无固相清洗型隔离液研究与应用

刘文明， 肖尧， 齐奔， 付家文， 孙勤亮， 李剑华（渤海钻探第二固井分公司，天津300280）

刘文明等.无固相清洗型隔离液研究与应用[J].钻井液与完井液，2016，33（1）：88-91.



无固相清洗型隔离液研究与应用

刘文明， 肖尧， 齐奔， 付家文， 孙勤亮， 李剑华
（渤海钻探第二固井分公司，天津300280）

刘文明等.无固相清洗型隔离液研究与应用[J].钻井液与完井液，2016，33（1）：88-91.

摘要针对隔离液中的固相会对井下裸眼段和渗透率较高的砂岩等主要油层段造成污染，开发了一种无固相的清洗型固井隔离液，并对隔离液的综合性能进行评价。实验结果表明，无固相隔离液密度在1.00～1.80 g/cm3之间可调；隔离液在180 ℃下养护后上下密度差为0，未出现高温沉降现象，具有良好的抗温性能；隔离液的塑性黏度小于6 mPa·s，屈服值为0 Pa，为牛顿流体，易实现紊流顶替；有机盐钻井液、抗盐水泥浆与隔离液以不同比例混合后，流性指数值增加，稠度系数值降低，说明隔离液与有机盐钻井液和抗盐水泥浆具有良好的相容性；隔离液与不同比例抗盐水泥浆混合后，混浆的稠化时间变长，能够确保施工安全。隔离液对井壁上的虚泥饼及油污等的清洗效率在90%以上，有利于形成提高水泥胶结质量的水湿环境，提高固井质量。无固相隔离液在伊拉克市场现场应用29井次，应用效果良好，有效地解决了高压盐膏层固井难题。

关键词无固相隔离液；清洗型隔离液；高温沉降；抗盐水泥浆

Study and Application of Solids-free Flushing Spacer

LIU Wenming, XIAO Yao, QI Ben, FU Jiawen, SUN Qinliang, LI Jianhua
(The Second Cementing Branch of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited, Tianjin 300280, China)

Abstract A solids-free flushing spacer was developed for use in drilling operation to prevent open holes and high permeability sandstones from being damaged by the solids in spacers. In laboratory experiments, the density of the spacer can be adjusted between 1.00 g/cm3and 1.80 g/cm3. No density difference was found of the top and the bottom of the spacer after aging at 180 ℃, indicating that no sedimentation ever occurred. The spacer was a Newtonian fluid, having plastic viscosity of 6 mPa·s and yield value of 0, meaning that turbulent flow displacement can be easily realized. When contaminated with a mixture of organic salt drilling fluid and salt-resistant cement slurry, the flow index of the spacer increased, while the consistency factor decreased, meaning that the spacer was compatible with organic salt drilling fluid and salt-resistant cement slurry. When mixed with saltwater at different ratios, thickening time of the mixture was prolonged, which is beneficial to safe operations. 90% or more pseudo mud cakes and oil dirt on the borehole wall can be flushed away, which is beneficial to the development of bonding strength between cement sheath and borehole wall. This solids-free spacer has been used 29 times in Iraq, successfully solving problems encountered in cementing high temperature wells, and wells with salt and gypsum formations.

Key words Solids-free spacer; Flushing spacer; High temperature sedimentation; Salt-resistant cement slurry

目前，国内外常用重晶石、铁矿石等加重材料作为隔离液的加重剂[1-7]，此类隔离液在改善固井质量方面起到了积极作用，但也存在一些不可忽略的问题：①加重剂需要悬浮稳定剂进行悬浮，悬浮稳定剂在高温、含盐条件下悬浮性能变差，导致隔离液稳定性变差；②高密度的隔离液需要加入大量的加重材料，为了保证隔离液的稳定性，需要加入更多的悬浮稳定剂，造成隔离液黏度大，流变性能变差，不利于提高顶替效率；③由于采用重晶石等作为加重剂，因此隔离液中含有一定的固相，会对井下裸眼段，特别是对渗透率较高的砂岩等主要油层段造成污染，影响固井界面胶结质量。针对上述问题，开发出一种无固相的清洗型固井隔离液，实现了有效清洗与冲刷井壁上的虚泥饼及油污等，并形成有利于提高水泥胶结质量的水湿环境，提高固井质量。

1　实验部分

1.1 主要试剂及仪器

水溶性加重剂，表面活性剂，分散剂，工业品；中低温缓凝剂BXR-200L，高温缓凝剂BCR-300L，天津中油渤星工程科技股份有限公司产品；水泥浆和钻井液来自施工现场。机械搅拌器，恒速搅拌器，常压稠化仪，高温高压稠化仪，六速旋转黏度计。

1.2 无固相隔离液的制备

将一定量的加重剂、水加入烧杯中，恒温搅拌直至混合物全部溶解，加入缓凝剂、分散剂等搅拌均匀后加入表面活性剂，持续搅拌10～20 min即可制备出无固相清洗型隔离液，调整加重剂的加量可得到不同密度的隔离液。

