页岩气水平井油基清洗液性能评价及应用

游云武 （中石化江汉石油工程有限公司钻井一公司，湖北 潜江433121）

我国在页岩气开采过程中，以浅层大位移井、丛式水平井布井为主。由于页岩地层裂缝发育、水敏性强，在长水平段钻井过程中，不仅容易发生井漏、垮塌、缩径等问题，而且由于水平段较长，还会带来摩阻、携岩及地层污染等问题，从而增大了产生井下复杂情况的几率。因此，页岩气开发钻井通常采用油基钻井液进行钻进［1］。油基钻井液属于亲油性流体，且油基钻井液钻井后由于井壁存在含油泥饼、套管壁上黏附油基钻井液，且清洗困难，影响固井水泥环胶结强度，导致一、二界面固井质量欠佳［2］。同时，由于裸眼段长、环空间隙小，使固井顶替效率降低，且水基完井液对油膜的冲洗效果较差，这导致固井质量难以进一步提高［3］。为此，笔者开展了油基清洗液技术研究，以解决井壁清洗与润湿反转问题，提高顶替效率，进而提高固井质量。

1 油基清洗液作用机理

从乳化增溶和润湿反转2个方面对油基清洗液进行了分子结构设计，使其达到良好的清洗效果，且在清洗液的加重方式选择上，选用粒径分布“细而窄”的高比重重晶石，同时解决黏度和沉降稳定性的问题，使其达到紊流冲刷的效果，进一步提高冲洗效果。研发的油基清洗液体系组成为清水＋15%～25%油基清洗液＋加重剂（加重至所需密度），其作用机理主要包括在以下几个方面［4］：

1）乳化增溶。油基清洗液通过亲油基定向吸附于排列在油基钻井液油相中，而亲水基伸向水相，通过乳化、分散、增溶等一系列物理及化学反应，使油基钻井液中的油相进入清洗液中。

2）渗透作用。油基清洗液具有较强的表面活性，易于分散，能够渗透到油基钻井液乳化剂的“膜”中，使其变脆弱而最终破裂，并不断向井壁深处渗透，再配合紊流冲刷使井壁泥饼剥离。

3）润湿反转。油基清洗液具有极强的润滑反转能力，能够使原来亲油的岩石转变为亲水性，从而使后续的水泥浆更容易与一二界面胶结。

4）紊流冲刷。油基清洗液在泵入井下时必须达到紊流状态，这要求油基清洗液具有极低的黏度。

2 清洗效率评价

清洗效率是评价油基清洗液清洗油基钻井液成功与否的关键，为此采用2种方法分别评价了所研究的油基清洗液的清洗效率。方法1是采用文献 ［4］中的冲洗效率评价仪分别评价了模拟井壁与模拟套管的冲洗效率；方法2是将油基钻井液的高温高压泥饼用橡皮筋绑在六速旋转黏度计的外筒上，在一定转速下（300r／min）评价油基清洗液对高温高压泥饼的清洗效率。另外将六速旋转黏度计外筒浸泡于油基钻井液中一定时间后，采用油基清洗液对其进行清洗，评价其清洗效率［5，6］。

油基清洗液清洗试验数据表如表1所示。从表1可以看出，无论是在模拟井壁，还是在模拟套管上清洗10min后，采用2种方法的清洗效率均达到90%以上。下面采用方法2对油基清洗液清洗油基钻井液高温高压泥饼的清洗效果进行评价。

2.1 清洗液加量对清洗效率的影响

不同加量对油基清洗液清洗效率的影响试验数据表如表2所示。从表2可以看出，随着清洗液加量的增加，清洗效率明显增加，当清洗液加量达到15%以上时，清洗效率较好。

2.2 剪切速率对清洗效率的影响

不同剪切速率对油基清洗液清洗效率的影响试验数据表如表3所示。从表3可以看出，随着剪切速率的增大，清洗效率明显增大，这说明作业现场必须加大排量，使清洗液能够保证在紊流状态下冲刷井壁，由此达到清洗井壁的目的。

2.3 不同密度对清洗效率的影响

采用超微重晶石对15%清洗液进行加重，其粒径90%小于5μm，具有较好的悬浮稳定性。试验结果表明，加重后的油基清洗液黏度较低，沉降稳定性好，且当密度为1.50g／cm3时，清洗效率依然可以达到83.58%以上（见表4）。

表1 油基清洗液清洗试验数据表

表2 不同加量对油基清洗液清洗效率的影响试验数据表

表3 不同剪切速率对油基清洗液清洗效率的影响试验数据表

表4 不同密度对油基清洗液清洗效率的影响

3 润湿反转性能

润湿反转性能试验照片如图1所示。从图1可以看出，采用水清洗后的岩心端面，滴一滴水在端面，会形成一滴水珠，这说明端面为亲油性（见图1（a））；采用油基清洗液清洗的岩心端面，水全部铺展开，变为水润湿（见图1（b））。上述情况表明油基清洗液具有较好的清洗效果，能够将岩心断面的泥饼进行有效清除，并且具有较好的润湿反转效果。

图1 润湿反转性能试验照片

4 相容性试验

油基清洗液必须与固井水泥浆具有较好的相容性，不能对水泥浆造成任何影响。通过相容性测试表明，油基清洗液不会对水泥浆造成流变性突变和絮凝现象，也不会造成水泥浆促凝（见表5），且当清洗液含量达到15%时，水泥石强度依然达到14MPa以上（见表6）。

表5 清洗液与水泥浆相容性试验数据

5 现场应用

油基清洗液技术配合现场清洗施工工艺后在建页HF－2井应用成功后，推广到涪陵页岩气示范区应用，现场采取主要工艺措施：

1）大容量清洗液设计。该清洗液具有较好的加重性能，加重后黏度较低，泵入井筒后可以达到紊流状态。因此，设计使用30m3清洗液，密度为前期钻井液使用密度。

2）多段塞顶替工艺。采用柴油，清洗液，隔离液，领浆，尾浆的顶替工艺，采用2～4m3柴油在前顶替油基钻井液，采用隔离液将清洗液与水泥浆进行隔离。

目前，上述工艺已推广到涪陵页岩气示范区的140余口井，现场应用效果良好，固井合格率100%，优质率达到90%以上，现场应用效果良好。

表6 清洗液对水泥浆性能的影响试验数据表

6 结论

1）采用不同方法评价表明，油基清洗液具有较高的清洗效率，且油基清洗液在加重后具有较低的黏度和较好的沉降稳定性，如在密度为1.5g／cm3时，清洗效率依然可以达到83.58%以上，因而具有较好的清洗效果。

2）油基清洗液具有极佳的润湿反转效果，能够有效地将井壁和套管转变为水润湿，有利于水泥浆的胶结，提高固井质量，并且与水泥浆体系配伍性好，不会影响水泥浆的综合性能。

［1］王中华 .页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则 ［J］.中外能源，2012，17（4）：43～46.

［2］童杰，李明，魏周胜，等 .油基钻井液钻井的固井技术难点与对策分析 ［J］.钻采工艺，2014，37（6）：17～20.

［3］张国仿，袁欢，吴雪平，等 .油基泥浆长水平段页岩气固井技术在建页HF－2井的应用 ［J］.石油天然气学报（江汉石油学院学报），2014，36（10）：133～136.

［4］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.

［5］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.

［6］齐静，李宝贵，张新文，等 .适用于油基钻井液的高效前置液的研究与应用 ［J］.钻井液与完井液，2008，25（3）：49～51.