雷鑫宇,王婉霓,任春宇,于小榮,焦利賓,李 芹
(1. 中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所,成都 610041; 2. 中國(guó)石油西南油氣田分公司蜀南氣礦, 四川瀘州 646000;3. 中國(guó)石油西部鉆探吐哈鉆井公司, 新疆鄯善 838200; 4.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,成都 610500)
油基泥漿因具有低濾失、低傷害及循環(huán)利用率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用,但其濾餅由于附著力太強(qiáng)而難以清除。固井施工時(shí),井眼中殘留的鉆井液或泥餅,會(huì)使水泥漿產(chǎn)生黏稠團(tuán)塊狀的絮凝物質(zhì),從而嚴(yán)重影響水泥漿的性能,甚至危及固井安全[1-2]。為保證施工安全,提高固井質(zhì)量,需要開(kāi)發(fā)專門針對(duì)油基泥漿的沖洗液進(jìn)行洗井作業(yè)。
西南石油大學(xué)鉆完井液研究室針對(duì)低固相泥漿和三磺泥漿,結(jié)合物理沖洗液沖刷能力強(qiáng)和化學(xué)沖洗液溶蝕、可潤(rùn)濕翻轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn),開(kāi)發(fā)了LQ-1型和LXX-1型兩種沖洗液配方,對(duì)2種泥漿濾餅的沖洗效率均達(dá)到80%以上,并通過(guò)“楔合效應(yīng)”提高水泥環(huán)界面膠結(jié)強(qiáng)度[3-4]。
在上述研究基礎(chǔ)上,本研究通過(guò)對(duì)懸浮劑、滲透劑、弱酸和微硅的種類或加量進(jìn)行優(yōu)化,得到了一種以羧甲基羥乙基纖維素(CMHEC)為懸浮劑、表面活性劑JFC-1為滲透劑、硼酸為弱酸交聯(lián)劑、微硅為界面增強(qiáng)劑的新型弱酸性沖洗液XY-1,并對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
API水泥實(shí)驗(yàn)全套裝置;DFC-0710B型增壓稠化儀;OWC-750型恒溫養(yǎng)護(hù)釜,沈陽(yáng)石油儀器研究所有限責(zé)任公司;ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì),青島得順電子機(jī)械有限公司;NYL-300型壓力機(jī),無(wú)錫市建筑材料儀器設(shè)備廠;模擬沖洗裝置,實(shí)驗(yàn)室自制。
嘉華G級(jí)高抗硫油井水泥,四川嘉華集團(tuán)股份有限公司;微硅JM-1、磁鐵礦CTK-1,成都嘉茂化工有限實(shí)業(yè)公司;酮醛縮合型分散劑SWJZ-1;改性聚乙烯醇型降失水劑SWJ-7,山東沃爾德油田技術(shù)有限公司;滲透劑JFC-1,江蘇海安石油化工廠;羥乙基纖維素(HEC)、羧甲基羥乙基纖維素(CMHEC)、聚丙烯酰胺(PAM)、乙酸、硼酸等,均為分析純,成都市科龍化工試劑廠。
1.2.1懸浮劑的優(yōu)化
向燒杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)(文中百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.75%懸浮劑(HEC,CMHEC或PAM)和適量水,攪拌使其溶解后分別加入3%加重劑CTK-1,繼續(xù)攪拌至分散均勻,倒入量筒,常溫靜置20 min,觀察并估算沉降率。用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定溶液的流變參數(shù)。
1.2.2滲透劑的優(yōu)化
向燒杯中依次加入0.75%懸浮劑、3% CTK-1、0.5%~2.0% JFC-1和適量水,攪拌使其分散均勻;70 ℃下稠化20 min,在1 400 r/min轉(zhuǎn)速下于模擬沖洗裝置上對(duì)附有油基泥漿濾餅的模擬井壁沖洗10 min,測(cè)定并計(jì)算模擬井壁沖洗前后濾餅面積的差值,得到?jīng)_洗效率。
1.2.3弱酸的優(yōu)化
向燒杯中依次加入0.75%懸浮劑、3% CTK-1和JFC-1(1.5%),攪拌使其分散均勻,用弱酸(乙酸或硼酸)調(diào)節(jié)pH至6。按1.2.2中方法測(cè)定沖洗效率。
1.2.4微硅的優(yōu)化
在沖洗液基礎(chǔ)配方中分別加入0.1%~1.0% JM-1,攪拌使其分散均勻;70 ℃下稠化20 min,于模擬沖洗裝置上對(duì)附有油基濾餅的模擬井壁在1 400 r/min下沖洗10 min,然后灌注水泥漿,在70 ℃下養(yǎng)護(hù)相應(yīng)齡期后測(cè)定其膠結(jié)強(qiáng)度。
