齊志剛,陳 陽(yáng),張 磊

(中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng) 257017)

BYP1井地層壓力高、摩阻扭矩大，井壁穩(wěn)定困難，為了壓穩(wěn)地層，降低摩阻，采用了1.93g/cm3的高比重油基鉆井液。然而，油潤(rùn)環(huán)境會(huì)嚴(yán)重影響固井一二界面(套管與井壁)膠結(jié)質(zhì)量，甚至出現(xiàn)微環(huán)隙。常規(guī)沖洗液+前置液這種組合的前置液無(wú)法滿足這類井的固井需要，如一般的沖洗液密度1.0g/cm3左右，容易發(fā)生竄槽，對(duì)壓穩(wěn)地層不利；無(wú)固相的前置液與水泥漿配伍性較差，加重前置液其黏度高、流動(dòng)性差，難以實(shí)現(xiàn)紊流驅(qū)替和良好的沖洗效率，并且穩(wěn)定性差[1-6]。為此，本文研制了一種高效驅(qū)油前置液SLP，不但具有良好的配伍性和穩(wěn)定性，而且具有沖洗和隔離雙重作用；通過(guò)改變井壁和套管壁的潤(rùn)濕狀態(tài)，提高洗油效率，防止油基鉆井液竄入并污染水泥漿，確保了BYP1井固井水泥漿安全注入和整個(gè)固井施工安全，為后期酸化壓裂打下了良好的基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與藥品

OWC-9350A-1型常壓稠化儀(沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研究所)、8240型高溫高壓稠化儀(美國(guó)千德樂(lè))、ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(青島膠南分析儀器廠)、OWC-9360型恒速攪拌器沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研究所)、OWC-9710型高溫高壓失水儀(沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研究所)、密度計(jì)、恒溫水浴、天平、量筒等。

懸浮穩(wěn)定劑、稀釋劑、沖洗劑、降失水劑、緩凝劑、消泡劑、活性加重劑(密度為3.2 g/cm3)、勝維G級(jí)水泥、1.92 g/cm3油基鉆井液(現(xiàn)場(chǎng)取)、現(xiàn)場(chǎng)水等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 前置液的制備

先將稀釋劑、緩凝劑加入水中，并滴加少量消泡劑，采用恒速攪拌器在4000r/min的低速下攪拌10 min，然后加入懸浮穩(wěn)定劑、降失水劑、活性加重劑、沖洗劑，在中速下攪拌20 min，即可配制出不同密度的高效驅(qū)油前置液(SLP)。將配制好的高效驅(qū)油前置液SLP在設(shè)定溫度下進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，并按APISPEC 10規(guī)范與水泥漿、鉆井液進(jìn)行相容性試驗(yàn)，考察前置液在井下環(huán)境條件下的性能。

1.2.2 沖洗效率評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

a.先將油基鉆井液和前置液在85℃下養(yǎng)護(hù)20min。

b.使用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，去掉內(nèi)筒，裝上外筒，將鉆井液倒入粘度計(jì)杯中，放在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上以300r/min的速度轉(zhuǎn)30s，后靜止30s，將鉆井液杯移走，因此旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)外筒內(nèi)外均勻附有一層油基鉆井液。

c.將附有一層油基鉆井液的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)外筒以300r/min轉(zhuǎn)速用高效驅(qū)油前置液SLP沖洗600s。

