一種固井用油基泥漿沖洗液的制備及應(yīng)用

梁艷麗，郭 娟, 常少赟,李林鋒,靳建忠

(衛(wèi)輝市化工有限公司，河南 衛(wèi)輝 453100)

0 前言

油基鉆井液具有熱穩(wěn)定性和潤(rùn)滑性能好、低摩阻性能、密度范圍大、抗各種鹽類(lèi)污染及強(qiáng)抑制性等眾多優(yōu)點(diǎn)，使用油基鉆井液可有效避免油氣層的水敏作用。因此在頁(yè)巖氣和儲(chǔ)存水敏性程度較高的井區(qū)，常會(huì)采用油基鉆井液進(jìn)行鉆探，以保護(hù)油氣層不受侵害，但是油基鉆井液在套管壁和井壁上形成的油基鉆井液沉淀物和泥餅，嚴(yán)重影響了固井后所形成的水泥環(huán)與套管和井壁的膠結(jié)強(qiáng)度，不能有效封隔油氣層，從而嚴(yán)重影響固井的質(zhì)量。

本研究針對(duì)現(xiàn)有沖洗液清洗效果差、水泥漿頂替效率低而導(dǎo)致固井質(zhì)量差等技術(shù)問(wèn)題，研制了一種油基泥漿沖洗劑，室內(nèi)對(duì)其沖洗能力、流變性和抗溫性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研制的沖洗液具有較好的耐溫性和可泵性，同時(shí)對(duì)其油基泥漿及其濾餅有較好的沖洗能力，提高了兩界面膠結(jié)強(qiáng)度和固井質(zhì)量。

1 組成及制備方法

1.1 沖洗液基礎(chǔ)配方的組成

油基泥漿沖洗液由以下物質(zhì)組成：氟碳表面活性劑0.05～0.1份、乙二醇單丁醚18～22份、柴油7.5～11份、磷酸三甲酯4.5～6份、烷基酚聚氧乙烯醚6～7.5份、壬基酚聚氧乙烯醚6～7.5份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉10～15份、十二烷基苯磺酸鈉12.5～17.5份和蒸餾水13.4～35.45份。

1.2 沖洗液的制備方法

①在反應(yīng)釜中加入蒸餾水，開(kāi)啟攪拌，然后加入十二烷基苯磺酸鈉，使十二烷基苯磺酸鈉充分溶解；②加入氟碳表面活性劑、柴油和乙二醇單丁醚，攪拌；③加入烷基酚聚氧乙烯醚和壬基酸聚氧乙烯醚，攪拌；④加入脂肪醇聚氧乙烯硫酸鈉，攪拌；⑤加入磷酸三甲酯攪拌，得固井用油基泥漿沖洗劑。

2 實(shí)驗(yàn)使用儀器

JJ2000B型電子天平：稱(chēng)取范圍0～2 000 g，精度為0.01 g；六速旋轉(zhuǎn)黏度儀；數(shù)顯三用恒溫水浴箱HH-W420，可控制在(20±0.1)℃；變頻高速攪拌機(jī)；DFC-0706A型常壓稠化儀，應(yīng)符合GB 10238中第7.1.4的要求；溫度計(jì)，0～50 ℃，分值為0.1。

3 沖洗效率性能評(píng)價(jià)

井壁、套管壁上黏附的油基鉆井液是導(dǎo)致水泥環(huán)與固井界面膠結(jié)質(zhì)量變差的主要因素，致使固井界面膠結(jié)不良，使固井作業(yè)存在很大的氣竄隱患[1]。因此如何有效地清洗泥餅，提高界面的膠結(jié)能力，對(duì)提高固井質(zhì)量至關(guān)重要[2]。油基泥漿沖洗液首先通過(guò)吸附作用附著在油污表面，再通過(guò)滲透作用進(jìn)入油污內(nèi)部，依靠極低的界面張力，使油污與井壁之間的潤(rùn)濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，使其在接觸時(shí)間內(nèi)從井壁自然脫落，從而提高水泥環(huán)與套管和井壁的膠結(jié)質(zhì)量[3]。室內(nèi)將油基泥漿沖洗液配制成不同濃度，分別為0、5%、10%、15%，并對(duì)其沖洗效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和數(shù)據(jù)分析。

