羅東輝 趙凱 艾武昌

摘 ? ? ?要：油基鉆井液因其良好的抗溫、抗鹽鈣、防水合物、高油水比性能，廣泛應用在易坍塌井、高溫高壓井、超深水井中。保證優(yōu)良固井質(zhì)量重要前提是使用前置液驅(qū)替干凈裸眼環(huán)空油基鉆井液，改善油潤濕為水潤濕環(huán)境并沖洗干凈膠結(jié)面泥餅。經(jīng)過實踐探索與提煉，采用井漿使用高溫高壓濾失儀壓制泥餅，并通過六速旋轉(zhuǎn)黏度計模擬井內(nèi)循環(huán)溫度沖洗泥餅，可以得到不同的沖洗效果，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計固井前置液漿柱結(jié)構(gòu)在南海西部油基鉆井液固井中得到了廣泛應用，充分保障了固井質(zhì)量，具有非常強的實用性和可操作性。

關(guān) ?鍵 ?詞：油基鉆井液;沖洗效果;前置液;評價方法;固井質(zhì)量

中圖分類號：TE254.4 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2019）12-2869-04

Abstract： The oil-base drilling fluid is widely used in easy collapsing wells， high temperature and high pressure wells and ultra-deep wells due to its anti-temperature， anti-salt calcium， anti-hydrate and high oil-water ratio. In order to ensure the cementation quantity， the drilling fluid need be replaced by preflushing， and the oil-wetting need be reversed to water-wetting to finally clean up the cement cake. In the test， the mud cake was prepared from well slurry with high temperature and high pressure filter tester， and the six-speed rotational viscometer used to flush the mud cake in simulated circulating temperature for the well， different washing effect was gained. The preflushing designed according to the experimental data has been widely applied in the west of the South China Sea for oil-base drilling fluid， the method can fully guarantee the quality of cementation and has better practicality and flexible operability.

Key words： Oil-base drilling fluid; Washing effect; Preflushing; Evaluation method; Cementation quantity

隨著國家海洋戰(zhàn)略和中國海油南海大氣區(qū)持續(xù)推進、北部灣開發(fā)調(diào)整井位密集部署，有利于井壁穩(wěn)定、潤滑性好、儲保效果好[1，2]的油基鉆井液應用越來越普遍，固井作為鉆井工程重要一環(huán)，其界面膠結(jié)質(zhì)量直接影響油氣井的采收率和生產(chǎn)壽命。有效的評價方法能夠直接指導前置液對油基鉆井液泥餅的沖洗效果，有利于顯著提高固井質(zhì)量。但目前國內(nèi)外對沖洗效果評價無統(tǒng)一標準、方法和手段[3-5]，經(jīng)過實踐證明，利用實驗室高溫高壓濾失儀、旋轉(zhuǎn)黏度儀、水浴鍋、濾紙、燒杯可以高效完成油基鉆井液沖洗效果實驗，實驗結(jié)果有效指導了固井前置液設(shè)計，取得了非常好的現(xiàn)場作業(yè)效果。該方法最顯著特點是可操作性強，無論室內(nèi)與作業(yè)現(xiàn)場均可開展實驗;指導性強，可在極限條件下篩選最有效的前置液結(jié)構(gòu);應用效果好，應用井數(shù)59口，電測45口井固井質(zhì)量全部優(yōu)良，對油基鉆井液固井具有非常重要的實踐參考意義。

1 ?評價儀器及評價原理

1.1 ?評價儀器

高溫高壓濾失儀（圖1），該儀器溫壓可調(diào)，最高溫度232 ℃、最高壓力13.8 MPa，可模擬井內(nèi)溫度和壓差壓制油基鉆井液泥餅。

六速旋轉(zhuǎn)黏度計（圖2），根據(jù)調(diào)節(jié)不同轉(zhuǎn)速可以模擬裸眼環(huán)空對應流體上返速度，通過旋轉(zhuǎn)沖洗效果觀察接觸時間，作為前置液結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)。

水浴鍋（圖3），養(yǎng)護溫度范圍26～98 ℃，模擬井內(nèi)前置液前端溫度養(yǎng)護前置液，使得沖洗實驗溫度環(huán)境與井內(nèi)環(huán)空一致。

其他評價工具還包括濾紙、燒杯、橡皮筋、溫度計。

1.2 ?評價原理

泥餅壓制。油基鉆井液在井內(nèi)砂巖處會因壓差和巖石滲透率發(fā)生濾失作用而形成泥餅，油基鉆井液的使用通常在壓力過渡帶井段或者目的層井段，按照0.07 g/cm?比重差推算，實驗壓差在3.5 MPa（500 psi）的條件下可以最深模擬井深5 000 m（圖4），在1.7 MPa（250 psi）的條件下是2 600 m（圖5），考慮實驗操作性與使用普適性，規(guī)定覆蓋范圍更廣的3.5 MPa為造泥餅的實驗壓差。模擬巖石滲透率可使用符合API標準的濾紙。

