油基钻井液用冲洗液BCS-020L研制及应用

王 翀 谢飞燕 刘爱萍 席方柱

（天津中油渤星工程科技有限公司中国石油天然气集团公司钻井工程重点实验室，天津 300451）

油基钻井液用冲洗液BCS-020L研制及应用

王 翀 谢飞燕 刘爱萍 席方柱

（天津中油渤星工程科技有限公司中国石油天然气集团公司钻井工程重点实验室，天津 300451）

油基钻井液完钻井井壁及套管壁上附着的油浆、油膜会影响固井界面的胶结性能。为了改善水泥环与环空界面的亲合性，提高界面胶结强度，研发了BCS-020L冲洗液体系。实验结果表明，BCS-020L冲洗液与钻井液、隔离液均有较好的相容性，对井壁和套管壁上附着的油基钻井液具有良好的冲洗效果，冲洗效率达到80%以上；对环空界面具有良好的润湿改性作用，可以有效促进水泥环与环空界面的胶结。该冲洗液体系在玉门油田柳平1井取得成功应用，固井质量优良。

油基钻井液；冲洗液；表面活性剂；固井质量

油基钻井液在井壁稳定、润滑防卡、抑制地层水化膨胀、抑制地层造浆及快速钻进等方面具有明显的优势［1］。但在钻井过程中由于钻井液与套管和井壁岩石的长时间接触，在岩石基质和套管壁上黏附着一层胶凝油基钻井液，使界面润湿状态由亲水变为亲油，导致水泥环与胶结界面的表面特性不同，亲和能力差，对固井质量产生很大的影响［2］。

对于油基钻井液钻井，国内外很多成功的固井经验是先注入柴油或白油稀释油基钻井液，冲洗井壁和套管壁，然后注入冲洗液溶解和冲刷黏附在套管和井壁上的油污及钻井液滤饼。国外对冲洗液的研究要先于国内，现已形成多种类、系列化产品，如斯伦贝谢公司开发了CW8、CW101、CW8-ES 等3种冲洗液体系。而国内适用于油包水钻井液的冲洗液品种还较为单一，可选性差，对于冲洗效率的评价方法也有待完善。

笔者通过研究和筛选，研发出油基钻井液用冲洗液BCS-020L体系。该冲洗液对模拟套管壁上附着的油基钻井液具有很好的冲洗效果，并且对环空界面具有良好的润湿改性作用，可以有效促进水泥环与环空界面的胶结。

1 冲洗液体系组成及作用机理

BCS-020L冲洗液由一种阴离子表面活性剂、一种非离子表面活性剂、清洗助剂以及加重材料组成。选择依据是阴离子表面活性剂具有很强的润湿渗透功能，使冲洗液能够很好地渗透到胶凝钻井液的内部，可以有效提高固井界面的亲水性。选择非离子表面活性剂是因为其防止地层基质及套管表面再污染的能力强，有利于清洗固井界面油膜和胶凝钻井液［3］。清洗助剂可以与高价阳离子起螯合作用，并且对固体污垢有抗凝聚作用或分散作用，防止污垢再沉积。通过表面活性剂与清洗助剂配合使用，增强了体系的分散、乳化、增溶能力，从而增强冲洗液体系作用效果［4］。

2 BCS-020L冲洗液体系性能评价

冲洗液性能评价在GB/T 19139—2003《油井水泥试验方法》中没有统一的评价标准。系统、全面评价冲洗液性能是现阶段冲洗液体系研究的难点。鉴于固井二界面地质情况的复杂性，冲洗液对井壁以及钻井液滤饼的作用效果评价还有待于进一步研究和建立。与水基钻井液相比，油湿性对界面胶结强度影响巨大，因此本文主要评价冲洗液对套管壁的润湿、改性及冲洗效果。

2.1 润湿作用评价

使用油基钻井液钻井，井壁和套管壁表面的油浆、油膜会使固井界面亲水性差，导致水泥环与固井界面没有良好的亲和性。使用Easy Drop接触角测定仪测试冲洗液对固井界面的润湿改性效果。该方法理论性较强，可以用于评价冲洗液对固井一界面的润湿、改性效果。

评价程序：（1）依次使用丙酮、无水乙醇及蒸馏水冲洗金属片，放在80 ℃烘箱中烘干；（2）将金属片放在5#白油中浸泡2 h，烘干后即制得亲油金属片；（3）将亲油金属片放在冲洗剂溶液中浸泡8 min，烘干后进行润湿角测试；（4）采用润湿角测定仪测试蒸馏水在金属片表面的润湿角，进行5次平行实验，去掉最大及最小数值后取平均值作为最终测试结果。

