LXX型沖洗液的室內(nèi)研究＊

李 芹 雷鑫宇 李文濤 張直建 陳大鈞

（1．西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

2．中國石油長城鉆探工程公司）

在油氣井固井過程中，第二界面封固質(zhì)量是固井作業(yè)中重要的評價(jià)指標(biāo)，也與后期油氣井生產(chǎn)效益密切相關(guān)。沖洗液主要通過物理沖刷和化學(xué)改變界面性質(zhì)的方式來清除井壁的泥餅和油污，從而改善井壁界面性質(zhì)，提高第一、二界面的膠結(jié)強(qiáng)度。泥餅沖洗是目前固井技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，如果忽視泥餅的清除問題，那將會對油氣井的封固質(zhì)量，特別是界面膠結(jié)強(qiáng)度造成嚴(yán)重的影響，增大了油氣井層間水氣竄的風(fēng)險(xiǎn)［1－5］。

目前，沖洗液的相關(guān)研究進(jìn)展迅速。在國內(nèi)具有代表性的沖洗液主要有：大慶油田研制的Dsf沖洗液，中原油田研制的SNC隔離液。在國外，美國道威爾公司的CW系列沖洗液和哈利伯頓公司研制的通用隔離液應(yīng)用廣泛。但是目前沖洗液仍然存在一些問題。例如沖洗濾餅效率不高，拌漿困難，界面膠結(jié)強(qiáng)度有待提高。

本試驗(yàn)主要研究了沖洗液中加入不同活性材料后的性能。實(shí)驗(yàn)表明，LXX型沖洗液對泥餅的沖洗效率高，且具有“楔合效應(yīng)”，能夠明顯改善井壁的界面性質(zhì)，提高水泥環(huán)膠結(jié)強(qiáng)度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

實(shí)驗(yàn)藥品：膨潤土、重晶石、磺酸鹽類陰離子表面活性劑、聚氧乙烯類非離子表面活性劑、G級水泥、分散劑SXY、降失水劑SZ1－2、懸浮劑 H－1、明礬、活性材料（磁鐵礦CTK－1、礦渣 KZ－1、活性二氧化硅S－1）等。

實(shí)驗(yàn)儀器：API水泥實(shí)驗(yàn)全套裝置（沈陽石油儀器研究所有限責(zé)任公司），ZNND－79六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（青島德順電子機(jī)械有限公司），NanoScopeⅢa原子力顯微鏡（美國Digital Instr u ment公司），Quanta 450型掃描電鏡（美國FEI公司）等。

1．2 LXX型沖洗液配方設(shè)計(jì)

沖洗液體系的設(shè)計(jì)思路如下：

（1）體系呈弱酸性，低滲油藏屬于碳酸鹽巖儲層或者地層中富含碳酸鹽礦物的地質(zhì)構(gòu)造，利用這些地層中的礦物使濾餅易于剝離，非常有利于提高沖洗液的沖洗效率；同時(shí)弱酸與地層接觸反應(yīng)后，井壁粗糙程度增加有利于水泥漿附著，進(jìn)而有利于膠結(jié)強(qiáng)度的提高。

（2）含剛性微粒，具有較強(qiáng)的物理沖刷作用。

（3）復(fù)配表面活性劑可起到快速滲透、潤濕反轉(zhuǎn)的作用，從而迅速浸濕泥餅，加速泥餅脫落。

（4）含活性材料的沖洗液沖刷濾餅后，可在膠結(jié)面附著大量活性微粒，預(yù)留“活性楔子”，在后期注水泥時(shí)可提高界面膠結(jié)強(qiáng)度。

按照此思路，經(jīng)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，得到基礎(chǔ)配方如下：

LXX沖洗液基礎(chǔ)配方：水＋w（H－1）0．25%＋w（微硅）2%＋w（硼酸）5%＋w（復(fù)配表面活性劑）1．5%＋w（活性材料）3%。

1．3 LXX沖洗液性能研究

1．3．1 沖洗液沖洗效率

根據(jù)基礎(chǔ)配方，使用不同的活性顆粒材料，在常溫、1 400 r／min條件下，沖洗10 min后，測定其對低固相濾餅的沖洗效率［6－7］。

表1 使用不同活性顆粒材料沖洗液的沖洗效率Table 1 Flushing efficiency of using different active particle materials

從表1可知，使用CTK－1的沖洗液沖洗效率為90%。CTK－1物理沖刷作用強(qiáng)，但其懸浮性能較差；含S－1的沖洗液，也具有較強(qiáng)的物理沖刷作用，沖洗液懸浮性能良好，沖洗效率為84%；使用KZ－1，沖洗液懸浮性能最好，但其沖洗效率僅為80%。

