页岩气高密度固井前置液实验研究及优化

2024-03-25吴杰

石油化工应用 2024年2期

吴杰

（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部湛江作业公司，广东湛江 524057）

四川川渝区块属于深井高密度高温固井，水泥浆的性能及其与前置液、油基泥浆存在配伍性差，水泥石的强度发展缓慢等问题[1-2]，这些问题影响着固井施工的安全，导致固井质量差，而冲洗液和隔离液与水泥浆具有较好的相容性是保证固井质量的关键性之一[3-5]，笔者通过实验筛选和评价，对前置液的性能进行优化，以保证前置液组成中的所有化学材料在与水泥浆按照一定比例混合的情况下，对水泥浆的施工安全性和施工质量没有影响。

1 固井难点分析

（1）井眼尺寸大，井眼清洁难度大[6]。深水套管下深增加，为了满足大井眼清洁所需的钻进排量更大，所需要的钻井液量增加，同时对设备的要求更高。

（2）页岩气川渝区块层位复杂，深井温度高，存在高压异常，使用的高密度油基钻井液黏度大泥饼难以清除[7]，附着在井壁上的油基泥浆严重影响水泥环胶结质量，使得顶替效率变差，固井质量得不到保障，因此，需要对固井前置液进行合理设计，保证施工的安全。

2 前置液性能要求

（1）做好前置液的配方调整，进行前置液与泥浆及水泥浆之间的配伍性评价，使得性能满足固井要求；

（2）采用加重清洗液与高效双作用隔离液的前置液设计，能有效清洗高密度泥浆的泥饼，以达到相对理想的泥浆清洗效果；

（3）采用隔离液和水泥浆分别添加纤维堵漏，提高其对渗透性漏失地层的封堵防漏能力。

3 前置液性能研究

3.1 前置液的加重性能评价

川渝区块大多属于深井高温井[8]，需采用高密度水泥浆，因此，冲洗液、隔离液密度需要配制到2.3 g/cm3，这样对冲洗液、隔离液与加重剂颗粒级配提出了更高的要求，才能确保现场的作业安全，室内通过合理设计加重剂颗粒级配，对不同密度的清洗型隔离液（C21L）的加重性能开展了评价，结果见表1。

表1 不同密度C21L 的加重性能

由表1 可以看出，随着密度的增大，清洗型隔离液黏度增大，但是浮动不大，且黏度变化具有一定的规律，说明整个加重清洗型隔离液稳定性好。

3.2 配伍性评价

结合现场实际，由于水泥浆和泥浆混合后，浆体呈现增稠触变的现象，水泥浆与泥浆的相同性差，因此，室内筛选具有活性基团的C21L，该隔离液兼具清洗和隔离的双重作用，其活性基团可以改善浆体的流动性（表2）。

表2 C21L 与水泥浆和泥浆的配伍性评价

C21L 配方：100%淡水+10%冲洗液+3%S10S+1%分散剂+270%加重剂（2.3 g/cm3）。

由表2 结果可以看出，C21L 与水泥浆、泥浆具有良好的稀释效果和配伍性，随着C21L 的增多，混浆流变性更好，同时三者互混后，水泥浆与C21L 相容性较好，没有絮凝与黏度突变等现象，满足高温高密度固井作业。

3.3 抗高温性能评价

在高温固井作业中，前置液可能出现黏度急降，导致加重材料的沉积，给现场固井作业带来风险[9-10]。因此，为了确保现场作业安全，对C21L 的高温稳定性能进行了评价，结果见表3，由表3 结果可以看出，C21L在高温120 ℃养护4 h 后，黏度变化小于20%，说明C21L 抗高温性能良好。

表3 C21L 抗高温性能评价

3.4 C21L 清洗效率评价

在钻井之后井壁及套管会有残留的油基泥浆，如果不能有效清洗油膜，会使界面胶结质量变差，为了解决该问题通常固井前会先注入前置液进行有效清洗和隔离后再注入水泥浆固井。因此，前置液对油基泥浆的清洗效果对于固井质量起着至关重要的作用，室内采用C21L+2%纤维进行清洗，效果评价见图1。

图1 C21L 冲刷不同时间的清洗效果图

由图1 可以看出，C21L+2%纤维冲洗3 min 效果得到明显改善，冲洗效果可达80%；当C21L+2%纤维冲洗5 min 后，冲洗效果达到95%。

4 现场应用实例

页岩气川渝区块井深和垂深在3 800～5 000 m 井段进行作业，水泥浆实验温度在90～120 ℃，浆体密度高，三开堵漏（311.2 mm）封固段较长井眼容积较大，注水泥量12～15 m3，泥浆密度高1.8～2.1 g/cm3，前置液清洗效率差、施工风险高，为了提高顶替效率，采用C21L+2%纤维的前置液设计，能有效的清洗高密度泥浆泥饼，达到了相对理想的泥浆清洗效果，并优化设计了前置液性能和用量，使前置液与地层紊流接触≥10 min，从应用结果来看，C21L 的使用可以有效提高固井质量。