钠与氯化钙后，方便后续加入。
步骤五、前期工作一切准备就绪，打开循环泵，建立如图1所示的循环加药系统，循环加药系统包括压井液储罐1、循环管线2、加药漏斗3、水泥车4以及流量计5；其中，压井液储罐1出口与循环管线2入口相连，循环管线2出口与水泥车4上的箱体入口相连，箱体出口经流量计5与压井液储罐1相连。循环管线2上设置有加药漏斗3。环空6上设置有环空压力表8，油管7上设置有油管压力表9。
准备加药：
加药顺序为：首先将硝酸钠和氯化钙混合加入，最后加溴化钙。
其中，加入硝酸钠和氯化钙时，先按照硝酸钠与氯化钙质量比为2：1加入，其中硝酸钠与氯化钙中的一种物质加完后，再加入原料的加入量没有限制。
所述加药过程水流量控制在200L/min～400L/min之间。
所述加药过程需每隔15分钟记录一次加药量、管道温度、对应压井液密度，确保加药过程准确无误。
步骤六、循环溶解过程：
考虑到溶解药品较多、现场温度的不确定性，可能存在溶解不充分及密度分布不均匀问题，待所有药品加完后，利用循环泵循环让其充分溶解混合均匀。
所述循环时间一般为2～5小时。
步骤七、检查配制压井液是否达标：
待循环后压井液充分溶解、密度分布均匀，对所配压井液进行体积、密度检测记录。检查压井液是否达标。
步骤八、压井液的注入、通洗井阶段：
所述注入过程可以采用两种方法注入。第一种方法为反循环注入，参见图2。第二种方法为环空和油管分别采取正挤，即在环空注满后，开始从油管口注入压井液，参见图3。
所述洗井采用反循环洗井方式(即油管7为出液口，油套环空6为进液口)进行洗井；
所述洗井时泵车排量保持在400L/min～600L/min之间。待进出口洗井液密度保持一致不变，洗井工作结束。
所述压井液在洗井阶段充当洗井液的作用。
步骤九、停泵，观察12小时后记录井口压力情况，查看井口是否溢流。
如果井口溢流则证明密度不够，需要用溴化钙再次调大压井液密度，密度每次调大0.2g/cm3再次注入直到井口无溢流。
如果井口不溢流，倒吸则证明压井合格。可以开始下一步的起管柱检串工作。
调节密度时将油管与环空接入图1所示的循环加药系统，在漏斗处加药直到密度满足要求井口无溢流。
步骤十、起管柱、检串过程：
起管柱检串时要做好坐岗观察工作，应让液面始终距离井口有50～100米的距离。
检串工作结束后，从环空开始注入驱替水开始驱替。注入流量控制在200L/min～400L/min。当监测到驱替出的压井液的体积等于注入压井液的体积。驱替出液体的密度等于注入水的密度时，驱替完成，停泵，完成修井。
步骤十一、压井液的过滤
需对驱替出的压井液进行过滤，控制过滤流量为100～200L/min。
所述过滤操作必须将浑浊、含油量大的压井液过滤处理成透明、清澈、无杂质的压井液，才可认为过滤操作合格。
步骤十二、压井液的循环使用
因注入井筒的压井液，难免会被稀释导致密度降低，故根据下一口井相关数据，将其作为基液再添加药品对其进行密度调节。使其密度满足下一口井压井工作。
所述具体调节密度计算过程如下：
①根据新井相关数据以及公式(1)、(2)与(3)计算需要压井液密度；
②计算需要的基液量并将基液密度调到1.5g/cm3；
V实配压井液体积＝α×V井筒体积 (9)
已知数据：
D1：环空内径，m；
H：垂直高度，m；
β：压井液膨胀率(1.5g/cm3的压井液为1.82，1.6g/cm3的压井液为1.86)；
α：系数，一般取1.5(考虑到现场的各种情况实配压井液体积一般为理论计算值的1.5倍)；
ρ：基液密度，g/cm3；
需要做实验测的数据：
z：稀释量，m3；(将1m3密度为1.5g/cm3压井液稀释到基液密度ρ时用的清水体积记为z)；
由已知数据和实验测得数据z，根据式(8)、(9)与(10)可以计算出：
X：需要的基液量，m3；
n：理论稀释用水量，m3；
由理论用水量n计算出需要加的药品量：
m硝酸钠＝n·527.47kg
m氯化钙＝n·243.96kg
m溴化钙＝n·54.95kg
