WYL型高密度冲洗液评价及微观分析

王雪敏，张 健，吴永胜，焦利宾，陈大钧，雷鑫宇

(1.西南石油大学化学化工学院，成都 610500;2.天津市大港油田第四采油厂，天津 300280;3.中国科学院成都有机化学有限公司，成都 610041)

油基钻井液常用于井下温度高、地层压力大的深部井段钻探，油基泥浆的滤饼难以清除，会导致固井质量低下。目前国内常用的冲洗液功能单一，对油基泥饼的冲洗效率不高［1－3］。而西南石油大学化学化工学院研发的多功能冲洗液对低固相泥浆、油基泥浆的冲洗效率均达到88%以上，且能显著提高界面胶结强度。笔者在此研究的基础上，对悬浮剂及加重材料进行了优选，并通过“楔合效应”提高水泥环界面胶结强度，制得以X－P为悬浮剂、CTK－1为加重剂、KZ－1为界面增强剂的 WYL型冲洗液，并对其性能进行了评价［4－6］。

1 原料及仪器

烷基磺酸盐类阴离子表面活性剂、聚氧乙烯烷基醚类非离子表面活性剂，工业品，成都川锋化学工程有限责任公司;膨润土、固相材料磁铁矿CTK－1及矿渣KZ－1，工业品，峨眉山市雍久超细材料技术有限公司;木质素磺酸盐分散剂FSL－1，工业品，牡丹江市红林化工有限公司;悬浮剂X－P，工业品，北京瓜尔润科技有限公司;悬浮剂SWJ－1和SWJZ－1，山东沃尔德有限公司。

API水泥实验全套装置，沈阳石油仪器研究所有限责任公司;ZNN－D6六速旋转黏度计，青岛得顺电子机械有限公司;Quanta 450型扫描电镜，美国FEI公司;NYL－300型压力试验机，无锡市建筑材料仪器设备厂。

配制100 mL含有0.3%(质量分数)X－P的溶液，依次加入固相材料、渗透剂和pH调节剂，得到高密度冲洗液，冲洗液配方如表1所示。

表1 冲洗液配方

2 WYL型高密度冲洗液的性能

2.1 对油基钻井液滤饼的冲洗效果

油基泥浆由胜利钻井工艺研究院提供。根据行业标准SY/T 5374—2000《油气井注水泥前置液使用方法》的要求，评价WYL型冲洗液对油基泥浆的冲洗效果，结果见图1和图2。

图1 油基钻井液滤饼

图2 油基钻井液滤饼冲洗效果

冲洗液对油基钻井液滤饼有较好的冲洗效果，滤饼裸露面积较大，且对油基钻井液滤饼有很好的润湿反转作用。

2.2 与钻井液的相容性

WYL型冲洗液对油基钻井液流变性能的影响如表2所示。油基钻井液与WYL型冲洗液以不同比例混合时，混合液相均具有较好的剪切稀释性，保证了良好的流动性能，未出现絮凝、沉淀现象，说明钻井液与冲洗液具有较好的相容性。

油基钻井液与WYL型冲洗液混合时，黏度升高。碱性冲洗液对油相具有良好的乳化、分散能力，可以使油相比较稳定地分散在冲洗液中。乳化后的混合液仍具有很好的流变性，可以满足施工作业要求。

表2 WYL型冲洗液对钻井液流变性能的影响

2.3 胶结强度

模拟井壁和套管上附着泥浆滤饼情况，用WYL型冲洗液洗刷冲洗，以微膨水泥为基准水泥浆，水泥配方为G级水泥+2%膨胀剂+2%增韧剂Ⅱ +1.5%SWJ－1+1.2%SWJZ－1。经70 ℃水浴养护48 h后，测得第一界面胶结强度为3.05 MPa，第二界面胶结强度为1.07 MPa。第一界面胶结强度增幅较大，说明冲洗液中的活性楔合材料对界面交接强度的提高有积极的作用。WLY型冲洗液通过对滤饼的乳化、分散、冲刷以及对界面的润湿作用，使得第二界面具有良好的水润湿性，并楔合着适量的可参与水泥浆水化的活性材料，与后续水泥浆有良好的胶结条件。

2.4 微观分析

将模拟井壁在油基钻井液中浸泡数周，至模拟井壁完全被润湿后，按石油行业标准 SY/T 5374—2000进行冲洗实验后，在模拟井壁中灌入水浆，在常压及70℃下养护2 d后，对端面或胶结剖面取样，制成粉末，按X射线衍射要求规格制样后进行电镜分析。

2.4.1 X 射线衍射

对样品进行X射线衍射分析，发现界面胶结处含有大量钙矾石，冲洗液配方中含有碳酸钠、矿渣和微硅，当冲洗液冲洗第一界面和第二界面后，界面上或附着、或楔合有矿渣和微硅，并使界面形成亲水的碱性环境。后续水泥浆在这样的环境中与界面胶结，形成胶结强度。

2.4.2 电镜扫描

WYL型冲洗液对油基钻井液泥饼界面的冲洗效果如图3所示。经过WYL型冲洗液冲洗的界面，微膨水泥在界面可以很好地胶结，即使在微裂缝处也可以生成大量层状物填充空隙，在界面处形成良好的封隔能力。

图3 WYL型冲洗液对油基钻井液泥饼界面的冲洗效果

3 结语

1)WYL型冲洗液优选了加重材料CTK－1与活性材料KZ－1，与油基钻井液的相容性好，泥饼清除率高，界面胶结强度高。

2)通过X射线衍射和扫描电镜分析，从微观角度对胶结界面和微膨水泥石进行观测、分析，从微观机理上分析了活性材料的楔合作用。

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