溫度選取。固井前置液入井溫度會低于泥漿入井溫度，在泵送和頂替過程，前置液的升溫速率低于井筒循環(huán)溫度，一般可以使用軟件模擬出前置液前段和末端溫度分布來確定實驗溫度。也可以使用API圖版法查對或者經(jīng)驗系數(shù)法折算出循環(huán)溫度，前置液溫度通常低于循環(huán)溫度15～20 ℃。使用水浴鍋養(yǎng)護前置液溫度最高為98 ℃，反算能夠滿足最高150 ℃的高溫井實驗。

現(xiàn)場固井施工中，若采用紊流流態(tài)頂替，有效上返速度需至少達到1.2 m/s以上，尤其是油氣層套管固井中，將對應施工排量和井身結(jié)構(gòu)參數(shù)代入上式，得出模擬施工返速的旋轉(zhuǎn)沖洗轉(zhuǎn)速在300～400 r/min之間，為保證實驗效果指導意義和旋轉(zhuǎn)黏度計可操作性，選定低限300 r/min作為沖洗效果實驗設(shè)定轉(zhuǎn)速。

沖洗效果評價。通過模擬溫度、壓差、上返沖洗速度，沖洗用井漿壓制好的新鮮泥餅，可以得出實驗濃度的沖洗液對油基鉆井液井壁膠結(jié)面的沖洗效果。對比觀察沖洗部分是否完全沖洗干凈以是否露出清晰的濾紙表面為標準，并用水滴法評價其潤濕反轉(zhuǎn)效果，如果水滴在實驗區(qū)域成點滴狀不分散開則反轉(zhuǎn)效果差，如果水滴平鋪分散到實驗區(qū)域說明界面由親油轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水。

2 ?評價方法及應用

該評價方法所用儀器均為作業(yè)現(xiàn)場必備的儀器，制作泥餅所需井漿為現(xiàn)場實鉆井漿，實驗條件全部模擬現(xiàn)場施工參數(shù)，能夠滿足靜止溫度在26～150 ℃的所有井，因此具有極強的實用性、可操作性和普適性。

以南海西部北部灣油基鉆井液開發(fā)井為例，目的層311 mm或215.9 mm井段完鉆垂深在2 200～2 800 m，靜止溫度100～140 ℃，9～5/8”套管固井前置液沖洗排量2.3～2.6 m?/min，177.8 mm尾管固井前置液沖洗排量1.0～1.4 m?/min。

按前文方法確定實驗溫度為75 ℃，沖洗轉(zhuǎn)速300 r/min，沖洗液濃度可以根據(jù)實驗效果調(diào)配，評價步驟如下（圖6）。

通過這種“泥餅掛壁”方法可以評價出不同類型和濃度的沖洗液對于井壁膠結(jié)面油基鉆井液濾餅真實沖洗效果，特別在現(xiàn)場試驗中，可以準確確認獲得有利水泥膠結(jié)界面所需的沖洗液濃度與用量。

比如試驗獲得50%濃度沖洗液沖洗5 min能夠全部沖洗干凈泥餅，則現(xiàn)場施工設(shè)計中可采用：

沖洗液：水 = 1∶1配比的沖洗液

沖洗液用量 = 5×頂替沖洗排量

“泥餅掛壁”評價方法在南海西部北部灣油基鉆井液產(chǎn)層固井的前置液設(shè)計得到了廣泛應用（表1）。

通過表1可以得出，近期南海西部北部灣油基鉆井液固井作業(yè)井共計59口井，全部采用文中評價方法指導固井作業(yè)前置沖洗液的設(shè)計，有電測計劃45口井均取得了優(yōu)良固井質(zhì)量的佳績。

3 ?結(jié) 論

“泥餅掛壁”評價方法全部使用現(xiàn)場常備實驗儀器即可模擬絕大多數(shù)溫壓條件井完成實驗，滿足室內(nèi)和現(xiàn)場開展立體評價，可操作性和實用性非常強。“泥餅掛壁”評價方法使用鉆井井漿而非室內(nèi)配漿更加接近實際施工條件，能夠準確模擬施工溫度和返速完成沖洗評價，對最終現(xiàn)場施工方案具有極高的指導意義。

使用該評價方法完成的南海西部大量油基鉆井液固井質(zhì)量全部優(yōu)良，對油基鉆井液固井具有重要的實踐參考價值。

受實驗儀器和條件限制，對BHCT>120 ℃或BHST>150 ℃的沖洗實驗還需要尋找更有效的評價方法。

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