油基鉆井液鉆井的固井技術(shù)難點(diǎn)與對策分析

王婷

【摘 ?要】油基鉆井液具有優(yōu)良的抑制性及抗溫性等優(yōu)點(diǎn)，近年來在復(fù)雜深井和頁巖氣井中得到了大量應(yīng)用?由于油基鉆井液與固井水泥漿間存在相容性問題，因此為固井工程帶來諸多難題?為促進(jìn)油基鉆井液的應(yīng)用，提高固井質(zhì)量，在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，分析指出油基鉆井液鉆井的固井難點(diǎn)并針對上述難點(diǎn)，提出應(yīng)加強(qiáng)高效前置液體系?前置液性能評價(jià)方法等形成適用于油基鉆井液鉆井的配套固井技術(shù)?

【關(guān)鍵詞】油基鉆井液;固井技術(shù);前置液;技術(shù)對策

由于油基鉆井液是親油性工作液體系，而固井水泥漿是親水性工作液體系，二者間不具有相容性，這為固井工程帶來諸多難題?塔里木油田的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)表明油基鉆井液對固井的影響主要是：增加水泥漿稠度并降低水泥漿流動度，影響頂替效率;縮短水泥漿稠化時(shí)間，影響作業(yè)安全;大幅降低水泥石抗壓強(qiáng)度，當(dāng)油基鉆井液與水泥漿摻混比例較大時(shí)，水泥石呈蜂窩狀，抗壓強(qiáng)度極低?因此，必須對油基鉆井液鉆井的固井技術(shù)進(jìn)行難點(diǎn)分析，提出相應(yīng)對策，形成配套固井技術(shù)，促進(jìn)油基鉆井液的應(yīng)用并保證固井質(zhì)量?

1油基鉆井液現(xiàn)場優(yōu)點(diǎn)

1.1油基鉆井液性能穩(wěn)定，井眼清潔

油基鉆井液流型穩(wěn)定，動切力較高，施工期間無增稠現(xiàn)象，HTHP失水低，泥餅薄質(zhì)量好，乳化穩(wěn)定性好，解決了水基施工流型難以控制的難題?巖屑能夠及時(shí)返出井口，井眼清潔，起下鉆更順暢，劃眼?阻卡現(xiàn)象明顯減少?

1.2油基鉆井液抑制性強(qiáng)，井壁穩(wěn)定性好

在二開?四開中的難點(diǎn)地層，表現(xiàn)出了良好的抑制性，C-300cont井地層的油基巖屑清水浸泡5min之后呈高度水化分散狀態(tài)?實(shí)際油基巖屑規(guī)則，有清晰的切削面，巖屑粒徑最大能達(dá)到3cm×1cm×0.3cm?

2油基鉆井液鉆井的固井難點(diǎn)

2.1井壁和套管清洗困難，濾餅難以清除

使用油基鉆井液會造成井壁和套管清洗困難，濾餅難以清除，從而降低水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量?原因在于：①油基鉆井液黏度高，附著力強(qiáng);②油包水鉆井液在靜置或低剪切速率小，會形成高彈性類膠凝結(jié)構(gòu);③在油基鉆井液體系特別是油包水乳化鉆井液中，乳化劑和潤濕劑的使用往往使井壁巖石表面變?yōu)橛H油，水泥環(huán)難以與第二界面形成良好膠結(jié);④國內(nèi)外對水基鉆井液濾餅的形成?破壞?整體固化機(jī)理進(jìn)行了廣泛研究，但對油基鉆井液濾餅的形成機(jī)理?置換機(jī)理研究很少，認(rèn)識不足，因此難以形成有效的針對性措施?

2.2缺乏針對油基鉆井液的固井評價(jià)

在固井中，沖洗液和隔離液的主要作用是界面沖洗和界面改性?評價(jià)界面改性主要是根據(jù)潤濕角判斷，而潤濕角判斷難以準(zhǔn)確模擬井下情況;評價(jià)界面沖洗主要是采用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法?搖瓶法?濾餅稱重法和小型模擬裝置等方法，還未形成業(yè)界公認(rèn)方法?油基鉆井液與水泥漿摻混對水泥石強(qiáng)度影響較大，固井前應(yīng)對水泥漿/鉆井液混合流體進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)?目前，水泥漿/鉆井液和水泥漿/鉆井液/隔離液混合流體的推薦混合比例等還未形成共識?

2.3鉆井液與水泥漿接觸污染嚴(yán)重

鉆井液與水泥漿接觸污染嚴(yán)重的原因在于：①固井前置液中往往會加入多種表面活性劑，這些表面活性劑與油基鉆井液混合后會破壞鉆井液乳液的穩(wěn)定性;②水泥漿為堿性液體，與油基鉆井液混合后會破壞鉆井液穩(wěn)定性;③油基鉆井液的分散相多為CaCl2溶液，CaCl2對水泥漿有促凝作用?由于上述原因，水泥漿與油基鉆井液摻混后常發(fā)生絮凝呈“豆腐腦”狀，凝固后水泥石呈蜂窩狀，抗壓強(qiáng)度極低，這不僅降低固井質(zhì)量，還可能影響固井安全?

2.4水泥漿設(shè)計(jì)問題

①水泥漿析出的自由水在井眼高邊積聚易形成通道，造成竄槽?②由于重力作用，水泥漿凝固時(shí)易發(fā)生沉降，造成水平段井眼上側(cè)的水泥石強(qiáng)度低，滲透率高?③目的層為低孔低滲的頁巖儲層，固井施工結(jié)束后需要采取大型體積壓裂增產(chǎn)措施，對固井一?二界面膠結(jié)質(zhì)量提出了較高的要求，在滿足生產(chǎn)井段水泥漿膠結(jié)質(zhì)量良好的前提下，要求水泥石具有高強(qiáng)的彈韌性和耐久性?

