固井冲洗液冲洗效率评价装置的研制与应用

齐 奔 ，王圣明 ，池立雅 ，李中国 ，王其可 ，王小丰 ，方 超 ，杜 磊 ，许 洋 ，吕 泽

（1.中国石油集团渤海钻探第二固井公司，天津 300280；2.中国石油集团油田技术服务公司，北京 100007；3.中国石油集团测井有限公司天津分公司，天津 300280）

在固井、完井施工过程中，附着在井壁和套管壁上的虚泥饼会严重影响固井胶结质量，因此在固井过程中使用前置液是提高固井质量的重要手段。固井前置液分为冲洗液和隔离液；其中，冲洗液可有效的稀释钻井液并冲洗掉附着在井壁和套管壁上的虚泥饼。

目前，关于冲洗液冲洗效率的评价还没有统一的标准方法[1，2]。在实验室中通常采用六速旋转黏度计来测量冲洗液的冲洗效率，然而，这种方法存在的缺陷就是由于黏度计的外筒上带有孔，造成黏度计外筒的外侧和内侧均会有钻井液黏附，造成难以定量计算。已公开专利CN203161216U公开了一种固井冲洗液冲洗效率定量模拟评价装置，其虽然对旋转黏度计进行了改进，但是该装置在检测冲洗液的冲洗效率时，钻井液很容易就脱离表面，不能真实的反映冲洗液的冲洗效率。

1 评价固井冲洗液冲洗效率装置

1.1 研究思路

本文的目的是提供一种能够解决上述缺陷实现有效反映冲洗液的冲洗效率的固井用冲洗液冲洗效率检测装置。本装置将旋转黏度计进行了改进：（1）电机的输出轴通过传动转盘与转速调节器连接，驱动转速调节器的传动轴转动，电机的输出功率可以调节，可实现无级转速的调节；（2）砂外筒为一顶部具有开口的筒体，其外侧壁面加工为粗糙点为20目~50目的磨砂面，这样可以更好的反映井壁的粗糙程度，更真实的反映冲洗液的冲洗效率。

1.2 评价装置

该固井用冲洗液冲洗效率检测装置主要由无级变速器、磨砂外筒、冲洗液杯、加热套底座等组成（见图1）。

底座包括底盘、支架、横梁和托板；底盘水平设置在一水平台面上，支架竖直设置且底端固定在邻近底盘的左侧侧边的中部位置上，横梁水平设置且其左端固定在支架的顶部；托板水平设置并活动固定在支架上；具体地，横梁为中空结构，其内用于设置有传动转盘；在支架上自上而下开设有一条形通孔，托板一侧中部设有一根能穿装在条形通孔内的圆柱形插件，托板通过将圆柱形插件穿装在条形通孔内并在圆柱形插件端部设置调节手柄，使托板能够在条形通孔内上下移动并固定在支架的任意高度上；调节手柄包括设置在圆柱形插件端部的固定螺母和设置在固定螺母外侧端面上的手柄；电机和无级变速器设置在横梁的顶面上；电机的输出轴通过设置在横梁内的传动转盘与无级变速器连接，实现驱动无级变速器的传动轴转动；同时，在横梁上还设置有一台与无级变速器连接的转速显示器，用于显示传动轴的实时转速；在传动轴上套装有一转换接口，该转换接口的顶端焊接固定在传动轴的外壁上，其底端内壁上设有连接内螺纹；磨砂外筒为一顶部设有开口的筒体，其外侧壁面加工为粗糙点为目的磨砂面；磨砂外筒顶端外壁上设有连接外螺纹，使磨砂外筒与转换接口之间螺纹连接固定，使磨砂外筒能够随传动轴转动；加热套套装在冲洗液杯的外侧，为冲洗液杯内盛装的冲洗液加热，模拟井筒的实际温度；加热套的高度高于冲洗液杯的高度，保证加热套的高度高于冲洗液杯中液面高度。

2 应用方法与评价结果分析

2.1 应用方法

图1 检测装置

该固井用冲洗液冲洗效率检测装置的使用方法如下：

（1）称量洁净、干燥的磨砂外筒的质量W0；

（2）将磨砂外筒通过转换接口与传动轴连接固定，然后将钻井液倒入冲洗液杯中，钻井液的倒入量保证磨砂外筒能够完全浸入在待测钻井液中；接着启动电源设定无级变速器的转速，使磨砂外筒在冲洗液杯中按照设定的转速旋转，同时开启加热套加热使冲洗液升温至模拟井温（即按照井底循环温度，若循环温度高于90℃后，按90℃设定；或者是测试温度设定加热目标温度），当温度升至目标温度后，继续旋转30 min，关闭加热套和电机，使磨砂外筒停止转动，通过调节手柄调节托板的高度，让磨砂外筒完全脱离冲洗液杯；待磨砂外筒上的钻井液完全滴尽后，称取磨砂外筒以及其上黏附钻井液的质量W1；

（3）将一定温度的待测冲洗液倒入洗净的冲洗液杯中，放置在测试位置使黏附有钻井液的磨砂外筒完全浸入到待测的冲洗液中，启动电源设定无级变速器的转速，使磨砂外筒在冲洗液杯中按照设定的转速旋转，使黏附在磨砂外筒上的钻井液在旋转过程中冲洗下来，经过一定冲洗时间后，关闭电机并使磨砂外筒完全脱离冲洗液杯，待磨砂外筒上的液体滴尽，称取磨砂外筒的质量W2；

（4）将步骤（1）~（3）得到的数据 W0、W1和 W2代入公式：

即可计算得到待测冲洗液的冲洗效率。

2.2 评价方法应用

表1 不同冲洗液冲洗硅基泥浆的冲洗效率评价结果

2.2.1 不同冲洗液的冲洗效率评价 对于目前应用的冲洗液 YXCX-1、OCW-1L、BH-Q812L 和 BCS-010L四种冲洗液采用此装置开展冲洗效率的评价，其中冲洗液均配制为10%的水溶液，预热至试验温度，冲洗时间为5 min，冲洗对象为1.50 g/cm3的硅基钻井液。每个冲洗试验均重复测试3次，取平均值，结果发现其误差在5%以内，评价结果（见表1）。从表1可以看出，BH-Q812L和BCS-010L在80℃的冲洗效率大于90%，而且冲洗液在80℃下的冲洗效率大于30℃下的冲洗效率。

2.2.2 冲洗液在不同冲洗时间下的冲洗效率评价 采用BH-Q812L配制成10%的水溶液，预热至试验温度，冲洗对象为1.50 g/cm3的硅基钻井液。分别评价了在30℃和80℃下的冲洗效率，评价结果（见表2）。从表2可以看出，在30℃下，冲洗9 min，基本可以将泥饼冲洗干净，在80℃下，冲洗6 min，基本可以将泥饼冲洗干净。

表2 BH-Q812L冲洗液冲洗硅基泥浆的评价结果

3 结论

（1）该固井用冲洗液冲洗效率检测装置通过其内设置的磨砂外筒模拟井下管柱，冲洗液杯模拟套管，加热套模拟井下温度以实现贴近井壁真实工况的模拟，使钻井液产生的虚拟饼更加贴近实际情况。

（2）该装置测试结果重复性高，而且设计简单、易于操作，具有科学性和准确性。