DCX固井模擬沖洗效率評價裝置的研制

姜增東， 王廣雷， 王萬軍， 岳 婷， 盧士芬

(1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶 163413；2.大慶鉆探工程公司鉆技一公司，黑龍江大慶 163358；3.大慶油田有限責任公司第四采油廠，黑龍江大慶 163511；4.大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶 163413)

?鉆采機械?

DCX固井模擬沖洗效率評價裝置的研制

姜增東1， 王廣雷1， 王萬軍2， 岳 婷3， 盧士芬4

(1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶 163413；2.大慶鉆探工程公司鉆技一公司，黑龍江大慶 163358；3.大慶油田有限責任公司第四采油廠，黑龍江大慶 163511；4.大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶 163413)

為了定量分析沖洗液對滲透性地層濾餅的沖洗作用規(guī)律，研制了DCX固井模擬沖洗效率評價裝置。該裝置不僅可以模擬滲透性地層泥餅的形成過程，還可以評價沖洗液在不同工況下對濾餅的沖洗效率。利用該裝置測試了2種沖洗液對2種不同性能鉆井液在不同條件下形成泥餅的沖洗效率。結(jié)果表明：在不同因素影響下，沖洗效率差異很大，相差達到5.56％～7.76％；應根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進行綜合分析評價，優(yōu)選出最佳的沖洗方案來保證第二界面的清潔。該沖洗評價裝置可為分析沖洗液對第二界面的沖洗規(guī)律提供新的試驗手段，也可為提高第二界面的沖洗效率提供試驗數(shù)據(jù)。

固井 沖洗液 沖洗效率 評價裝置

提高井下環(huán)空沖洗效率，能夠為水泥環(huán)提供良好的膠結(jié)環(huán)境，保證固井質(zhì)量。目前，國內(nèi)外還沒有形成統(tǒng)一的沖洗效率評價方法，并且一些常用的沖洗效率評價方法還存在著很大的不足，不能完全為現(xiàn)場固井施工提供合理有效的試驗數(shù)據(jù)[1]。國內(nèi)外曾建立大型的模擬井筒對沖洗效率進行綜合評價，但由于操作復雜、保養(yǎng)維修困難、試驗成本較高，現(xiàn)已不常使用。而且，許多相關(guān)的固井沖洗效率研究只關(guān)注對可流動鉆井液的沖刷頂替，卻忽略了對井壁上具有一定膠凝強度泥餅的沖洗，因此第二界面沒有被清洗干凈，影響了第二界面膠結(jié)質(zhì)量。為了進一步明確沖洗液對滲透性地層泥餅的沖洗規(guī)律，研制了DCX固井模擬沖洗效率評價裝置(以下簡稱模擬評價裝置)。

1 模擬評價裝置的研制思路

根據(jù)固井沖洗頂替的實際過程，研制小型沖洗模擬評價裝置。該裝置能模擬滲透性地層在不同井下條件下形成泥餅，并能模擬沖洗液在井下的流動狀態(tài)，評價不同工況下沖洗液的沖洗效果。該裝置要拆裝方便，可以對形成泥餅前后模擬地層巖心質(zhì)量和沖洗后模擬地層巖心質(zhì)量進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)沖洗液對第二界面沖洗效率的定量評價。

2 模擬評價裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 裝置的結(jié)構(gòu)

模擬評價裝置由密閉濾失系統(tǒng)、沖洗頂替循環(huán)系統(tǒng)組成，其中密閉濾失系統(tǒng)由巖心、耐溫耐壓釜體、保護鋼壁、變徑緩沖管道等組成，如圖1所示。模擬地層巖心長200 mm、高20 mm，中間為直徑50 mm的井眼。保護鋼壁用來保護模擬地層巖心因受內(nèi)壓而引起開裂。變徑緩沖管道起過渡作用，以確保沖洗液頂替到模擬巖心時保持流態(tài)穩(wěn)定。耐溫耐壓釜體上部有加壓口，可通過氣瓶加壓，以模擬鉆井液在巖心處的濾失壓差。

圖1 密閉濾失系統(tǒng)Fig.1 Schematic of sealed filtration system

沖洗頂替循環(huán)系統(tǒng)是在密閉濾失系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了計量泵、離心泵、循環(huán)管道、水箱等組件，如圖2所示。水箱內(nèi)有設(shè)有加熱裝置，可以調(diào)節(jié)控制試驗溫度。通過控制離心泵的排量模擬沖洗液的環(huán)空上返速度。

圖2 沖洗頂替循環(huán)系統(tǒng)Fig.2 Schematic of flushing and displacement system

2.2 工作原理

試驗時將模擬地層巖心(地層水浸泡2 h并稱其質(zhì)量mi)置于評價裝置的密閉濾失系統(tǒng)中，并加入鉆井液，設(shè)定井下溫度，通過耐溫耐壓釜體上部的加壓口加壓，以形成濾失壓差，模擬鉆井液在一定滲透率巖心中的濾失過程并形成一定厚度的泥餅；從密閉濾失系統(tǒng)中取出附有泥餅的模擬地層巖心，并稱其質(zhì)量mt，然后將其放置于沖洗循環(huán)系統(tǒng)中，結(jié)合現(xiàn)場固井施工的水力參數(shù)，設(shè)定離心泵的排量，模擬不同環(huán)空上返速度沖洗附有泥餅的巖心，沖洗到一定時間(沖洗時間根據(jù)現(xiàn)場沖洗液與鉆井液的接觸時間來確定)后，從循環(huán)沖洗系統(tǒng)中取出模擬地層巖心并稱其質(zhì)量mf；最后計算出沖洗效率η。η的計算式為：

