抗高钙盐白油基钻井液冲洗液室内研究

李怀科，李超

（中海油田服务股份有限公司油田化学研究院，河北燕郊065201）

抗高钙盐白油基钻井液冲洗液室内研究

李怀科，李超

（中海油田服务股份有限公司油田化学研究院，河北燕郊065201）

油基钻井液完钻后残留在套管和井壁的油污会影响固井水泥与地层的胶结强度，严重时可导致固井质量。为有效清洗残留的油污，提高水泥环与地层之间的亲水性，本文分析了5#白油的组份及碳数分布，构建了一套抗高钙盐白油基钻井液冲洗液，并对其润湿性和清洗能力进行了评价。实验结果表明，研制的冲洗液能够将油基泥浆表面的亲油性变为亲水性，大大提高固井水泥浆的胶结质量，同时，冲洗液对泥饼表面残余油污具有很好的清洗效果。

冲洗液；油基钻井液；清洗效率；高钙盐

油基钻井液因其抑制性强，润滑性好，可循环利用等优点而被广泛应用［1，2］。但钻井结束后在井壁形成的泥饼往往会给后期固井作业带来一定的难度，影响固井水泥与地层的胶结强度。通常现场在油基钻井液完钻后使用冲洗液溶解和冲刷粘附在套管和井壁上的油污及泥饼，以改善界面亲水性能，提高水泥环界面的胶结性能和顶替效率，从而保证固井质量。国内外学者对油基泥浆冲洗液进行了广泛而深入的研究，并公布了其配方组成和加量［3-5］，单这些体系存在的问题是体系的抗盐能力差，特别是抗高钙盐。本文分析了5#白油的组份和碳数分布，针对白油基钻井液构建了一套抗高钙盐白油基钻井液冲洗液，室内对其润湿性和清洗能力进行了评价。实验结果表明，研制的冲洗液能够将油基泥浆表面的亲油性变为亲水性，大大提高了固井水泥浆的胶结质量。同时，研制的冲洗液对泥饼表面残余油污具有优良的清洗效果。

1　油品分析

为针对性地选择构成冲洗液配方的适宜表面活性剂，室内利用气相色谱对5#白油的烷烃含量和碳数进行分析，其碳数分布（见图1）。分析发现5#白油主要以异构烷烃为主，占89.21%，其余直链烷烃。碳数分布图表明，5#白油的碳数分布区间较窄，碳数主要集中在C16～C20。因此，根据5#白油的碳数分布，在选择冲洗液表活剂的时候应该按照碳数相近的原则，即选用的表面活性剂的碳数与所要清洗的油的碳数相当。

图1　5#白油碳数分布图

2　冲洗液组成及清洗机理

为了使体系在高钙盐环境下具有良好的清洗效果，研制的冲洗液是由一种阴离子表面活性剂、两种非离子表面活性剂组成。冲洗液清洗油基泥浆油污可以分为两个过程：（1）冲洗液首先通过吸附作用附着在油污表面，再通过渗透作用进入油污内部，依靠极地的界面张力，使油污与井壁之间的润湿性发生反转，从而使油污从井壁自然脱离；（2）脱离的油污通过乳化、增容作用均匀地分散在冲洗液中，防止沉积造成二次污染或堵塞。

3　冲洗液性能评价

目前，冲洗液的性能评价还没有统一的评价标准。行业内通常采用润湿性和清洗效率来评价冲洗液对套管润湿性的改变和冲洗效果。

3.1润湿性评价

冲洗液冲洗的目的之一就是改善界面的亲水性能，使其与水泥环良好的胶结。室内利用接触角测定仪测定采用测定接触角来评价冲洗液对套管界面的润湿性的改变程度。评价程序如下：

（1）测量洁净的钢板表面与水的接触角；

（2）将钢板浸入白油基钻井液中30 min，取出后在室温下（25℃）晾干，然后测其与水的接触角；

（3）将沾有油基泥浆的钢板浸入冲洗液中30 min，取出后在室温下晾干，再次测量接触角。

冲洗液清洗前后钢板表面接触角的变化情况（见图2）。可以看出，冲洗液清洗前，沾有油基泥浆的钢板与水的接触角为81.7°，水在其表面呈球状，无法有效铺展；而近冲洗液清洗后，钢板与水的接触角降低至25.9°，水在表面完全铺张开，说明经冲洗液清洗后钢板表面的润湿性明显从油润湿变为水润湿，有利于提高水泥浆与套管和地层的胶结质量。