根据润湿评价方法，经过5次平行实验测得水在没经过冲洗液冲洗的亲油金属片表面的接触角分别为90.0°、85.7°、86.7°、86.2°、69.0°，最终得到接触角平均数值为86.2°，说明水与金属片表面亲和性很差，水不能在亲油金属片表面有效润湿铺展。

为测试冲洗液体系的润湿改性效果，用不同质量分数的冲洗液浸泡亲油金属片，然后测定蒸馏水在其表面的润湿角，结果见表1。可以看出，BCS-020L冲洗液体系对亲油金属片表面有很好的润湿改性作用，随着冲洗液有效浓度的增加，蒸馏水在浸泡后的亲油金属片表面接触角逐渐变小，最后完全铺展。说明该冲洗液可以吸附在固井界面滞留物的表面，使井壁和套管壁润湿反转，转化为亲水环境，为保证固井界面胶结质量提供必要的前提条件。

表1 水在冲洗液处理后金属片表面的稳定接触角

2.2 对油基钻井液的冲洗效果评价

井壁、套管壁上黏附的油基钻井液是导致水泥环与固井界面胶结质量差的重要因素，会导致固井界面胶结不良，使固井作业存在很大的气窜隐患。BCS-020L冲洗液能渗透到油基钻井液内部，有效地降低井壁和套管壁上钻井液的黏附程度，使其在接触时间内脱落清除，从而提高界面胶结质量［5-6］。以下方法可以评价冲洗液对不同钻井液的冲洗效果，适用于所有类型的钻井液体系，但只能模拟冲洗液在接触时间内对固井一界面的冲洗过程。

评价程序：（1）改造六速旋转黏度计外筒，在不改变尺寸的前提下，封堵侧面及底部开口；（2）将油包水钻井液倒入六速旋转黏度计杯中，称取黏度计杯子及钻井液重量W0；（3）将旋转黏度计外筒浸入油包水钻井液中，在200 r/min下搅拌5 min，静滴3 min，称取杯子及钻井液重量W1；（4）将配好的冲洗剂溶液倒入旋转黏度计杯中，称取杯子及冲洗液重量W2；（5）将沾满油包水钻井液的旋转黏度计外筒在冲洗液溶液中冲洗8 min，静滴3 min，称取杯子及冲洗液重量W3；（6）将干净的旋转黏度计外筒浸入装满冲洗液的杯中，在200 r/min下搅拌5 min，静滴3 min，测试冲洗液质量W4。

按照上述方法，对不同质量分数的冲洗液进行冲洗效果评价实验。从表2可以看出，2种密度冲洗液质量分数6%时，对油包水钻井液体系的冲洗效率可以达到80%以上。

表2 冲洗液体系冲洗效率（25 ℃）

考虑到现场使用情况，进一步测试了温度对冲洗效率的影响（表3）。冲洗液体系的冲洗效率随着温度的变化不大，在加热条件下，冲洗剂含量大于6%，冲洗效率达到80%以上。

表3 温度对冲洗效率的影响（1.0 g/cm3）

为了测试冲洗液体系的适应性，选择了3个厂家、不同类型的油基钻井液开展冲洗评价实验，结果见表4。实验结果表明，随着温度升高，冲洗效率略有降低，但冲洗液质量分数超过10%，冲洗效率可以达到80%以上。

表4 密度1.0 g/cm3冲洗液对不同钻井液体系冲洗效率

2.3 BCS-020L冲洗液体系流变性研究

使用六速旋转黏度计测试冲洗剂质量分数分别为6%及10%，密度1.0 g/cm3冲洗液在不同转速下的流变参数，然后绘出剪切速率与剪应力关系曲线图（图1）。从流变曲线可以看出，以上2种质量分数的冲洗液体系近似于牛顿流体。

图1 冲洗液流变曲线

为了测试冲洗液体系在加温条件下的流变性能，测定了BCS-020L冲洗剂质量分数10%、加重后密度1.1 g/cm3冲洗液在25 ℃、60 ℃、95 ℃以及150℃等4个温度点的流变参数，150 ℃实验数据是在高温滚子炉加热2 h后降至90℃测得（表5）。实验结果表明，随着温度的升高，冲洗液体系塑性黏度降低，但变化很小，说明体系具有良好的流变性及高温稳定性。

表5 温度对冲洗液流变的性能影响

3 冲洗液体系相容性评价

流变相容性是冲洗液性能评价的重要参数，是冲洗液体系能否应用于固井施工的决定性因素。通过冲洗液与钻井液的相容性实验可以看出（表6）：冲洗液与油基钻井液混合后无明显增稠、絮凝现象，因而2个体系相容。但随着冲洗液侵入量增大，混浆塑性黏度、稠度系数有所增大，说明冲洗液含量的增加破坏了钻井液体系的油水比，但是当冲洗液比例超过50:50时，体系的各项流变指标又呈现出下降趋势。