2　结果与讨论

2.1 加重剂的优选

优选了多种可溶性加重剂，通过复配形成了2种隔离液用加重剂，分别命名为BZCS-S1、BZCS-L1。其中通过BZCS-S1加重，可以得到密度范围在1.00～1.55 g/cm3的无固相隔离液；通过BZCS-L1加重，可以得到密度范围在1.55～1.80 g/cm3的无固相隔离液。BZCS-S1、BZCS-L1加重性能见表1。

表1　BZCS-S1、BZCS-L1的加重性能

2.2 表面活性剂的优选

研究了不同种类的表面活性剂在加重溶液中的溶解性。在密度为1.40 g/cm3的加重溶液中加入十二烷基磺酸钠、OP-10、两性表面活性剂，在常温、转速为300 r/min机械搅拌条件下溶解30 min，静置后，3种表面活性剂的溶解情况见图1。由图1可知，传统的阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，如聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂OP-10、OP-8，十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等阴离子表面活性剂的抗盐效果很差，在加重剂中溶解性很低，无法达到清洗的效果，而两性表面活性剂能均匀溶解于不同密度的加重剂溶液中。优选多种抗盐效果强的两性表面活性剂，通过复配形成无固相隔离液用清洗剂BZCS-L2。

图1　不同种类表面活性剂在加重剂溶液中的溶解性

2.3 无固相隔离液稳定性评价

对不同密度的无固相隔离液体系的稳定性进行了评价，结果见表2。由表2可知，无固相隔离液选用可溶性加重材料代替重晶石等不溶性加重材料，体系为溶液状态，不存在分层的问题，可以有效解决传统隔离液稳定性差造成的一系列问题。

2.4 无固相隔离液流变性评价

实验按GB/T 19139—2012规定的方法进行。结果见图2。由图2可知，不同密度隔离液的曲线均经过原点，屈服值均为零，流体的流变模式均为牛顿流体模式。从顶替机理可以知道，顶替流态以紊流最好，塞流次之，层流较差。但常规密度的隔离液比较黏稠，达到紊流需要很高的排量和泵压，受设备功率和井身结构的限制，很难达到紊流顶替。而无固相清洗型隔离液为牛顿流体，黏度低，可以在低排量条件下达到紊流顶替，提高顶替效率。

表2　不同密度无固相隔离液稳定性 g/cm3

图2　不同密度隔离液的流变曲线

2.5 相容性评价

考察密度分别为1.40 g/cm3隔离液与钻井液、水泥浆的相容性，结果见表3。在90 ℃下考察了密度为1.40 g/cm3的隔离液与水泥浆体系混合后，对水泥浆稠化时间的影响。水泥浆及混合浆体的稠化时间按GB/T 19139—2012中规定的方法测定，结果见表4。由表3可知，无固相隔离液与钻井液、水泥浆具有良好的相容性，二者接触后不会产生增稠、絮凝现象，能够保障施工安全。由表4可知，隔离液与水泥浆以不同比例混合后，混合浆体的稠化时间均要比水泥浆稠化时间长，隔离液对水泥浆起到缓凝作用，满足现场安全施工的要求。

2.6 清洗效率评价

选用一种基于剪切速率相等原理的清洗效率评价装置及方法，考察了无固相清洗型隔离液对有机盐钻井液的清洗效果[8-9]。在70 ℃、1.0 m/s环空返速条件下，不同密度隔离液对有机盐钻井液的清洗效率见图3。由图3可知，部分密度的隔离液在1.0 m/s返速下清洗5 min，清洗效率可达到90%以上。其他密度的隔离液也可通过延长清洗时间，使清洗效率达到90%以上。

表3　隔离液对钻井液、水泥浆流变性能影响

表4　隔离液对水泥浆稠化时间的影响（90 ℃）

图3　在1.0 m/s环空返速下不同密度隔离液的清洗效率

2.7 现场应用

2014年，无固相清洗型隔离液在伊拉克市场现场应用29井次，结果见表5。由此可知，无固相清洗型隔离液能有效地解决该市场高压盐膏层固井质量难以保证的难题。

表5　无固相清洗型隔离液现场应用

3　结论

1.通过可溶加重剂、抗盐两性表面活性剂的优选及复配，开发无固相清洗型隔离液用加重剂产品2项、清洗剂产品1项。

2.开发出一种无固相清洗型隔离液，该隔离液的密度在1.00～1.80 g/cm3之间可调，沉降稳定性强；抗温可达180 ℃，抗盐达到饱和；具有良好的流变性能，易实现紊流顶替；与盐水钻井液和抗盐水泥浆具有良好的相容性；可有效清洗与冲刷井壁上的虚泥饼及油污，并形成有利于提高水泥胶结质量的水湿环境（井壁由疏水变成亲水），提高固井质量。

3.无固相清洗型隔离液在伊拉克现场应用29井次，应用效果良好。

参 考 文 献

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收稿日期（2015-10-25；HGF=1601C9；编辑 王超）

作者简介：第一刘文明，高级工程师，博士，1984年生，现在从事固井技术研究工作。电话 （022）25964024；E-mail：wenming656@163.com。

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.01.018

中图分类号：TE256.9

文献标识码：A

文章编号：1001-5620（2016）01-0088-04