2 高效驅(qū)油前置液SLP的各組分作用

高效驅(qū)油前置液SLP外加劑的基本組成為： SLW-021L稀釋劑、SLW-020S懸浮劑和SLW-600S活性加重劑。稀釋劑主要由能夠離解出陰陽(yáng)離子基團(tuán)的聚合物組成，大分子量的陰離子基團(tuán)被吸附到加重劑顆粒表面，從而在加重劑顆粒表面形成一層溶劑化的單分子膜，使加重劑顆粒間的凝聚作用減弱，顆粒的摩擦阻力減小，因而顆粒得以分散，使所配制的前置液粘度下降，流動(dòng)性得到改善。稀釋劑能夠通過(guò)塑化、減水等作用改善不同材料之間的親和作用，使前置液體系的穩(wěn)定性能增加的同時(shí)具有滲透乳化的作用，可以改變套管表面的潤(rùn)濕性，有助于提高頂替效率；懸浮劑主要由非離子型聚合物組成，非離子型聚合物對(duì)電介質(zhì)有極好的耐溶性。在水介質(zhì)中不離子化，當(dāng)溶液中含有高濃度鹽時(shí)而穩(wěn)定，不會(huì)與重金屬離子作用而出現(xiàn)析出現(xiàn)象。它的非離子性質(zhì)使它成為在含有高濃度的電介質(zhì)溶液時(shí)獨(dú)特的凝膠增稠劑。具有增粘和懸浮從井壁與套管表面清洗下來(lái)的固相顆粒的作用，使前置液體系具有較高的切力提高其穩(wěn)定性。通過(guò)稀釋劑、懸浮劑以及加重劑三者的作用，高效驅(qū)油前置液SLP與鉆井液、水泥漿間具有良好的化學(xué)相容性，有效的隔離鉆井液與水泥漿，防止其相互接觸污染，同時(shí)還具有懸浮固相顆粒、防止井塌、抑制井漏等多方面作用[7-8]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 沖洗率評(píng)價(jià)

沖洗率評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1，SLP-1前置液沖洗油基鉆井液效果見(jiàn)圖1。

表1 沖洗率評(píng)價(jià)結(jié)果

圖1 SLP-1前置液沖洗油基鉆井液效果圖

3.2 相容性評(píng)價(jià)

3.2.1 油基鉆井液-前置液相容性

前置液與油基鉆井液相容性評(píng)價(jià)建表2。

表2 前置液與油基鉆井液相容性評(píng)價(jià)

通過(guò)表2數(shù)據(jù)分析，當(dāng)油基鉆井液與前置液的比例為3∶1和1∶3時(shí)，混漿的k值較大。

3.2.2 前置液與水泥漿(領(lǐng)漿)相容性

前置液與油基鉆井液相容性評(píng)價(jià)見(jiàn)表3。

表3 前置液與油基鉆井液相容性評(píng)價(jià)

表3(續(xù))

由表3數(shù)據(jù)分析，隨著水泥漿占比的增加，混漿的稠度系數(shù)k隨之增加，但是k值仍然較小，流變性能良好，滿足泵送的需要。

按照API相容性檢測(cè)方法，進(jìn)行該前置液體系與水泥漿的相容性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著前置液體積占比的增加，其分散效果有所減弱，因?yàn)殡S著密度的增加，固體顆粒在前置液中的含量的增加，要同時(shí)保證懸浮性和流變性這一對(duì)相互矛盾的因素，就不得不綜合考慮兩矛盾因素，故隨著密度的增加其雙分散能力有所減弱，但同總體上來(lái)看該系列前置液的相容性仍然保持較好。能有效地分散水泥漿和鉆井液，沒(méi)有絮凝、增稠、沉淀的現(xiàn)象，即使相互混合，仍能保持較好的流變性。

3.3 體系沉降穩(wěn)定性能

為了反映前置液的穩(wěn)定性，采用了500mL的玻璃量筒倒入高效驅(qū)油前置液SLP靜置12h，并通過(guò)測(cè)定玻璃量筒中上、中、下不同層位的前置液密度變化來(lái)反應(yīng)體系的穩(wěn)定性。其結(jié)果如表4所示。

從表4可看出，高效驅(qū)油前置液SLP靜置12h上下密度差都不超過(guò)0.01g/cm3，而對(duì)于常規(guī)密度前置液的穩(wěn)定性要求一般認(rèn)為水泥石上下密度差應(yīng)小于0.08 g/cm3。這充分說(shuō)明本文的高效驅(qū)油前置液SLP體系具有優(yōu)異的沉降穩(wěn)定性能。

表4 沉降穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

3.4 污染稠化實(shí)驗(yàn)

前置液-水泥漿混漿增壓稠化實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 前置液-水泥漿混漿增壓稠化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5中數(shù)據(jù)看出，水泥漿中加入前置液后，其稠化時(shí)間大于288min，水泥漿的稠化時(shí)間沒(méi)有明顯縮短，滿足施工要求，前置液-水泥漿混漿(25∶75)增壓稠化曲線見(jiàn)圖2。

