水基鉆井液轉油基鉆井液頂替液優化技術

李思，趙素娟

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水基鉆井液轉油基鉆井液頂替液優化技術

李思，趙素娟

（江漢石油工程公司鉆井一公司， 湖北 潛江 433121）

傳統的水基鉆井液轉化成油基鉆井液，直接是用油基鉆井液驅替水基鉆井液，這樣不可避免的造成有油水混合物排出，造成環境污染，不利于環保。本文致力于尋找一種水基鉆井液轉換成油基鉆井液的頂替液，該頂替液既能隔離水基鉆井液和油基鉆井液，又不會對油基鉆井液造成干擾，不會影響油基體系的性能，試驗表明用26%的氯化鈣鹽水作為頂替液，能夠很好的隔離開水基鉆井液和油基鉆井液，而26%的氯化鈣鹽水在油基鉆井液中作為水相，對油基鉆井液影響不大，可以在以后的鉆井液性能維護中慢慢調整過來。該前置液在焦頁30、39平臺六口井進行了成功試用，效果顯著，做到了轉化油基鉆井液期間零排放，防止了環境污染，降低了環保處理成本。

水基鉆井液轉油基鉆井液；環保；氯化鈣鹽水

自探明涪陵大塊頁巖氣田以來，涪陵焦石開展頁巖氣大會戰，效果顯著，已投入商業開發。在鉆探頁巖氣井時，對于長水平頁巖段，采用油基鉆井液對頁巖穩定有關鍵作用，水基鉆井液轉化成油基鉆井液時，直接用油基鉆井液驅替出水基鉆井液，為了對油基鉆井液不造成污染，將一部分油基鉆井液和水基鉆井液混合物排出。油基體系本身含芳烴，不能被生物降解，這樣會造成環境污染，環保治理成本增大。采用中間流體做為頂替液，將井筒中已有的水基流體頂替出去，不會產生水油混合物，可達到減少環境污染，降低環保處理成本的目的。

1 鉆井液流體頂替原理

根據鉆井液流體力學原理[1]，一種流體頂替另一種流體，影響的因素有:

a、鉆桿的偏心度。為避免發生滯流，層流頂替時，摩阻壓力梯度必須滿足下式：

1為——鉆桿居中度;

1、2——井徑、鉆桿直徑;

不論是牛頓流體頂替非牛頓流體還是非牛頓流體頂替非牛頓流體。必須滿足上述公式的條件。

b、兩種流體的流變性。研究表明，頂替液的塑性粘度大，有利于頂替，如果頂替液屈服應力值低于鉆井液臨界屈服應力值，增加流量也可以使得鉆井液流動。

c、兩種流體的密度。頂替過程中，頂替液與鉆井液間的密度差使得鉆井液獲得一個浮力，如果鉆井液的密度小于頂替液的密度，所受浮力向上，有利于頂替，如果鉆井液密度大于頂替液的密度，頂替效率會有所降低。

根據以上條件與因素，本文作者在室內開始篩選隔離液，并進行室內模擬實驗。

2 頂替液優選實驗

2.1 篩選CaO、CaCl2溶液對油基鉆井液性能的影響

鉆井井場，水基鉆井液轉化為油基鉆井液時一般配制5~10方稠的油基鉆井液頂替井筒流體，根據流體頂替原理，向500 mL油基鉆井液中分別加入20 mL 26% CaCl2和石灰水（0.2%）測定其性能。

從表1可以看出加入26% CaCl2鹽水對油基鉆井液的影響不大，石灰水對其影響大于26% CaCl2鹽水，且有研究表明CaCl2對油基鉆井液來說是最佳的活度控制劑，因此選定CaCl2鹽水做為頂替液。

2.2 氯化鈣鹽水對水基鉆井液性能的影響

向500 mL水基鉆井液注入20 mL 26% CaCl2攪拌測定其性能。

表1 CaO和CaCl2對油基鉆井液性能的影響

注：測定溫度：50 ℃

表2 氯化鈣鹽水對水基鉆井液性能的影響

注：測定溫度：50 ℃

其中水基鉆井液配方2%~4%膨潤土+0.1-0.3% Na2CO3+2-4%FT-388+1-1.5% K-HPAN+3-4% KCl+ 3 -4% PEG+0.5-1% LV-CMC+2-4% QS-2。