1.2.5相容性評(píng)價(jià)
按標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5374—2000《油氣井注水泥前置液使用方法》,將油基泥漿和沖洗液XY-1按一定體積比混合均勻,70 ℃老化后測(cè)定流變參數(shù),考察其相容性。
2.1.1懸浮劑種類的確定
表1和表2列舉了1.2.1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果??梢钥闯觯敏燃谆u乙基纖維素(CMHEC)作懸浮劑的沖洗液的沉降率最低,流變性較好,是一種較好的懸浮劑。
表1 懸浮劑對(duì)沉降率的影響
表2 懸浮劑對(duì)流變性的影響
2.1.2滲透劑加量的確定
考察了滲透劑JFC-1加量對(duì)沖洗液沖洗效率的影響,沖洗液配方為:0.75% CMHEC+3% CTK-1+0.5%~2.0% JFC-1+適量水,結(jié)果見(jiàn)表3。
從表3看出,隨著JFC-1加量的增大,沖洗效率逐漸增加;加量超過(guò)1.5%,沖洗效率增加明顯。因此,選擇滲透劑JFC-1加量為1.5%。
表3 滲透劑加量對(duì)沖洗效率的影響
2.1.3弱酸種類的確定
弱酸對(duì)沖洗液沖洗效率的影響結(jié)果見(jiàn)表4,沖洗液配方為:0.75% CMHEC+3% CTK-1+1.5% JFC-1+弱酸+適量水,pH值為6。雖然乙酸對(duì)濾餅的溶蝕作用強(qiáng),沖洗效率較硼酸高2.4%,但隨著時(shí)間的延長(zhǎng),尤其是溫度升高后,乙酸對(duì)懸浮溶液的破膠作用較為明顯;而硼酸不僅不會(huì)起破膠作用,反而對(duì)懸浮劑有一定的交聯(lián)效果,有利于沖洗液的穩(wěn)定性。因此選擇硼酸作為弱酸。
表4 弱酸對(duì)沖洗效率的影響
2.1.4微硅加量的確定
在沖洗液優(yōu)化配方(0.75% CMHEC+3% CTK-1+1.5% JFC-1+硼酸+適量水)中分別加入0~1.0% 微硅JM-1,調(diào)沖洗液pH值至6,按1.2.4方法,測(cè)定水泥漿的膠結(jié)強(qiáng)度,水泥配方為:嘉華G級(jí)水泥+3% JM-1+1.0% SWJZ-1+0.5% SWJ-7,水灰比0.44。結(jié)果見(jiàn)表5。
隨著微硅JM-1加量的增大,水泥漿膠結(jié)強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)。JM-1加量為0.75%時(shí),3 d和14 d膠結(jié)強(qiáng)度分別較無(wú)JM-1組的沖洗液高6倍和3.8倍。
表5 微硅加量不同的沖洗液對(duì)水泥漿膠結(jié)強(qiáng)度的影響
綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得到?jīng)_洗液XY-1的配方為:0.75% CMHEC+1.5% JFC-1+適量硼酸+0.75% JM-1+適量水。
在沖洗液XY-1的pH值為6,水泥配方為:嘉華G級(jí)水泥+3% JM-1+1.0% SWJZ-1+0.5% SWJ-7,水灰比0.44的條件下,依照1.2.5方法考察沖洗液XY-1的相容性,結(jié)果見(jiàn)表6。流變參數(shù)變化趨勢(shì)正常,XY-1的相容性較好。
表6 XY-1的相容性實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1)在前期研究成果基礎(chǔ)上,通過(guò)優(yōu)化懸浮劑、滲透劑、弱酸和微硅的種類或加量,得到用于油基泥漿濾餅的新型弱酸性沖洗液XY-1配方為:0.75% CMHEC+1.5% JFC-1+適量硼酸+0.75% JM-1+適量水。
2)XY-1流變性優(yōu)異,穩(wěn)定性和相容性良好,對(duì)油基泥漿濾餅的沖洗效率超過(guò)80%,可大幅提高界面膠結(jié)強(qiáng)度。
[1]譚文禮,王翀,徐玲.BCS隔離液室內(nèi)研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2006(1):81-83.
[2]陳大鈞.油氣田應(yīng)用化學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2005:112-114.
[3]任春宇,陳大鈞.RC型沖洗液性能的室內(nèi)研究[J].鉆井液與完井液,2012,29(6):66-67.
[4]陳大鈞,雷鑫宇,李芹,等.雙重強(qiáng)化界面膠結(jié)強(qiáng)度技術(shù)[J].鉆井液與完井液,2014,31(1): 57-59.