WYL型高密度沖洗液評(píng)價(jià)及微觀分析

王雪敏，張 健，吳永勝，焦利賓，陳大鈞，雷鑫宇

(1.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，成都 610500;2.天津市大港油田第四采油廠，天津 300280;3.中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司，成都 610041)

油基鉆井液常用于井下溫度高、地層壓力大的深部井段鉆探，油基泥漿的濾餅難以清除，會(huì)導(dǎo)致固井質(zhì)量低下。目前國(guó)內(nèi)常用的沖洗液功能單一，對(duì)油基泥餅的沖洗效率不高［1－3］。而西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院研發(fā)的多功能沖洗液對(duì)低固相泥漿、油基泥漿的沖洗效率均達(dá)到88%以上，且能顯著提高界面膠結(jié)強(qiáng)度。筆者在此研究的基礎(chǔ)上，對(duì)懸浮劑及加重材料進(jìn)行了優(yōu)選，并通過(guò)“楔合效應(yīng)”提高水泥環(huán)界面膠結(jié)強(qiáng)度，制得以X－P為懸浮劑、CTK－1為加重劑、KZ－1為界面增強(qiáng)劑的 WYL型沖洗液，并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)［4－6］。

1 原料及儀器

烷基磺酸鹽類(lèi)陰離子表面活性劑、聚氧乙烯烷基醚類(lèi)非離子表面活性劑，工業(yè)品，成都川鋒化學(xué)工程有限責(zé)任公司;膨潤(rùn)土、固相材料磁鐵礦CTK－1及礦渣KZ－1，工業(yè)品，峨眉山市雍久超細(xì)材料技術(shù)有限公司;木質(zhì)素磺酸鹽分散劑FSL－1，工業(yè)品，牡丹江市紅林化工有限公司;懸浮劑X－P，工業(yè)品，北京瓜爾潤(rùn)科技有限公司;懸浮劑SWJ－1和SWJZ－1，山東沃爾德有限公司。

API水泥實(shí)驗(yàn)全套裝置，沈陽(yáng)石油儀器研究所有限責(zé)任公司;ZNN－D6六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，青島得順電子機(jī)械有限公司;Quanta 450型掃描電鏡，美國(guó)FEI公司;NYL－300型壓力試驗(yàn)機(jī)，無(wú)錫市建筑材料儀器設(shè)備廠。

配制100 mL含有0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))X－P的溶液，依次加入固相材料、滲透劑和pH調(diào)節(jié)劑，得到高密度沖洗液，沖洗液配方如表1所示。

表1 沖洗液配方

2 WYL型高密度沖洗液的性能

2.1 對(duì)油基鉆井液濾餅的沖洗效果

油基泥漿由勝利鉆井工藝研究院提供。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5374—2000《油氣井注水泥前置液使用方法》的要求，評(píng)價(jià)WYL型沖洗液對(duì)油基泥漿的沖洗效果，結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 油基鉆井液濾餅

圖2 油基鉆井液濾餅沖洗效果

沖洗液對(duì)油基鉆井液濾餅有較好的沖洗效果，濾餅裸露面積較大，且對(duì)油基鉆井液濾餅有很好的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)作用。

2.2 與鉆井液的相容性

WYL型沖洗液對(duì)油基鉆井液流變性能的影響如表2所示。油基鉆井液與WYL型沖洗液以不同比例混合時(shí)，混合液相均具有較好的剪切稀釋性，保證了良好的流動(dòng)性能，未出現(xiàn)絮凝、沉淀現(xiàn)象，說(shuō)明鉆井液與沖洗液具有較好的相容性。

油基鉆井液與WYL型沖洗液混合時(shí)，黏度升高。堿性沖洗液對(duì)油相具有良好的乳化、分散能力，可以使油相比較穩(wěn)定地分散在沖洗液中。乳化后的混合液仍具有很好的流變性，可以滿(mǎn)足施工作業(yè)要求。