图2　清洗前后钢板接触角的变化

3.2冲洗效率评价

通常采用六速旋转粘度仪模拟套管来评价冲洗液对油基泥浆泥饼的清洗能力，但该方法在粘度计外筒形成的泥饼较薄，且不能真实反应井下泥饼的真实情况。为了更有效模拟井下情况，室内自行研制了一套清洗液装置，该装置主要由清洗容器、泥饼固定盘（API泥饼和HPHT泥饼）以及搅拌装置三大部分组成。其简易装置图（见图3）。

3.2.1浓度对冲洗液清洗效率的影响室内配置不同浓度的冲洗液，利用冲洗液评价装置评价其对120℃老化16 h后的白油基钻井液高温高压泥饼的清洗能力，实验结果（见图4）。从图4可知，随着冲洗液浓度的增加，清洗能力不断升高，当浓度达到10%时，冲洗液的清洗能力达到最佳。

图3　冲洗液清洗效率评价装置示意图

3.2.2温度对冲洗液清洗效率的影响考虑现场使用情况，进一步评价温度对冲洗液清洗效率的影响，室内测试了不同温度下冲洗液对白油基钻井液的清洗效率（见图5）。从图5可以看出，随着温度的升高，清洗效率逐渐升高，当温度达到60℃时，清洗效率在常温下达到最大值。这是由于表面活性剂溶解性和分子热运动随着温度的升高而加快，与泥浆接触的几率大大升高。

图5　不同温度下10%浓度清洗液泥饼清洗效率

3.3稳定性评价

对比了含40%CaCl2的冲洗液清洗前后溶液的状态（见图6），可以看出，清洗后的冲洗液只是外观颜色变深，并未出现分层。说明清洗下来的油污在表面活性剂乳化作用下完全增溶在冲洗液中，形成水包油稳定体系。

图6　冲洗液清洗前后状态（左：清洗前；右：清洗后）

4　结论

（1）冲洗液能够显著降低白油基钻井液泥饼的接触角，将亲油表面改为亲水环境，有利于固井界面胶结质量。

（2）冲洗液具有很好的清洗效果，能够有效清洗泥饼表面残余的油污，通过乳化、增容作用均匀地分散在冲洗液中，防止沉积造成二次污染或堵塞。

［1］鄢捷年.钻井液工艺学［M］.北京：中国石油大学出版社，2006∶236-261.

［2］刘绪全，陈敦辉，陈勉，等.环保型全白油基钻井液的研究与应用［J］.钻井液与完井液，2011，28（2）：10-12.

［3］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.

［4］任春宇，陈大钧.RC型冲洗液性能的室内研究［J］.钻井液与完井液，2012，29（6）∶68-70.

［5］徐明，杨智光，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.

Laboratory study of flushing fluid for white oil oil-based muds with high calcium

LI Huaike，LI Chao
（Oilfield Chemicals R&D Institut，COSL，Yanjiao Hebei 065201，China）

For drilling with oil-based mud，the oil contamination and film attached on wellbore or casing wall affect cementation strength severely and cementing quality.To effectively clean residual oil contamination，as well as improve the compatibility between cement sheath and well surfaces.The paper analysed the composition of No.5 white oil，a flushing fluid was developed，wettability and cleaning ability were evaluated.The results showed that the flushing fluid changed the surface of oil-based muds from hydrophobicity to hydrophily to improve cementing quality，also had high cleaning efficiency.

flushing fluid；oil-base drilling fluids；cleaning efficiency；high calcium

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.05.023

TE256.6

A

1673-5285（2015）05-0098-03

2015－03-17

中海油田服务股份有限公司科技项目“微乳液在钻完井液中的应用研究”的部分研究内容。

李怀科，男（1983-），工程师，2009年毕业于中国石油大学（北京）钻井工程专业，现从事钻完井液技术研发工作，邮箱：lihk6@cosl.com.cn。