通过冲洗液与隔离液的相容性实验可以看出（表7）：随着冲洗液比例的增加，混浆稠度系数、塑性黏度明显降低，虽然混浆的动切力逐渐降低，但还能保证体系的稳定性。相容性评价实验可以看出，冲洗液与油包水型钻井液、隔离液混合后混浆无明显增稠、絮凝现象，具有很好的流变相容性，有效地解决了常规固井流体接触污染的问题。

表6 冲洗液与钻井液流变相容性实验（90 ℃）

表7 冲洗液与隔离液相容性实验（90 ℃）

4 现场应用

柳平1井位于甘肃省玉门地区酒泉盆地酒西坳陷青西凹陷柳沟庄构造带。该井为水平井，一开井深700 m，采用膨润土钻井液；二开井深3 730 m，采用阳离子钻井液；三开直井段3 730～3 960 m，造斜段3 960～4 128 m，井斜33.42°，增斜段4 128～4 405 m，井斜33.42°～80.56°，稳斜段4 405～4 856 m，采用混油阳离子钻井液。全井段采用BCS-020L冲洗液，声幅测井解释结果固井合格率100%，取得了良好的应用效果。

5 结论

（1）冲洗液BCS-020L具有很好的润湿铺展能力，使井壁和套管壁润湿反转，转化为亲水环境，为保证固井界面胶结质量提供必要的前提条件。

（2）冲洗液BCS-020L能渗透到油基钻井液内部，有效地降低井壁和套管壁上油基钻井液的黏附程度，使其在接触时间内脱落清除，从而提高界面胶结质量。

（3）冲洗液BCS-020L与常规钻井液体系及隔离液体系具有很好的流变相容性，混合后无明显增稠、絮凝现象，有效解决了常规固井流体接触污染的问题。

（4）冲洗液BCS-020L在柳平1井固井作业中得到了成功的应用，实践证明该冲洗液对改善固井胶结面具有良好的应用效果。

［1］ 周金葵.钻井液工艺技术［M］.1版.北京：石油工业出版社，2009：158-162.

［2］ 范鹏，康建平，吴村章，等.油水双效PC-W21L冲洗液在PY30-1气田固井作业中的应用［J］.石油天然气学报，2011，33（5）：189-192.

［3］ 赵德喜，刘沪萍，范莉，等.一种速溶固体注水泥前置液外加剂［J］.钻井液与完井液，2008，25（1）：36-38.

［4］ 徐明，杨智光，肖海东，等.油包水钻井液耐高温冲洗液YJC-1的研究与应用［J］.钻井液与完井液，2001，18（4）：11-15.

［5］ 朱江林，石礼岗，冯克满，等.一种物理模拟冲洗液冲洗效率的评价方法［J］.钻井液与完井液，2012，29（1）：69-70.

［6］ 由福昌，许明标.一种固井前置冲洗液冲洗效率的评价方法［J］.钻井液与完井液，2009，26（6）：47-48.

（修改稿收到日期 2013-10-24）

〔编辑 朱 伟〕

Research and application of flushing fluid BCS-020L for oil-based drilling fluid cleaning

WANG Chong, XIE Feiyan, LIU Aiping, XI Fangzhu
（CNPC Key Laboratory of Drilling Engineering, Tianjin Boxing Engineering Science & Technology Co., Ltd., Tianjin 300451, China）

For drilling with oil-based mud, the oil slurry and film attached on wellbore or casing wall affect severely the cementing quality of the interface. To improve the compatibility between cement sheath and well surfaces, as well as increase the interface cementing quality, a preflush system BCS-020L was developed. The BCS-020L provides good compatibility with drilling mud and spacer fluid, and can effectively remove the oil-based drilling mud attached to the well and casing wall, with high cleaning efficiency, higher than 80%. Also, the BCS-020L could change cementing interface effectively from oil wet to water wet, and improve the cementing quality of interface efficiently. The preflush system BCS-010L has been successfully applied on Well LIUPING 1 in Yumen Oilfield with excellent cementing quality.

oil-based drilling fluid; flushing fluid; surfactant; cementing quality

王翀，谢飞燕，刘爱萍，等. 油基钻井液用冲洗液BCS-020L研制及应用［J］. 石油钻采工艺，2013，35（6）：36-39.

TE254

A

1000 – 7393（ 2013 ） 06 – 0036 – 04

中国石油集团海洋工程有限公司项目“适用于油基钻井液钻井的固井前置液技术研究”（编号：2012ZW-11）。

王翀，1980年生。2002年毕业于大庆石油学院高分子化工专业，现从事油井水泥外加剂的研发及技术服务工作，工程师。电话：022-66310282。E-mail：wangc@cnpc.com.cn。