無固相清洗型隔離液研究與應用

劉文明， 肖堯， 齊奔， 付家文， 孫勤亮， 李劍華（渤海鉆探第二固井分公司，天津300280）

劉文明等.無固相清洗型隔離液研究與應用[J].鉆井液與完井液，2016，33（1）：88-91.

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無固相清洗型隔離液研究與應用

劉文明， 肖堯， 齊奔， 付家文， 孫勤亮， 李劍華
（渤海鉆探第二固井分公司，天津300280）

劉文明等.無固相清洗型隔離液研究與應用[J].鉆井液與完井液，2016，33（1）：88-91.

摘要針對隔離液中的固相會對井下裸眼段和滲透率較高的砂巖等主要油層段造成污染，開發了一種無固相的清洗型固井隔離液，并對隔離液的綜合性能進行評價。實驗結果表明，無固相隔離液密度在1.00～1.80 g/cm3之間可調；隔離液在180 ℃下養護后上下密度差為0，未出現高溫沉降現象，具有良好的抗溫性能；隔離液的塑性黏度小于6 mPa·s，屈服值為0 Pa，為牛頓流體，易實現紊流頂替；有機鹽鉆井液、抗鹽水泥漿與隔離液以不同比例混合后，流性指數值增加，稠度系數值降低，說明隔離液與有機鹽鉆井液和抗鹽水泥漿具有良好的相容性；隔離液與不同比例抗鹽水泥漿混合后，混漿的稠化時間變長，能夠確保施工安全。隔離液對井壁上的虛泥餅及油污等的清洗效率在90%以上，有利于形成提高水泥膠結質量的水濕環境，提高固井質量。無固相隔離液在伊拉克市場現場應用29井次，應用效果良好，有效地解決了高壓鹽膏層固井難題。

關鍵詞無固相隔離液；清洗型隔離液；高溫沉降；抗鹽水泥漿

Study and Application of Solids-free Flushing Spacer

LIU Wenming, XIAO Yao, QI Ben, FU Jiawen, SUN Qinliang, LI Jianhua
(The Second Cementing Branch of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited, Tianjin 300280, China)

Abstract A solids-free flushing spacer was developed for use in drilling operation to prevent open holes and high permeability sandstones from being damaged by the solids in spacers. In laboratory experiments, the density of the spacer can be adjusted between 1.00 g/cm3and 1.80 g/cm3. No density difference was found of the top and the bottom of the spacer after aging at 180 ℃, indicating that no sedimentation ever occurred. The spacer was a Newtonian fluid, having plastic viscosity of 6 mPa·s and yield value of 0, meaning that turbulent flow displacement can be easily realized. When contaminated with a mixture of organic salt drilling fluid and salt-resistant cement slurry, the flow index of the spacer increased, while the consistency factor decreased, meaning that the spacer was compatible with organic salt drilling fluid and salt-resistant cement slurry. When mixed with saltwater at different ratios, thickening time of the mixture was prolonged, which is beneficial to safe operations. 90% or more pseudo mud cakes and oil dirt on the borehole wall can be flushed away, which is beneficial to the development of bonding strength between cement sheath and borehole wall. This solids-free spacer has been used 29 times in Iraq, successfully solving problems encountered in cementing high temperature wells, and wells with salt and gypsum formations.

Key words Solids-free spacer; Flushing spacer; High temperature sedimentation; Salt-resistant cement slurry

目前，國內外常用重晶石、鐵礦石等加重材料作為隔離液的加重劑[1-7]，此類隔離液在改善固井質量方面起到了積極作用，但也存在一些不可忽略的問題：①加重劑需要懸浮穩定劑進行懸浮，懸浮穩定劑在高溫、含鹽條件下懸浮性能變差，導致隔離液穩定性變差；②高密度的隔離液需要加入大量的加重材料，為了保證隔離液的穩定性，需要加入更多的懸浮穩定劑，造成隔離液黏度大，流變性能變差，不利于提高頂替效率；③由于采用重晶石等作為加重劑，因此隔離液中含有一定的固相，會對井下裸眼段，特別是對滲透率較高的砂巖等主要油層段造成污染，影響固井界面膠結質量。針對上述問題，開發出一種無固相的清洗型固井隔離液，實現了有效清洗與沖刷井壁上的虛泥餅及油污等，并形成有利于提高水泥膠結質量的水濕環境，提高固井質量。

1　實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

水溶性加重劑，表面活性劑，分散劑，工業品；中低溫緩凝劑BXR-200L，高溫緩凝劑BCR-300L，天津中油渤星工程科技股份有限公司產品；水泥漿和鉆井液來自施工現場。機械攪拌器，恒速攪拌器，常壓稠化儀，高溫高壓稠化儀，六速旋轉黏度計。

1.2 無固相隔離液的制備

將一定量的加重劑、水加入燒杯中，恒溫攪拌直至混合物全部溶解，加入緩凝劑、分散劑等攪拌均勻后加入表面活性劑，持續攪拌10～20 min即可制備出無固相清洗型隔離液，調整加重劑的加量可得到不同密度的隔離液。