從表2可以看出，氯化鈣鹽水對水基鉆井液有影響，粘切增大，失水增大表現出鈣侵現象。

2.3 頂替室內模擬

下面分析氯化鈣鹽水作為頂替液的可行性。使用油基鉆井液頂替氯化鈣鹽水，完全符合頂替條件。接下來主要考慮氯化鈣鹽水作為頂替液能否有效的隔離水基鉆井液與油基鉆井液，兩種流體的頂替流動是非常復雜，除了它們表現出不同牛頓特性和非牛頓特性外，更主要的是在于它們交接面復雜的物理、化學及力學特性，氯化鈣鹽水與鉆井液的交接面，正是因為交接面上受到“鈣侵”的鉆井液，粘度增大，屈服應力大于鉆井液的屈服應力，從而有利于整個頂替活動的進行。

圖1 驅替效果

注 ：左為油基直接驅替水基效果，造成水油混合物，右為用氯化鈣驅替水基效果，有效隔離水基泥漿和油基泥漿

因此通過以上的分析，說明，在適當的排量下，氯化鈣鹽水都可以作為水基鉆井液轉化為油基鉆井液的頂替液。

試驗儀器：微型水泵，自制模擬裝置。

從圖1中可以看出，室內簡易裝置模擬現場試驗說明，用氯化鈣鹽水做為頂替隔離液可有效隔離油基鉆井液和水基鉆井液。可驅替井筒中的水基鉆井液。

3 現場應用

焦頁30-4井鉆至井深2 416 m二開中完，套管下至2 509 m。6月14日5:00下鉆至2 487 m探得水泥塞面，準備轉化油基鉆井液。

轉漿前提前配制油基鉆井液80 m3。配方為： 2% 主乳化劑+1%輔乳化劑+1% 堿度調節劑+1.5%有機土+1.5% 增粘劑+3% 降失水劑+3% 液體瀝青+15% 氯化鈣鹽水（26% 濃度）。

5:25泵入26% 濃度氯化鈣鹽水5 m3（密度1.25 g/cm3），單泵45沖開始轉化油基鉆井液。6:50發現排出水顏色稍有變化，并測得密度由1.03 g/cm3增至1.18 g/cm3，最后為1.25 g/cm3。證明氯化鈣鹽水已經返出，井筒內水基鉆井液已完全替除。轉漿完成。

圖2 焦頁30-4井井筒水基鉆井液排出（左）氯化鈣鹽水排出（右）

在頂替的過程中，氯化鈣鹽水有效的隔離了油基鉆井液和水基鉆井液，從表3可以看出，轉漿后，鉆井液的粘切升高，是因為氯化鈣鹽水的加入降低了油基鉆井液的油水比，可通過適當提高油水比，達到降低粘切的目的。

4 結論與建議

（1）用氯化鈣鹽水作為頂替隔離液可有效隔離油基鉆井液和水基鉆井液，在水基鉆井液轉化為油基鉆井液期間，做到油水混合物零排放。

表3 焦頁30-4轉漿前后油基鉆井液性能對比

注：測定溫度50 ℃

（2）該方法操作簡單，氯化鈣鹽水頂替液配制簡單，現場易操作，價格比油基鉆井液便宜。

（3）目前本方案在焦頁30、39平臺6口井成功應用，減少了環境污染，降低了環保治理費用。

（4）井工廠模式下，由于連續打幾口井的三開，泵的上水管線會殘留油基鉆井液，導致替漿時，當水基鉆井液和氯化鈣鹽水混漿返出時會伴有少量的油基鉆井液排出，但不會影響頂替效果。建議轉漿前，盡量清干上水管線的油基鉆井液，可減少污染。

［1］陳家瑯. 鉆井液流動原理［M］. 北京: 石油工業出版社, 1997．

［2］馬貴陽, 劉曉國, 鄭平. 管道周圍土壤水熱耦合溫度場的數值模擬[J]. 遼寧石油化工大學學報，2007（1）.

Spacer FluidTechnology forDisplacing WBM With OBM

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（Jianghan Petroleum Engineering Company NO.1 Drilling Company, Hubei Qianjiang 433121，China）

In displacing the water base mud, a solution with certain concentration of calcium chloride was added into the spacer fluid in an effort to avoid mixture discharge of OBM and WBM which would increase the cost of treatment in contrast with water fluid alone. Since calcium chloride was the composition of OBM, adding 26% concentration of calcium chloride directly into the spacer fluid didn’t almost affect properties of the displacing fluid, the properties of OBM were proved to be stable by successful operation of well drilling platforms in Jiaoye 30 and 39 fields.

displacing WBM with OBM; environmental protection; calcium chloride brine

2017-09-22

李思（1984-），男，工程師，湖北省孝感市人，2008年畢業于長江大學應用化學專業，研究方向：從事鉆井液技術研究工作。

趙素娟（1984-），女，工程師，2012年獲長江大學應用化學專業碩士學位，研究方向：從事鉆井液方面的研究工作。

TE 254

A

1004-0935（2017）11-1135-03