WYL型高密度沖洗液評價及微觀分析

王雪敏，張 健，吳永勝，焦利賓，陳大鈞，雷鑫宇

(1.西南石油大學化學化工學院，成都 610500;2.天津市大港油田第四采油廠，天津 300280;3.中國科學院成都有機化學有限公司，成都 610041)

油基鉆井液常用于井下溫度高、地層壓力大的深部井段鉆探，油基泥漿的濾餅難以清除，會導致固井質量低下。目前國內常用的沖洗液功能單一，對油基泥餅的沖洗效率不高［1－3］。而西南石油大學化學化工學院研發的多功能沖洗液對低固相泥漿、油基泥漿的沖洗效率均達到88%以上，且能顯著提高界面膠結強度。筆者在此研究的基礎上，對懸浮劑及加重材料進行了優選，并通過“楔合效應”提高水泥環界面膠結強度，制得以X－P為懸浮劑、CTK－1為加重劑、KZ－1為界面增強劑的 WYL型沖洗液，并對其性能進行了評價［4－6］。

1 原料及儀器

烷基磺酸鹽類陰離子表面活性劑、聚氧乙烯烷基醚類非離子表面活性劑，工業品，成都川鋒化學工程有限責任公司;膨潤土、固相材料磁鐵礦CTK－1及礦渣KZ－1，工業品，峨眉山市雍久超細材料技術有限公司;木質素磺酸鹽分散劑FSL－1，工業品，牡丹江市紅林化工有限公司;懸浮劑X－P，工業品，北京瓜爾潤科技有限公司;懸浮劑SWJ－1和SWJZ－1，山東沃爾德有限公司。

API水泥實驗全套裝置，沈陽石油儀器研究所有限責任公司;ZNN－D6六速旋轉黏度計，青島得順電子機械有限公司;Quanta 450型掃描電鏡，美國FEI公司;NYL－300型壓力試驗機，無錫市建筑材料儀器設備廠。

配制100 mL含有0.3%(質量分數)X－P的溶液，依次加入固相材料、滲透劑和pH調節劑，得到高密度沖洗液，沖洗液配方如表1所示。

表1 沖洗液配方

2 WYL型高密度沖洗液的性能

2.1 對油基鉆井液濾餅的沖洗效果

油基泥漿由勝利鉆井工藝研究院提供。根據行業標準SY/T 5374—2000《油氣井注水泥前置液使用方法》的要求，評價WYL型沖洗液對油基泥漿的沖洗效果，結果見圖1和圖2。

圖1 油基鉆井液濾餅

圖2 油基鉆井液濾餅沖洗效果

沖洗液對油基鉆井液濾餅有較好的沖洗效果，濾餅裸露面積較大，且對油基鉆井液濾餅有很好的潤濕反轉作用。

2.2 與鉆井液的相容性

WYL型沖洗液對油基鉆井液流變性能的影響如表2所示。油基鉆井液與WYL型沖洗液以不同比例混合時，混合液相均具有較好的剪切稀釋性，保證了良好的流動性能，未出現絮凝、沉淀現象，說明鉆井液與沖洗液具有較好的相容性。

油基鉆井液與WYL型沖洗液混合時，黏度升高。堿性沖洗液對油相具有良好的乳化、分散能力，可以使油相比較穩定地分散在沖洗液中。乳化后的混合液仍具有很好的流變性，可以滿足施工作業要求。

表2 WYL型沖洗液對鉆井液流變性能的影響

2.3 膠結強度

模擬井壁和套管上附著泥漿濾餅情況，用WYL型沖洗液洗刷沖洗，以微膨水泥為基準水泥漿，水泥配方為G級水泥+2%膨脹劑+2%增韌劑Ⅱ +1.5%SWJ－1+1.2%SWJZ－1。經70 ℃水浴養護48 h后，測得第一界面膠結強度為3.05 MPa，第二界面膠結強度為1.07 MPa。第一界面膠結強度增幅較大，說明沖洗液中的活性楔合材料對界面交接強度的提高有積極的作用。WLY型沖洗液通過對濾餅的乳化、分散、沖刷以及對界面的潤濕作用，使得第二界面具有良好的水潤濕性，并楔合著適量的可參與水泥漿水化的活性材料，與后續水泥漿有良好的膠結條件。

2.4 微觀分析

將模擬井壁在油基鉆井液中浸泡數周，至模擬井壁完全被潤濕后，按石油行業標準 SY/T 5374—2000進行沖洗實驗后，在模擬井壁中灌入水漿，在常壓及70℃下養護2 d后，對端面或膠結剖面取樣，制成粉末，按X射線衍射要求規格制樣后進行電鏡分析。

2.4.1 X 射線衍射

對樣品進行X射線衍射分析，發現界面膠結處含有大量鈣礬石，沖洗液配方中含有碳酸鈉、礦渣和微硅，當沖洗液沖洗第一界面和第二界面后，界面上或附著、或楔合有礦渣和微硅，并使界面形成親水的堿性環境。后續水泥漿在這樣的環境中與界面膠結，形成膠結強度。

2.4.2 電鏡掃描

WYL型沖洗液對油基鉆井液泥餅界面的沖洗效果如圖3所示。經過WYL型沖洗液沖洗的界面，微膨水泥在界面可以很好地膠結，即使在微裂縫處也可以生成大量層狀物填充空隙，在界面處形成良好的封隔能力。

圖3 WYL型沖洗液對油基鉆井液泥餅界面的沖洗效果

3 結語

1)WYL型沖洗液優選了加重材料CTK－1與活性材料KZ－1，與油基鉆井液的相容性好，泥餅清除率高，界面膠結強度高。

2)通過X射線衍射和掃描電鏡分析，從微觀角度對膠結界面和微膨水泥石進行觀測、分析，從微觀機理上分析了活性材料的楔合作用。

［1］舒福昌，向興金，羅剛，等.高密度雙作用前置液性能研究［J］.石油天然氣學報，2007，29(1):96 －98.

［2］和傳健，徐明，肖海東.高密度沖洗隔離液的研究［J］.鉆井液與完井液，2004，21(5):19 －21，26.

［3］齊靜，李寶貴，張新文，等.適用于油基鉆井液的高效前置液的研究與應用［J］.鉆井液與完井液，2008，25(3):49 －51.

［4］陳大鈞，雷鑫宇，李芹，等.雙重強化界面膠結強度技術［J］.鉆井液與完井液，2014，31(1):57 －59.

［5］任春宇，陳大鈞.RC型沖洗液性能的室內研究［J］.鉆井液與完井液，2012，29(6):66 －67.

［6］由福昌，許明標.一種固井前置沖洗液沖洗效率的評價方法［J］.鉆井液與完井液，2009，26(6):47 －48.