3.1 沖洗效率性能評(píng)價(jià)方法

①首先去掉六速旋轉(zhuǎn)黏度儀內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)筒，稱(chēng)取外轉(zhuǎn)筒的質(zhì)量為W；②將外轉(zhuǎn)筒刻度線以下用毛刷均勻涂抹現(xiàn)場(chǎng)泥漿，稱(chēng)取掛有現(xiàn)場(chǎng)泥漿的六速旋轉(zhuǎn)黏度儀外轉(zhuǎn)筒(以下稱(chēng)為試樣外轉(zhuǎn)筒)，質(zhì)量為W1(g)；③將外轉(zhuǎn)筒緩慢安在六速旋轉(zhuǎn)黏度儀上，按要求濃度配制好的沖洗液倒在六速旋轉(zhuǎn)黏度儀樣品杯中(沖洗液預(yù)熱至38～40 ℃)，啟動(dòng)六速旋轉(zhuǎn)黏度儀將轉(zhuǎn)速控制為300 r/min，旋轉(zhuǎn)沖洗時(shí)間為8 min；④沖洗結(jié)束后停止旋轉(zhuǎn)，移走樣品杯，緩慢放下試樣外轉(zhuǎn)筒，肉眼觀察，若轉(zhuǎn)子表面沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)泥漿，則清洗效率為100%，若轉(zhuǎn)子表面有現(xiàn)場(chǎng)泥漿則瀝干后，稱(chēng)其質(zhì)量為W2，其清洗效率為：

式中：η，清洗效率；W1，清洗前現(xiàn)場(chǎng)泥漿和外轉(zhuǎn)筒的總質(zhì)量，g；W2，清洗前現(xiàn)場(chǎng)泥漿和外轉(zhuǎn)筒的總質(zhì)量，g；W，外轉(zhuǎn)筒的凈質(zhì)量，g。

3.2 油基泥漿沖洗溶液不同濃度的配制

將油基泥漿沖洗液按占水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0(即清水)、5%、10%、15%的加量配制成不同濃度的沖洗液。

3.3 濃度對(duì)油基泥漿沖洗液沖洗效率的影響

室內(nèi)將固井用油基泥漿沖洗液配制成不同濃度(濃度分別為0、5%、10%、15%)，按照沖洗液評(píng)價(jià)方法對(duì)油基泥漿進(jìn)行沖洗，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 不同濃度沖洗液的沖洗效率

從以上數(shù)據(jù)可以得出：隨著沖洗液濃度的增加，清洗能力不斷升高，且在不同加量下具有良好的線形關(guān)系；當(dāng)濃度達(dá)到15%時(shí)，沖洗液的濃度達(dá)到最佳，沖洗效率高達(dá)99.8%。

4 流變性能及抗溫性能評(píng)價(jià)

考慮到現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況，進(jìn)一步測(cè)試了油基泥漿沖洗液的流變性和抗溫性。沖洗液不僅要具有較高沖洗效率，同時(shí)還要有很低的黏度和良好的可泵性。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了濃度為15%的油基泥漿沖洗液，分別在溫度為25、70、90 ℃條件下的流變性能，并對(duì)其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

根據(jù)配方將油基泥漿沖洗液配制成15%的濃度，用變頻高速攪拌機(jī)高速攪拌5 min，25 ℃測(cè)定其流變性能；再按其方法配制相同濃度的沖洗液2份，分別在70、90 ℃下常壓養(yǎng)護(hù)20 min，再進(jìn)行流變參數(shù)的測(cè)定，不同溫度下15%濃度沖洗液流變參數(shù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同溫度下15%濃度沖洗液流變參數(shù)