1．3．2 界面膠結(jié)強(qiáng)度

利用界面膠結(jié)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)評價(jià)裝置，模擬井壁上附著鉆井液濾餅后放入沖洗液中，在1 400 r／min轉(zhuǎn)速下沖洗10 min，然后放置到裝置中，在環(huán)空中注入水泥漿，放入90℃水浴中養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后，在壓力機(jī)上測試其膠結(jié)強(qiáng)度。

表2 界面膠結(jié)強(qiáng)度Table 2 Interface cementing strength

從表2可知，該沖洗液能有效地提高水泥石界面膠結(jié)強(qiáng)度。使用活性材料KZ－1的沖洗液，活性材料的活化度高，很容易吸附到壁面上，其膠結(jié)強(qiáng)度最高，但是使用過程中會產(chǎn)生H2S，存在安全隱患；使用S－1，活性微粒也較容易被吸附，膠結(jié)強(qiáng)度較高；使用CTK－1，由于其吸附作用很弱，沒有明顯地提高水泥石界面膠結(jié)強(qiáng)度。

2 微觀分析

根據(jù)沖洗效率及界面膠結(jié)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定沖洗液體系的活性材料為S－1，并對其沖洗巖心端面進(jìn)行微觀分析［8－9］。

采用巖心流動實(shí)驗(yàn)裝置使預(yù)先配制好的鉆井液在巖心端面形成濾餅，用沖洗液對附有濾餅的巖心進(jìn)行沖洗實(shí)驗(yàn)，之后采用原子力顯微鏡和掃描電鏡對其巖心端面進(jìn)行分析，并與水沖洗巖心（空白實(shí)驗(yàn)）的結(jié)果進(jìn)行對比。

在圖1中，圖（a）為水沖洗過后，原本附著在巖石上的泥餅大部分被沖掉，形成了紋路清晰，較為平整的端面；圖（b）為經(jīng)LXX型沖洗液沖洗之后的巖石端面，該端面附著了大量的活性楔子，這樣能與后續(xù)水泥良好的接觸，提高膠結(jié)強(qiáng)度。

圖2為水和沖洗液沖洗巖心端面后第二界面膠結(jié)情況掃描電鏡圖像，水沖洗后的膠結(jié)不夠緊密，有微隙；LXX型沖洗液沖洗之后的膠結(jié)面緊密，基本無微隙存在。

本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的沖洗液首次考慮到地層結(jié)構(gòu)與沖洗液的關(guān)系，同時(shí)考查了活性材料的作用，以及對后續(xù)膠結(jié)強(qiáng)度的影響。按照設(shè)計(jì)思路，該類沖洗液非常適用于富含碳酸鹽礦物的地層。

3 結(jié)論

（1） 經(jīng)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，確定LXX型沖洗液的配方為：水＋w（H－1）0．25%＋w（微硅）2%＋w（硼酸）5%＋w（復(fù)配表面活性劑）1．5%＋w（S－1）3% 。

（2） LXX型沖洗液的沖洗性能良好，對低固相濾餅的沖洗效率超過80%，并且能有效地提高界面膠結(jié)強(qiáng)度。

（3） 通過微觀分析，沖洗液中的活性材料有效地預(yù)留在了巖心表面，形成“活性楔子”，為水泥與巖石的良好結(jié)合提供了中間介質(zhì)，有效地提高界面膠結(jié)能力。

［1］ 李廣喜．側(cè)鉆井易鉆塞、微膨性堵劑的研制及應(yīng)用［J］．石油與天然氣化工，2011，40（2）：182－185，217．

［2］ 劉浩亞，邵春，董利飛，等．不同條件下泥餅固化提高固井二界面膠結(jié)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究［J］．石油與天然氣化工，2012，40（2）：191－195．

［3］ 陳大鈞，陳馥．油氣田應(yīng)用化學(xué)［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2006．

［4］ 趙常青，張成金，孫海芳，等．油井水泥寬溫帶緩凝劑SD210L的研制與應(yīng)用［J］．天然氣工業(yè)，2013，33（1）：90－94．

［5］ 王瑞和，李明忠，王成文，等．油氣井注水泥頂替機(jī)理研究進(jìn)展［J］．天然氣工業(yè)，2013，33（5）：69－74．

［6］ 朱江林．一種物理模擬沖洗液沖洗效率的評價(jià)方法［J］．鉆井液與完井液，2012，29（1）：69－71．

［7］ 由福昌，許明標(biāo)．一種固井前置沖洗液沖洗效率的評價(jià)方法［J］．2009，26（6）：47－48．

［8］ 雷鑫宇，陳大鈞，張直建，等．纖維－自修復(fù)水泥改善固井質(zhì)量研究［J］．科學(xué)技術(shù)與工程，2013，13（19）：5597－5599．

［9］ 任春宇，陳大鈞．RC型沖洗液性能的室內(nèi)研究［J］．鉆井液與完井液，2012，29（6）：66－67．