2　結果與討論

2.1 加重劑的優選

優選了多種可溶性加重劑，通過復配形成了2種隔離液用加重劑，分別命名為BZCS-S1、BZCS-L1。其中通過BZCS-S1加重，可以得到密度范圍在1.00～1.55 g/cm3的無固相隔離液；通過BZCS-L1加重，可以得到密度范圍在1.55～1.80 g/cm3的無固相隔離液。BZCS-S1、BZCS-L1加重性能見表1。

表1　BZCS-S1、BZCS-L1的加重性能

2.2 表面活性劑的優選

研究了不同種類的表面活性劑在加重溶液中的溶解性。在密度為1.40 g/cm3的加重溶液中加入十二烷基磺酸鈉、OP-10、兩性表面活性劑，在常溫、轉速為300 r/min機械攪拌條件下溶解30 min，靜置后，3種表面活性劑的溶解情況見圖1。由圖1可知，傳統的陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑，如聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑OP-10、OP-8，十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等陰離子表面活性劑的抗鹽效果很差，在加重劑中溶解性很低，無法達到清洗的效果，而兩性表面活性劑能均勻溶解于不同密度的加重劑溶液中。優選多種抗鹽效果強的兩性表面活性劑，通過復配形成無固相隔離液用清洗劑BZCS-L2。

圖1　不同種類表面活性劑在加重劑溶液中的溶解性

2.3 無固相隔離液穩定性評價

對不同密度的無固相隔離液體系的穩定性進行了評價，結果見表2。由表2可知，無固相隔離液選用可溶性加重材料代替重晶石等不溶性加重材料，體系為溶液狀態，不存在分層的問題，可以有效解決傳統隔離液穩定性差造成的一系列問題。

2.4 無固相隔離液流變性評價

實驗按GB/T 19139—2012規定的方法進行。結果見圖2。由圖2可知，不同密度隔離液的曲線均經過原點，屈服值均為零，流體的流變模式均為牛頓流體模式。從頂替機理可以知道，頂替流態以紊流最好，塞流次之，層流較差。但常規密度的隔離液比較黏稠，達到紊流需要很高的排量和泵壓，受設備功率和井身結構的限制，很難達到紊流頂替。而無固相清洗型隔離液為牛頓流體，黏度低，可以在低排量條件下達到紊流頂替，提高頂替效率。

表2　不同密度無固相隔離液穩定性 g/cm3

圖2　不同密度隔離液的流變曲線

2.5 相容性評價

考察密度分別為1.40 g/cm3隔離液與鉆井液、水泥漿的相容性，結果見表3。在90 ℃下考察了密度為1.40 g/cm3的隔離液與水泥漿體系混合后，對水泥漿稠化時間的影響。水泥漿及混合漿體的稠化時間按GB/T 19139—2012中規定的方法測定，結果見表4。由表3可知，無固相隔離液與鉆井液、水泥漿具有良好的相容性，二者接觸后不會產生增稠、絮凝現象，能夠保障施工安全。由表4可知，隔離液與水泥漿以不同比例混合后，混合漿體的稠化時間均要比水泥漿稠化時間長，隔離液對水泥漿起到緩凝作用，滿足現場安全施工的要求。

2.6 清洗效率評價

選用一種基于剪切速率相等原理的清洗效率評價裝置及方法，考察了無固相清洗型隔離液對有機鹽鉆井液的清洗效果[8-9]。在70 ℃、1.0 m/s環空返速條件下，不同密度隔離液對有機鹽鉆井液的清洗效率見圖3。由圖3可知，部分密度的隔離液在1.0 m/s返速下清洗5 min，清洗效率可達到90%以上。其他密度的隔離液也可通過延長清洗時間，使清洗效率達到90%以上。

表3　隔離液對鉆井液、水泥漿流變性能影響

表4　隔離液對水泥漿稠化時間的影響（90 ℃）

圖3　在1.0 m/s環空返速下不同密度隔離液的清洗效率

2.7 現場應用

2014年，無固相清洗型隔離液在伊拉克市場現場應用29井次，結果見表5。由此可知，無固相清洗型隔離液能有效地解決該市場高壓鹽膏層固井質量難以保證的難題。

表5　無固相清洗型隔離液現場應用

3　結論

1.通過可溶加重劑、抗鹽兩性表面活性劑的優選及復配，開發無固相清洗型隔離液用加重劑產品2項、清洗劑產品1項。

2.開發出一種無固相清洗型隔離液，該隔離液的密度在1.00～1.80 g/cm3之間可調，沉降穩定性強；抗溫可達180 ℃，抗鹽達到飽和；具有良好的流變性能，易實現紊流頂替；與鹽水鉆井液和抗鹽水泥漿具有良好的相容性；可有效清洗與沖刷井壁上的虛泥餅及油污，并形成有利于提高水泥膠結質量的水濕環境（井壁由疏水變成親水），提高固井質量。

3.無固相清洗型隔離液在伊拉克現場應用29井次，應用效果良好。

參 考 文 獻

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收稿日期（2015-10-25；HGF=1601C9；編輯 王超）

作者簡介：第一劉文明，高級工程師，博士，1984年生，現在從事固井技術研究工作。電話 （022）25964024；E-mail：wenming656@163.com。

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.01.018

中圖分類號：TE256.9

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5620（2016）01-0088-04