固井沖洗液沖洗效率評價裝置的研制與應用

齊 奔 ，王圣明 ，池立雅 ，李中國 ，王其可 ，王小豐 ，方 超 ，杜 磊 ，許 洋 ，呂 澤

（1.中國石油集團渤海鉆探第二固井公司，天津 300280；2.中國石油集團油田技術服務公司，北京 100007；3.中國石油集團測井有限公司天津分公司，天津 300280）

在固井、完井施工過程中，附著在井壁和套管壁上的虛泥餅會嚴重影響固井膠結質量，因此在固井過程中使用前置液是提高固井質量的重要手段。固井前置液分為沖洗液和隔離液；其中，沖洗液可有效的稀釋鉆井液并沖洗掉附著在井壁和套管壁上的虛泥餅。

目前，關于沖洗液沖洗效率的評價還沒有統一的標準方法[1，2]。在實驗室中通常采用六速旋轉黏度計來測量沖洗液的沖洗效率，然而，這種方法存在的缺陷就是由于黏度計的外筒上帶有孔，造成黏度計外筒的外側和內側均會有鉆井液黏附，造成難以定量計算。已公開專利CN203161216U公開了一種固井沖洗液沖洗效率定量模擬評價裝置，其雖然對旋轉黏度計進行了改進，但是該裝置在檢測沖洗液的沖洗效率時，鉆井液很容易就脫離表面，不能真實的反映沖洗液的沖洗效率。

1 評價固井沖洗液沖洗效率裝置

1.1 研究思路

本文的目的是提供一種能夠解決上述缺陷實現有效反映沖洗液的沖洗效率的固井用沖洗液沖洗效率檢測裝置。本裝置將旋轉黏度計進行了改進：（1）電機的輸出軸通過傳動轉盤與轉速調節器連接，驅動轉速調節器的傳動軸轉動，電機的輸出功率可以調節，可實現無級轉速的調節；（2）砂外筒為一頂部具有開口的筒體，其外側壁面加工為粗糙點為20目~50目的磨砂面，這樣可以更好的反映井壁的粗糙程度，更真實的反映沖洗液的沖洗效率。

1.2 評價裝置

該固井用沖洗液沖洗效率檢測裝置主要由無級變速器、磨砂外筒、沖洗液杯、加熱套底座等組成（見圖1）。

底座包括底盤、支架、橫梁和托板；底盤水平設置在一水平臺面上，支架豎直設置且底端固定在鄰近底盤的左側側邊的中部位置上，橫梁水平設置且其左端固定在支架的頂部；托板水平設置并活動固定在支架上；具體地，橫梁為中空結構，其內用于設置有傳動轉盤；在支架上自上而下開設有一條形通孔，托板一側中部設有一根能穿裝在條形通孔內的圓柱形插件，托板通過將圓柱形插件穿裝在條形通孔內并在圓柱形插件端部設置調節手柄，使托板能夠在條形通孔內上下移動并固定在支架的任意高度上；調節手柄包括設置在圓柱形插件端部的固定螺母和設置在固定螺母外側端面上的手柄；電機和無級變速器設置在橫梁的頂面上；電機的輸出軸通過設置在橫梁內的傳動轉盤與無級變速器連接，實現驅動無級變速器的傳動軸轉動；同時，在橫梁上還設置有一臺與無級變速器連接的轉速顯示器，用于顯示傳動軸的實時轉速；在傳動軸上套裝有一轉換接口，該轉換接口的頂端焊接固定在傳動軸的外壁上，其底端內壁上設有連接內螺紋；磨砂外筒為一頂部設有開口的筒體，其外側壁面加工為粗糙點為目的磨砂面；磨砂外筒頂端外壁上設有連接外螺紋，使磨砂外筒與轉換接口之間螺紋連接固定，使磨砂外筒能夠隨傳動軸轉動；加熱套套裝在沖洗液杯的外側，為沖洗液杯內盛裝的沖洗液加熱，模擬井筒的實際溫度；加熱套的高度高于沖洗液杯的高度，保證加熱套的高度高于沖洗液杯中液面高度。

2 應用方法與評價結果分析

2.1 應用方法

圖1 檢測裝置

該固井用沖洗液沖洗效率檢測裝置的使用方法如下：

（1）稱量潔凈、干燥的磨砂外筒的質量W0；

（2）將磨砂外筒通過轉換接口與傳動軸連接固定，然后將鉆井液倒入沖洗液杯中，鉆井液的倒入量保證磨砂外筒能夠完全浸入在待測鉆井液中；接著啟動電源設定無級變速器的轉速，使磨砂外筒在沖洗液杯中按照設定的轉速旋轉，同時開啟加熱套加熱使沖洗液升溫至模擬井溫（即按照井底循環溫度，若循環溫度高于90℃后，按90℃設定；或者是測試溫度設定加熱目標溫度），當溫度升至目標溫度后，繼續旋轉30 min，關閉加熱套和電機，使磨砂外筒停止轉動，通過調節手柄調節托板的高度，讓磨砂外筒完全脫離沖洗液杯；待磨砂外筒上的鉆井液完全滴盡后，稱取磨砂外筒以及其上黏附鉆井液的質量W1；

（3）將一定溫度的待測沖洗液倒入洗凈的沖洗液杯中，放置在測試位置使黏附有鉆井液的磨砂外筒完全浸入到待測的沖洗液中，啟動電源設定無級變速器的轉速，使磨砂外筒在沖洗液杯中按照設定的轉速旋轉，使黏附在磨砂外筒上的鉆井液在旋轉過程中沖洗下來，經過一定沖洗時間后，關閉電機并使磨砂外筒完全脫離沖洗液杯，待磨砂外筒上的液體滴盡，稱取磨砂外筒的質量W2；

（4）將步驟（1）~（3）得到的數據 W0、W1和 W2代入公式：

即可計算得到待測沖洗液的沖洗效率。

2.2 評價方法應用

表1 不同沖洗液沖洗硅基泥漿的沖洗效率評價結果

2.2.1 不同沖洗液的沖洗效率評價 對于目前應用的沖洗液 YXCX-1、OCW-1L、BH-Q812L 和 BCS-010L四種沖洗液采用此裝置開展沖洗效率的評價，其中沖洗液均配制為10%的水溶液，預熱至試驗溫度，沖洗時間為5 min，沖洗對象為1.50 g/cm3的硅基鉆井液。每個沖洗試驗均重復測試3次，取平均值，結果發現其誤差在5%以內，評價結果（見表1）。從表1可以看出，BH-Q812L和BCS-010L在80℃的沖洗效率大于90%，而且沖洗液在80℃下的沖洗效率大于30℃下的沖洗效率。

2.2.2 沖洗液在不同沖洗時間下的沖洗效率評價 采用BH-Q812L配制成10%的水溶液，預熱至試驗溫度，沖洗對象為1.50 g/cm3的硅基鉆井液。分別評價了在30℃和80℃下的沖洗效率，評價結果（見表2）。從表2可以看出，在30℃下，沖洗9 min，基本可以將泥餅沖洗干凈，在80℃下，沖洗6 min，基本可以將泥餅沖洗干凈。

表2 BH-Q812L沖洗液沖洗硅基泥漿的評價結果

3 結論

（1）該固井用沖洗液沖洗效率檢測裝置通過其內設置的磨砂外筒模擬井下管柱，沖洗液杯模擬套管，加熱套模擬井下溫度以實現貼近井壁真實工況的模擬，使鉆井液產生的虛擬餅更加貼近實際情況。

（2）該裝置測試結果重復性高，而且設計簡單、易于操作，具有科學性和準確性。