油基泥浆用弱酸性冲洗液的室内研究

雷鑫宇，王婉霓，任春宇，于小荣，焦利宾，李　芹

(1. 中国科学院成都有机化学研究所,成都 610041; 2. 中国石油西南油气田分公司蜀南气矿， 四川泸州 646000；3. 中国石油西部钻探吐哈钻井公司， 新疆鄯善 838200； 4.西南石油大学化学化工学院，成都 610500)

油基泥浆因具有低滤失、低伤害及循环利用率高等优点被广泛应用，但其滤饼由于附着力太强而难以清除。固井施工时，井眼中残留的钻井液或泥饼，会使水泥浆产生黏稠团块状的絮凝物质，从而严重影响水泥浆的性能，甚至危及固井安全[1-2]。为保证施工安全，提高固井质量，需要开发专门针对油基泥浆的冲洗液进行洗井作业。

西南石油大学钻完井液研究室针对低固相泥浆和三磺泥浆，结合物理冲洗液冲刷能力强和化学冲洗液溶蚀、可润湿翻转的优点，开发了LQ-1型和LXX-1型两种冲洗液配方，对2种泥浆滤饼的冲洗效率均达到80%以上，并通过“楔合效应”提高水泥环界面胶结强度[3-4]。

在上述研究基础上，本研究通过对悬浮剂、渗透剂、弱酸和微硅的种类或加量进行优化，得到了一种以羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)为悬浮剂、表面活性剂JFC-1为渗透剂、硼酸为弱酸交联剂、微硅为界面增强剂的新型弱酸性冲洗液XY-1，并对其性能进行评价。

1　实验部分

1.1　仪器与试剂

API水泥实验全套装置；DFC-0710B型增压稠化仪；OWC-750型恒温养护釜，沈阳石油仪器研究所有限责任公司；ZNN-D6型六速旋转黏度计，青岛得顺电子机械有限公司；NYL-300型压力机，无锡市建筑材料仪器设备厂；模拟冲洗装置，实验室自制。

嘉华G级高抗硫油井水泥，四川嘉华集团股份有限公司；微硅JM-1、磁铁矿CTK-1，成都嘉茂化工有限实业公司；酮醛缩合型分散剂SWJZ-1；改性聚乙烯醇型降失水剂SWJ-7，山东沃尔德油田技术有限公司；渗透剂JFC-1，江苏海安石油化工厂；羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)、聚丙烯酰胺(PAM)、乙酸、硼酸等，均为分析纯，成都市科龙化工试剂厂。

1.2　实验内容

1.2.1悬浮剂的优化

向烧杯中加入质量分数(文中百分数均为质量分数)为0.75%悬浮剂(HEC，CMHEC或PAM)和适量水，搅拌使其溶解后分别加入3%加重剂CTK-1，继续搅拌至分散均匀，倒入量筒，常温静置20 min，观察并估算沉降率。用六速旋转黏度计测定溶液的流变参数。

1.2.2渗透剂的优化

向烧杯中依次加入0.75%悬浮剂、3% CTK-1、0.5%～2.0% JFC-1和适量水，搅拌使其分散均匀；70 ℃下稠化20 min，在1 400 r/min转速下于模拟冲洗装置上对附有油基泥浆滤饼的模拟井壁冲洗10 min，测定并计算模拟井壁冲洗前后滤饼面积的差值，得到冲洗效率。

1.2.3弱酸的优化

向烧杯中依次加入0.75%悬浮剂、3% CTK-1和JFC-1(1.5%)，搅拌使其分散均匀，用弱酸(乙酸或硼酸)调节pH至6。按1.2.2中方法测定冲洗效率。

1.2.4微硅的优化

在冲洗液基础配方中分别加入0.1%～1.0% JM-1，搅拌使其分散均匀；70 ℃下稠化20 min，于模拟冲洗装置上对附有油基滤饼的模拟井壁在1 400 r/min下冲洗10 min，然后灌注水泥浆，在70 ℃下养护相应龄期后测定其胶结强度。