3油基鉆井液鉆井的固井技術(shù)對策

3.1使用高效前置液

國內(nèi)外現(xiàn)場應(yīng)用情況表明，使用針對油基鉆井液的優(yōu)質(zhì)前置液體系對解決流體接觸污染和提高界面膠結(jié)質(zhì)量有一定效果?在油基鉆井液和水泥漿間泵入一段高效沖洗液和隔離液，可有效驅(qū)替井筒內(nèi)的油基鉆井液，清洗附著在井壁和套管壁上的油基鉆井液及濾餅，并將經(jīng)油基鉆井液長期作用后形成的親油性的井壁和套管壁表面潤濕反轉(zhuǎn)形成親水性表面，從而能使套管和水泥環(huán)?水泥環(huán)與井壁之間形成良好的膠結(jié)?

貝克休斯公司研究了一種利用納米或微米乳液清洗井筒中油基或合成基鉆井液的隔離液體系?該隔離液體系由兩段隔離液組成：第一段隔離液為加重隔離液，由加重劑?表面活性劑?水或鹽水?非極性相?增黏劑組成?第二段隔離液由表面活性劑?水或鹽水?極性相組成?當(dāng)這兩段隔離液與井內(nèi)殘留的油基或合成基鉆井液接觸時(shí)，能將大部分的油基或合成基鉆井液包裹在隔離液中帶出，并能將界面由油濕狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂駹顟B(tài)?斯倫貝謝公司研究了一種針對油基鉆井液用化學(xué)沖洗液的表面活性劑組成?該專利選用碳分子數(shù)為6～10的線性或支鏈型烷基多糖苷作為主表面活性劑，選用異丙基豆蔻酸或菜子油甲基酯作為助溶劑或助表面活性劑，助表面活性劑的加入比例為1∶3到3∶1?該表面活性劑體系的加量為用水量的1%～10%?大慶石油管理局鉆井研究院徐明?楊智光等人申請的專利“油基泥漿沖洗液及其制備方法”選用一定量的氫氧化鈉和乙二胺四乙酸在清水中均勻攪拌，使之充分溶解再加入油酸攪拌20～30min，然后再加十二烷基硫酸鈉和烷基脂肪醇聚氧乙烯醚攪拌，最后再加入有機(jī)硅消泡劑?該沖洗液與鉆井液的相容性好，可以降低鉆井液的黏度和切力，提高對鉆井液的頂替效率?中海石油技術(shù)服務(wù)公司李銀素?張菊芬等人申請的專利“油基泥漿固井液沖洗液”中，主劑選用一種基礎(chǔ)油和兩種不同分子量的表面活劑，同時(shí)還可包括一種烷基酚的聚氧乙烯醚作為水潤濕劑?該沖洗液對油基鉆井液和濾餅有較好的沖洗能力?同時(shí)對油基鉆井液有顯著稀釋降黏作用?

3.2建立針對油基鉆井液的固井評價(jià)方法

目前國內(nèi)外用于評價(jià)沖洗液對油基鉆井液作用效果的方法，主要有以下幾類評價(jià)方法：一是界面沖洗效率評價(jià)，常用的方法包括六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法?搖瓶法?濾餅稱重法和小型模擬裝置;二是膠結(jié)強(qiáng)度評價(jià)，界面膠結(jié)強(qiáng)度多測定的是剪切膠結(jié)強(qiáng)度，并且模擬水泥環(huán)和套管壁的膠結(jié)情況，采用壓出法原理進(jìn)行測定;四是相容性評價(jià)，根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測試流變性相容實(shí)驗(yàn)?API稠化時(shí)間和抗壓強(qiáng)度相容性實(shí)驗(yàn)?

3.3加強(qiáng)油基鉆井液驅(qū)替與置換機(jī)理研究

①乳化增溶作用?表面活性劑的親油基團(tuán)吸附于油基鉆井液的油相上，而親水基伸向水相，降低了界面張力，并能防止分散在前置液中的油基鉆井液再次聚集而損害套管壁和井壁?②滲透作用?表面活性劑具有較強(qiáng)的表面活性，對界面上的油膜產(chǎn)生很強(qiáng)的滲透力，在紊流接觸時(shí)間內(nèi)沖刷油基鉆井液濾餅表面并不斷向內(nèi)滲透，使濾餅變得疏松和易于剝離并被攜帶出?③潤濕反轉(zhuǎn)作用?表面活性劑與油基鉆井液的主乳化劑分子的非極性基團(tuán)結(jié)合能產(chǎn)生破乳作用?同時(shí)表面活性劑與井壁和套管壁上的油膜結(jié)合后，親水基團(tuán)就能使其從油潤濕變?yōu)樗疂櫇?

4結(jié)論

綜上所述，由于油基鉆井液與固井水泥漿之間相容性差，為固井工程帶來了諸多難題，包括井壁和套管清洗困難?濾餅難以清除等問題，國內(nèi)應(yīng)以加強(qiáng)提高鉆井液頂替效率為前提，在理論研究?選取材料的基礎(chǔ)上，不斷完備評價(jià)方法，研究形成適合國內(nèi)油基鉆井液固井的高效前置液體系?

參考文獻(xiàn)：

[1]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M]，北京：石油大學(xué)出版社，2001.