表2 WYL型沖洗液對(duì)鉆井液流變性能的影響

2.3 膠結(jié)強(qiáng)度

模擬井壁和套管上附著泥漿濾餅情況，用WYL型沖洗液洗刷沖洗，以微膨水泥為基準(zhǔn)水泥漿，水泥配方為G級(jí)水泥+2%膨脹劑+2%增韌劑Ⅱ +1.5%SWJ－1+1.2%SWJZ－1。經(jīng)70 ℃水浴養(yǎng)護(hù)48 h后，測(cè)得第一界面膠結(jié)強(qiáng)度為3.05 MPa，第二界面膠結(jié)強(qiáng)度為1.07 MPa。第一界面膠結(jié)強(qiáng)度增幅較大，說(shuō)明沖洗液中的活性楔合材料對(duì)界面交接強(qiáng)度的提高有積極的作用。WLY型沖洗液通過(guò)對(duì)濾餅的乳化、分散、沖刷以及對(duì)界面的潤(rùn)濕作用，使得第二界面具有良好的水潤(rùn)濕性，并楔合著適量的可參與水泥漿水化的活性材料，與后續(xù)水泥漿有良好的膠結(jié)條件。

2.4 微觀分析

將模擬井壁在油基鉆井液中浸泡數(shù)周，至模擬井壁完全被潤(rùn)濕后，按石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5374—2000進(jìn)行沖洗實(shí)驗(yàn)后，在模擬井壁中灌入水漿，在常壓及70℃下養(yǎng)護(hù)2 d后，對(duì)端面或膠結(jié)剖面取樣，制成粉末，按X射線(xiàn)衍射要求規(guī)格制樣后進(jìn)行電鏡分析。

2.4.1 X 射線(xiàn)衍射

對(duì)樣品進(jìn)行X射線(xiàn)衍射分析，發(fā)現(xiàn)界面膠結(jié)處含有大量鈣礬石，沖洗液配方中含有碳酸鈉、礦渣和微硅，當(dāng)沖洗液沖洗第一界面和第二界面后，界面上或附著、或楔合有礦渣和微硅，并使界面形成親水的堿性環(huán)境。后續(xù)水泥漿在這樣的環(huán)境中與界面膠結(jié)，形成膠結(jié)強(qiáng)度。

2.4.2 電鏡掃描

WYL型沖洗液對(duì)油基鉆井液泥餅界面的沖洗效果如圖3所示。經(jīng)過(guò)WYL型沖洗液沖洗的界面，微膨水泥在界面可以很好地膠結(jié)，即使在微裂縫處也可以生成大量層狀物填充空隙，在界面處形成良好的封隔能力。

圖3 WYL型沖洗液對(duì)油基鉆井液泥餅界面的沖洗效果

3 結(jié)語(yǔ)

1)WYL型沖洗液優(yōu)選了加重材料CTK－1與活性材料KZ－1，與油基鉆井液的相容性好，泥餅清除率高，界面膠結(jié)強(qiáng)度高。

2)通過(guò)X射線(xiàn)衍射和掃描電鏡分析，從微觀角度對(duì)膠結(jié)界面和微膨水泥石進(jìn)行觀測(cè)、分析，從微觀機(jī)理上分析了活性材料的楔合作用。

［1］舒福昌，向興金，羅剛，等.高密度雙作用前置液性能研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2007，29(1):96 －98.

［2］和傳健，徐明，肖海東.高密度沖洗隔離液的研究［J］.鉆井液與完井液，2004，21(5):19 －21，26.

［3］齊靜，李寶貴，張新文，等.適用于油基鉆井液的高效前置液的研究與應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2008，25(3):49 －51.

［4］陳大鈞，雷鑫宇，李芹，等.雙重強(qiáng)化界面膠結(jié)強(qiáng)度技術(shù)［J］.鉆井液與完井液，2014，31(1):57 －59.

［5］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.

［6］由福昌，許明標(biāo).一種固井前置沖洗液沖洗效率的評(píng)價(jià)方法［J］.鉆井液與完井液，2009，26(6):47 －48.