從表2中可以看出，隨溫度升高，沖洗液的流變指數(shù)n值增大，即沖洗液的流變性增加，接近牛頓流型流體。隨溫度的升高，稠度系數(shù)K值逐漸減小，即稠度降低，具有良好的可泵性。高溫養(yǎng)護(hù)之后，整體的流變性能較好，稠度變化不大[4]。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

油基泥漿沖洗液通過(guò)溪205井、黃202H3-3井、黃202H1-3井等30多口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果，下面主要以黃202H1-3井為例，介紹油基泥漿沖洗液的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。

黃202H1-3井位于重慶市永川區(qū)來(lái)蘇鎮(zhèn)石牛寺村6組，四川盆地渝西區(qū)塊構(gòu)造帶。該井井型為水平井，井別為評(píng)價(jià)井。目的層為志留系龍馬溪組，鉆探目的是評(píng)價(jià)向斜區(qū)埋深4 100～4 200 m五峰組—龍14小層各小層產(chǎn)能貢獻(xiàn)；完鉆層位志留系龍馬溪組。該井本開(kāi)Φ215.9 mm鉆頭完鉆井深5 710 m，Φ139.7 mm套管固井，封固產(chǎn)層，本次固井采用常規(guī)固井工藝，采用G級(jí)兩凝水泥漿體系，兩凝界面為3 900.00m，水泥漿返至地面，密度為2.20kg/L G級(jí)緩凝水泥漿封固1 000.00～3 900.00 m，密度1.90 kg/L G級(jí)快干水泥漿封固3 900.00～5 710.00 m，水泥塞長(zhǎng)45.84 m。

本井主要存在清潔凈化井眼難：長(zhǎng)水平段、井壁應(yīng)力穩(wěn)定性差，巖屑在水平井段因自重作用貼底邊下沉，容易沉砂掉塊堵塞環(huán)空，因此如何保證井眼穩(wěn)定，防止坍塌、清潔凈化井眼沉砂、掉塊，為后期作業(yè)提供穩(wěn)定、暢通井眼通道是關(guān)鍵。固井質(zhì)量難以保證：①套管在大斜度井段、水平段居中度低，可能出現(xiàn)巖屑和流體因自重下沉等；②鉆井液相對(duì)密度高、粘切高，頂替中竄槽幾率大；③高相對(duì)密度油基鉆井液、水泥漿之間相容性差，接觸污染流體變稠，流變性變差，不利于頂替等固井技術(shù)難點(diǎn)。

全井段采用油基泥漿沖洗液，聲幅測(cè)井檢測(cè)結(jié)果顯示固井合格率100%，固井質(zhì)量綜合評(píng)定為優(yōu)良，取得了良好的固井效果。

6 結(jié)論

油基泥漿沖洗液由以下物質(zhì)組成：氟碳表面活性劑0.05～0.1份、乙二醇單丁醚18～22份、柴油7.5～11份、磷酸三甲酯4.5～6份、烷基酚聚氧乙烯醚6～7.5份、壬基酚聚氧乙烯醚6～7.5份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉10～15份、十二烷基苯磺酸鈉12.5～17.5份和蒸餾水13.4～35.45份。油基泥漿沖洗液具有很好的清洗效果，能夠有效清洗泥餅表面殘余的油污，濃度僅為15%的沖洗液沖洗效率可達(dá)到99.8%，大幅提高了界面膠結(jié)強(qiáng)度。該沖洗液具有良好的流變性和耐溫性，接近于牛頓型流體，高溫養(yǎng)護(hù)20 min后，仍具有良好的流變性能和可泵性。油基泥漿沖洗液通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)30多口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，固井質(zhì)量綜合評(píng)定為優(yōu)良，取得了良好的固井效果。