③计算将每方压井液密度从1.5g/cm3调到ρ实际需要添加溴化锌量，参见表1。
表1密度变化时的溴化锌用量
下面为具体实施例。
实施例1
作业目的：基于高密度均相压井液的平衡压修井
作业深度：2000m
井口压力：10MPa
压井液类型：高密度均相无机压井液
根据公式计算：井底压力29.6MPa，理论压井液密度ρ理论1.51g/cm3。
根据ρ理论gH1＝ρ实际g(H1-h)计算ρ实际，其中ρ理论＝1.51g/cm3，h＝100，算得ρ实际1.58g/cm3。
算得油管体积6.41m3，油套环空体积16.89m3，需补充压井液体积2.48m3，总体积25.78m3。考虑到压井液注入过程中的损失量，现场实配压井液总体积为35m3，计需所需个药品的质量。
溴化锌7696kg，氯化钙8539kg，硝酸钠18462kg，水19m3，HS-3咪唑琳季铵盐200kg，水19m3。整个加药过程总计6小时。由于药品较多考虑到能否溶解充分及密度分布均匀问题，利用循环泵循环2小时。所述用到的循环泵为自吸泵，规格为MA-75052H，出入口口径都为50mm，功率为7.5KW，全流量为600ml/min，全扬程34m。
循环两小时后对罐内压井液体积以及密度进行测量，罐内压井液体积共计35m3，罐内压井液密度为1.58g/cm3。压井液体积、密度均合乎要求。
开始压注入前，需15分钟的憋压、试压观察期，15分钟的观察期结束，无异常情况，开始压井工作。
第一阶段从开始注入到压井液充满环空部分为止，将计算好的V环空所需要的压井液从环空注入。开始注入压力为20MPa，该阶段通过控制出口节流阀确保出口压力不变。当注入压井液的量为15m3时。测得共计排除水13.5m3，第一阶段注入结束。
因油管排出的水经过泄压阀后排出，故油管排出水和注入压井液不能实时对应。
第二个阶段加大注入压力每五分钟检测一次。控制每五分钟注入0.85m3，整个注入过程大约80分钟，测得总计注入13m3，排出水13.5m3。油管压力将为0MPa。总计加入26.5m3。开始循环洗井，洗井结束，停泵，观察12小时后环空压力(通过设置在环空上的环空压力表8测得)、油管压力(通过设置在油管上的油管压力表9测得)均为0，无溢流。
起管，起管过程每起20根需补充一次压井液。每次补加压井液0.3m3。共计补加10次总计补加3m3。起管结束时，井内必须先下入不少于井深1/3的油管，坐好井口，严禁空井等停。检查起出油管及井下附件结垢、腐蚀情况，丈量油管、核对数据，核实封隔器位置，更换不合格油管及附件，并做好记录。下入完井管柱。按完井管柱要求，配下桥式同心完井分注钻具，结构为：母堵+筛管+双作用凡尔+CQFFO3型防腐涂层油管+桥式同心配水器+CQFFO3型防腐涂层油管+Y341-114可洗井隔器+CQFFO3型防腐涂层油管+桥式同心配水器+CQFFO3型防腐涂层油管+Y341-114可洗井封隔器+ФCQFFO3型防腐涂层油管至井口。检串工作结束。
完成修井工作后，用活动洗井车反循环将井内压井液驱替，驱替过滤后压井液30m3，密度为1.3g/cm3，在实验室内用水将100ml 1.57g/cm3稀释成1.3g/cm3测得用水112.5ml。转换成1m3，Z为1.125。
实施例2
此实施例和实施例1的区别在于，环空部分的15m3压井液注入结束后，油管部分的13m3压井液从油管正向注入，此实施例和实施例1相比较优点是压井液在油管内是从上往下剂，压井液和油管内的水是逆向的。两者接触面少，接触时间短可以大大降低水对压井液的稀释作用。
实施例3
作业目的：基于高密度均相压井液的平衡压修井
作业深度：2500m
井口压力：11.5MPa
压井液类型：高密度均相无机压井液
根据计算井底压力：36MPa，压井液密度ρ理论：1.48g/cm3，压井液密度ρ实际：1.54g/cm3，环空体积：19.78m3，油管体积：7.55m3，补充体积：3m3。井筒体积：30.5m3。