圖2 前置液-水泥漿混漿(25∶75)增壓稠化曲線

3.5 掃描電鏡分析

高效驅(qū)油前置液SLP能改變油基鉆井液中乳化劑的極性，產(chǎn)生破乳作用使井壁和套管壁油潤(rùn)濕變?yōu)樗疂?rùn)濕，能替換出原界面膜中的天然乳化劑分子，構(gòu)成新的易破裂的界面膜，使W/O反相成O/W型，提高套管壁、井壁油污的沖洗效率，從而改善界面膠結(jié)。為了驗(yàn)證高效驅(qū)油前置液SLP界面膠結(jié)改善效果，本文通過(guò)對(duì)油基鉆井液處理的巖心經(jīng)高效驅(qū)油前置液SLP沖洗后的表面及與水泥的膠結(jié)面進(jìn)行掃描電鏡分析，分析圖片如下。

圖3 油基鉆井液巖心表面經(jīng)SLP-1沖洗后的掃描電鏡

由圖3可以看出，經(jīng)前置液沖洗過(guò)后，巖心表面泥餅基本沖洗干凈，掃描電鏡下呈現(xiàn)出疏松多孔狀，說(shuō)明SLP-1對(duì)于巖心表面的油基鉆井液濾餅有較好的沖洗效果。此外，在孔隙上可以發(fā)現(xiàn)附著了較多顆粒狀的晶體物質(zhì)，為前置液所攜帶的活性材料所致，這些活性材料能夠與后續(xù)水泥漿的形成良好"楔合"現(xiàn)象，能夠有效地提高膠結(jié)強(qiáng)度，這從微觀上解釋了該前置液體系具有提高界面膠結(jié)強(qiáng)度的能力。

從圖4可明顯的看到，在水泥、泥餅、巖心三者之間沒(méi)有明顯的斷裂帶，界面結(jié)合的較為致密；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)界面與界面直接并非平行貼合，而是如同齒輪一樣，相互“楔合”在一起的，形成緊密的結(jié)合，能有效的提高界面膠結(jié)強(qiáng)度。

圖4 經(jīng)SLP-1沖洗后巖心與水泥的膠結(jié)面

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

BYP1井是中石化勝利油田頁(yè)巖油氣重點(diǎn)探井，完鉆井深4335m，完鉆層位：沙三下。泥漿比重1.92g/cm3，固井段0～3750m，其中水平裸眼井段560m。BYP1井底油氣活躍，為防止泥頁(yè)巖坍塌掉塊，鉆井液采用了高比重的油基鉆井液。在整個(gè)固井過(guò)程中，為保障施工安全，壓穩(wěn)地層，有效驅(qū)替泥漿、沖洗泥餅，提高頂替效率，采用具有沖洗和隔離雙重作用的加重驅(qū)油前置液體系，通過(guò)改變井壁和套管壁的潤(rùn)濕狀態(tài)，提高洗油效率，防止油基泥漿竄入并污染水泥漿，確保了BYP1井固井水泥漿安全注入和整個(gè)固井施工安全，為后期酸化壓裂打下了良好的基礎(chǔ)，BYP1井油層段部分固井質(zhì)量電測(cè)見(jiàn)圖5。

圖5 BYP1井油層段部分固井質(zhì)量電測(cè)圖

5 結(jié)論

(1)高效驅(qū)油前置液SLP對(duì)油基鉆井液的金屬壁沖洗率達(dá)到95%，具有優(yōu)異的沉降穩(wěn)定性能，與水泥漿和油基鉆井液具有良好的相容性，混漿保持較好的流變性和抗污染能力。

(2)該前置液中的加重材料中的活性組分能與水泥水化產(chǎn)物膠結(jié)“楔合”，從而強(qiáng)化了界面膠結(jié)強(qiáng)度。

(3)高效驅(qū)油前置液SLP確保了BYP1井固井水泥漿安全注入，固井電測(cè)界面膠結(jié)良好，為后期的壓裂施工提供了保障。