1.2.5相容性评价

按标准SY/T 5374—2000《油气井注水泥前置液使用方法》，将油基泥浆和冲洗液XY-1按一定体积比混合均匀，70 ℃老化后测定流变参数，考察其相容性。

2　结果与讨论

2.1　冲洗液配方优化

2.1.1悬浮剂种类的确定

表1和表2列举了1.2.1的实验结果。可以看出，用羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)作悬浮剂的冲洗液的沉降率最低，流变性较好，是一种较好的悬浮剂。

表1　悬浮剂对沉降率的影响

表2　悬浮剂对流变性的影响

2.1.2渗透剂加量的确定

考察了渗透剂JFC-1加量对冲洗液冲洗效率的影响，冲洗液配方为：0.75% CMHEC+3% CTK-1+0.5%～2.0% JFC-1+适量水，结果见表3。

从表3看出，随着JFC-1加量的增大，冲洗效率逐渐增加；加量超过1.5%，冲洗效率增加明显。因此，选择渗透剂JFC-1加量为1.5%。

表3　渗透剂加量对冲洗效率的影响

2.1.3弱酸种类的确定

弱酸对冲洗液冲洗效率的影响结果见表4，冲洗液配方为：0.75% CMHEC+3% CTK-1+1.5% JFC-1+弱酸+适量水，pH值为6。虽然乙酸对滤饼的溶蚀作用强，冲洗效率较硼酸高2.4%，但随着时间的延长，尤其是温度升高后，乙酸对悬浮溶液的破胶作用较为明显；而硼酸不仅不会起破胶作用，反而对悬浮剂有一定的交联效果，有利于冲洗液的稳定性。因此选择硼酸作为弱酸。

表4　弱酸对冲洗效率的影响

2.1.4微硅加量的确定

在冲洗液优化配方(0.75% CMHEC+3% CTK-1+1.5% JFC-1+硼酸+适量水)中分别加入0～1.0% 微硅JM-1，调冲洗液pH值至6，按1.2.4方法，测定水泥浆的胶结强度，水泥配方为：嘉华G级水泥+3% JM-1+1.0% SWJZ-1+0.5% SWJ-7,水灰比0.44。结果见表5。

随着微硅JM-1加量的增大，水泥浆胶结强度呈增加趋势。JM-1加量为0.75%时，3 d和14 d胶结强度分别较无JM-1组的冲洗液高6倍和3.8倍。

表5　微硅加量不同的冲洗液对水泥浆胶结强度的影响

综合以上实验结果，得到冲洗液XY-1的配方为：0.75% CMHEC+1.5% JFC-1+适量硼酸+0.75% JM-1+适量水。

2.2　冲洗液XY-1的相容性

在冲洗液XY-1的pH值为6，水泥配方为：嘉华G级水泥+3% JM-1+1.0% SWJZ-1+0.5% SWJ-7，水灰比0.44的条件下，依照1.2.5方法考察冲洗液XY-1的相容性，结果见表6。流变参数变化趋势正常，XY-1的相容性较好。

表6　XY-1的相容性实验结果

3　结论

1)在前期研究成果基础上，通过优化悬浮剂、渗透剂、弱酸和微硅的种类或加量，得到用于油基泥浆滤饼的新型弱酸性冲洗液XY-1配方为：0.75% CMHEC+1.5% JFC-1+适量硼酸+0.75% JM-1+适量水。

2)XY-1流变性优异，稳定性和相容性良好，对油基泥浆滤饼的冲洗效率超过80%，可大幅提高界面胶结强度。

[1]谭文礼,王翀,徐玲.BCS隔离液室内研究[J].石油天然气学报,2006(1):81-83.

[2]陈大钧.油气田应用化学[M].北京:石油工业出版社,2005：112-114.

[3]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):66-67.

[4]陈大钧,雷鑫宇,李芹,等.双重强化界面胶结强度技术[J].钻井液与完井液,2014,31(1): 57-59.