(1)

式中：mt為附有泥餅巖心的質(zhì)量，g；mf為沖洗后的巖心質(zhì)量，g；mi為未附有泥餅的巖心質(zhì)量，g。

3 沖洗效率評價試驗

利用該沖洗模擬裝置，評價了2種沖洗液對2種不同性能有機硅水基鉆井液在不同滲透率模擬地層巖心上形成泥餅的沖洗效率，結(jié)果見表3—6。評價時模擬1.0和1.5 m3/min的排量，即環(huán)空返速0.67和1.00 m/s；沖洗時間根據(jù)現(xiàn)場沖洗液與鉆井液的接觸時間確定為4 min。

表1 有機硅水基鉆井液的性能

表2 沖洗液的流變性能

表3 沖洗液1對鉆井液1形成泥餅的沖洗效率

表4 沖洗液1對鉆井液2形成泥餅的沖洗效率

表5 沖洗液2對鉆井液1形成泥餅的沖洗效率

從表3—6可以看出：

1)沖洗效率在不同因素影響下差異很大，相差達到5.56％～7.76％。因此，針對不同地層特性條件下形成的泥餅，應根據(jù)綜合模擬評價結(jié)果，優(yōu)選出適宜的沖洗液并配備合理的頂替方式，才能更有效地清洗第二界面，為水泥提供良好的膠結(jié)環(huán)境。

表6 沖洗液2對鉆井液2形成泥餅的沖洗效率

2)在其他試驗條件相同的情況下，巖心滲透率越大，沖洗效率越低，說明鉆井液在滲透率較大的巖心上濾失后形成泥餅的附著力較大，不易沖洗掉。

3)在其他試驗條件相同的情況下，沖洗液1比沖洗液2的沖洗效率普遍要高，尤其在高環(huán)空返速條件下，沖洗液1的優(yōu)勢更加明顯，說明處于紊流狀態(tài)下的沖洗液在壁面處的擾動有利于對泥餅的沖刷。

4)在其他試驗條件相同的情況下，養(yǎng)護溫度越高、濾失壓差越大，濾失后形成泥餅的附著力越大，越不容易沖洗掉。

4 結(jié) 論

1)DCX固井模擬沖洗效率評價裝置不僅可以模擬滲透性地層泥餅的形成過程，還可以評價沖洗液在不同流動狀態(tài)下對泥餅的沖洗效率，可為沖洗參數(shù)設(shè)計提供依據(jù)。

2)在不同因素影響下沖洗效率差異很大。因此，應針對不同地層特性條件下形成的泥餅，根據(jù)綜合模擬評價結(jié)果，優(yōu)選出適宜的沖洗液，并配備合理的頂替方式，才能更加有效地清洗第二界面。

3)沖洗評價試驗不僅要關(guān)注第一界面的沖洗效果，還要通過試驗手段來考察沖洗液對第二界面的沖洗效果，這樣才能保證第一、二界面的清潔程度，提高水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量。

[1]王廣雷，吳迪，姜增東，等.固井沖洗效率評價方法探討[J].石油鉆探技術(shù)，2011，39(2)：77-80.

Wang Guanglei,Wu Di,Jiang Zengdong,et al.Discussion of evaluation method of cementing flushing efficiency[J] .Petroleum Drilling Techniques,2011,39(2): 77-80.

DevelopmentofCementingEvaluationEquipmentDCXforFlushingEfficiency

JiangZengdong1,WangGuanglei1,WangWanjun2,YueTing3,LuShifen4

(1.DrillingEnginneeringTechnologyResearchInstitute,DaqingDrillingEngineeringCompany,Daqing,Heilongjiang,163413,China;2.No.1DrillingTechnologyCompany,DaqingDrillingEngineeringCompany,Daqing,Heilongjiang,163358,China;3.No.4OilProductionPlantofDaqingOilfieldCompanyLimited,Daqing,Heilongjiang,163511,China;4.No.2DrillingCompany,DaqingDrillingEngineeringCompany,DaqingHeilongjiang,163413,China)

The DCX cementing flushing evaluation simulator was developed to quantitatively analyze working mechanism of flushing fluid to filter cake at the permeable layers.The apparatus can not only simulate the cake forming process,but also simulate the flushing efficacy under the different operating conditions.With the device,a series of experiments were conducted to evaluate the flushing efficiency of two kinds of flushing fluids on cakes formed by two kinds of drilling fluids.The experimental results showed that:the flushing efficiency varied widely when influential factors changed,with the biggest disparity being 5.56％-7.76％.The best flushing program,which could ensure the cleanliness of annular interface,could be selected through comprehensive evaluation and data analysis.The apparatus offers a new means for analyzing the working mechanism of the flushing fluid and provides reliable experimental data for improving flushing efficiency.

well cementing；flushing spacer；flushing efficiency；evaluation equipment

2012-09-11；改回日期2013-04-26。

姜增東(1983—)，男，黑龍江大慶人，2006年畢業(yè)于大慶石油學院石油工程專業(yè)，主要從事固井流體力學、固井前置液及特殊工藝井完井技術(shù)研究。

聯(lián)系方式：(0459)4892341，wangguanglei@cnpc.com.cn。

10.3969/j.issn.1001-0890.2013.03.025

TE252

A

1001-0890(2013)03-0127-03

[編輯 劉文臣]