实配压井液体积40m3，带入公式计算需要基液量28m3。将密度调到1.5g/cm3需要加的药品量硝酸钠7860kg。氯化钙3636kg，溴化锌820kg，将密度从1.5g/cm3调到1.54g/cm3。需要加溴化钙2184kg。在加HS-3咪唑琳季铵盐(缓蚀剂)200kg。将各种药品按图1进行混合，待所有药品加完利用水泥车循环两小时测得压井液40m3，密度为1.54g/cm3。压井液体积、密度均合乎要求。
开始压井前，需15分钟的憋压、试压观察期，15分钟的观察期结束，无异常情况，开始压井工作。两个注入阶段，实时监测注入压井液的体积、油管排出水的体积、井口压力的变化情况。十分钟监测一次注入量和排出量，控制每十分钟注入2m3。整个注入过程约为100分钟注入压井液20m3。测得共计排除水19.5m3。注入完成测得环空压力为0MPa。
第二个阶段加大注入压力每五分钟检测一次。控制每五分钟注1m3，整个注入过程大约40分钟，测得总计注入压力8m3，排出水7.8m3。油管压力将为0MPa，总计加入28m3。开始循环洗井，停泵，观察12小时后环空压力、油管压力均为0，无溢流。起管，起管过程每起20根需补充一次压井液。每次补加压井液0.3m3。共计补加10次总计补加3m3。
完成修井工作后，用活动洗井车反循环将井内压井液驱替，驱替出压井液33m3，密度为1.29g/cm3，实验室测得，Z为1.095。
实施例4
此实施例和实施例3的区别在于，环空部分的20m3压井液注入结束后，油管部分的8m3压井液从油管正向注入，此实施例和实施例3相比较优点是压井液在油管内是从上往下剂，压井液和油管内的水是逆向的，两者接触面少，接触时间短可以大大降低水对压井液的稀释作用。
实施例5
作业目的：基于高密度均相压井液的平衡压修井
作业深度：1500m
井口压力：8MPa
压井液类型：高密度均相无机压井液
根据公式计算井底压力：22.7MPa，ρ理论为1.54g/cm3，ρ实际为1.64g/cm3，环空体积12m3，油管体积4.6m3，补充体积1.8m3。井筒体积18.4m3。
实配压井液体积29m3，需要基液20.3m3，理论稀释水量10.7m3，将20.3m3基液密度调1.5g/cm3所需各种药品。硝酸钠5643.2kg，氯化钙2610.4kg，溴化锌588kg。再将密度从1.5g/cm3调到1.64g/cm3。需加溴化锌6668kg。在加HS-3咪唑琳季铵盐(缓蚀剂)150kg。
待所有药品加完利用循环泵循环两小时测得压井液29m3，密度为1.64g/cm3。压井液体积、密度均合乎要求。
开始压井前，需15分钟的憋压、试压观察期，15分钟的观察期结束，无异常情况，开始压井工作。两个注入阶段，实时监测注入压井液的体积、油管排出水的体积、井口压力的变化情况。
第一阶段十分钟监测一次注入量和排出量，控制每十分钟注入2m3。整个注入过程约为60分钟注入压井液12m3。测得共计排除水11.8m3。注入完成测得环空压力为0MPa。
第二个阶段加大注入压力每五分钟检测一次。控制每五分钟注1m3，整个注入过程大约25分钟，测得总计注入压力5m3，排出水4.8m3。油管压力将为0MPa。总计加入17m3。开始循环洗井停泵，观察12小时后环空压力、油管压力均为0，无溢流。起管，起管过程每起20根需补充一次压井液。每次补加压井液0.3m3。整个起管过程共计补入七次，总计2.1m3。
实施例6
此实施例和实施例3的区别在于环空部分的12m3压井液注入结束后，油管部分的5m3压井液从油管正向注入。此实施例和实施例3相比较优点是压井液在油管内是从上往下剂，压井液和油管内的水是逆向的。两者接触面少，接触时间短可以大大降低水对压井液的稀释作用。
以上所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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