油基泥漿用弱酸性沖洗液的室內(nèi)研究

雷鑫宇，王婉霓，任春宇，于小榮，焦利賓，李　芹

(1. 中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所,成都 610041; 2. 中國石油西南油氣田分公司蜀南氣礦， 四川瀘州 646000；3. 中國石油西部鉆探吐哈鉆井公司， 新疆鄯善 838200； 4.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，成都 610500)

油基泥漿因具有低濾失、低傷害及循環(huán)利用率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但其濾餅由于附著力太強(qiáng)而難以清除。固井施工時(shí)，井眼中殘留的鉆井液或泥餅，會(huì)使水泥漿產(chǎn)生黏稠團(tuán)塊狀的絮凝物質(zhì)，從而嚴(yán)重影響水泥漿的性能，甚至危及固井安全[1-2]。為保證施工安全，提高固井質(zhì)量，需要開發(fā)專門針對(duì)油基泥漿的沖洗液進(jìn)行洗井作業(yè)。

西南石油大學(xué)鉆完井液研究室針對(duì)低固相泥漿和三磺泥漿，結(jié)合物理沖洗液沖刷能力強(qiáng)和化學(xué)沖洗液溶蝕、可潤濕翻轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)了LQ-1型和LXX-1型兩種沖洗液配方，對(duì)2種泥漿濾餅的沖洗效率均達(dá)到80%以上，并通過“楔合效應(yīng)”提高水泥環(huán)界面膠結(jié)強(qiáng)度[3-4]。

在上述研究基礎(chǔ)上，本研究通過對(duì)懸浮劑、滲透劑、弱酸和微硅的種類或加量進(jìn)行優(yōu)化，得到了一種以羧甲基羥乙基纖維素(CMHEC)為懸浮劑、表面活性劑JFC-1為滲透劑、硼酸為弱酸交聯(lián)劑、微硅為界面增強(qiáng)劑的新型弱酸性沖洗液XY-1，并對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器與試劑

API水泥實(shí)驗(yàn)全套裝置；DFC-0710B型增壓稠化儀；OWC-750型恒溫養(yǎng)護(hù)釜，沈陽石油儀器研究所有限責(zé)任公司；ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，青島得順電子機(jī)械有限公司；NYL-300型壓力機(jī)，無錫市建筑材料儀器設(shè)備廠；模擬沖洗裝置，實(shí)驗(yàn)室自制。

嘉華G級(jí)高抗硫油井水泥，四川嘉華集團(tuán)股份有限公司；微硅JM-1、磁鐵礦CTK-1，成都嘉茂化工有限實(shí)業(yè)公司；酮醛縮合型分散劑SWJZ-1；改性聚乙烯醇型降失水劑SWJ-7，山東沃爾德油田技術(shù)有限公司；滲透劑JFC-1，江蘇海安石油化工廠；羥乙基纖維素(HEC)、羧甲基羥乙基纖維素(CMHEC)、聚丙烯酰胺(PAM)、乙酸、硼酸等，均為分析純，成都市科龍化工試劑廠。

1.2　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1懸浮劑的優(yōu)化

向燒杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)(文中百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.75%懸浮劑(HEC，CMHEC或PAM)和適量水，攪拌使其溶解后分別加入3%加重劑CTK-1，繼續(xù)攪拌至分散均勻，倒入量筒，常溫靜置20 min，觀察并估算沉降率。用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定溶液的流變參數(shù)。

1.2.2滲透劑的優(yōu)化

向燒杯中依次加入0.75%懸浮劑、3% CTK-1、0.5%～2.0% JFC-1和適量水，攪拌使其分散均勻；70 ℃下稠化20 min，在1 400 r/min轉(zhuǎn)速下于模擬沖洗裝置上對(duì)附有油基泥漿濾餅的模擬井壁沖洗10 min，測(cè)定并計(jì)算模擬井壁沖洗前后濾餅面積的差值，得到?jīng)_洗效率。

1.2.3弱酸的優(yōu)化

向燒杯中依次加入0.75%懸浮劑、3% CTK-1和JFC-1(1.5%)，攪拌使其分散均勻，用弱酸(乙酸或硼酸)調(diào)節(jié)pH至6。按1.2.2中方法測(cè)定沖洗效率。

1.2.4微硅的優(yōu)化

在沖洗液基礎(chǔ)配方中分別加入0.1%～1.0% JM-1，攪拌使其分散均勻；70 ℃下稠化20 min，于模擬沖洗裝置上對(duì)附有油基濾餅的模擬井壁在1 400 r/min下沖洗10 min，然后灌注水泥漿，在70 ℃下養(yǎng)護(hù)相應(yīng)齡期后測(cè)定其膠結(jié)強(qiáng)度。

1.2.5相容性評(píng)價(jià)

按標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5374—2000《油氣井注水泥前置液使用方法》，將油基泥漿和沖洗液XY-1按一定體積比混合均勻，70 ℃老化后測(cè)定流變參數(shù)，考察其相容性。

2　結(jié)果與討論

2.1　沖洗液配方優(yōu)化

2.1.1懸浮劑種類的確定

表1和表2列舉了1.2.1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。可以看出，用羧甲基羥乙基纖維素(CMHEC)作懸浮劑的沖洗液的沉降率最低，流變性較好，是一種較好的懸浮劑。

表1　懸浮劑對(duì)沉降率的影響

表2　懸浮劑對(duì)流變性的影響

2.1.2滲透劑加量的確定

考察了滲透劑JFC-1加量對(duì)沖洗液沖洗效率的影響，沖洗液配方為：0.75% CMHEC+3% CTK-1+0.5%～2.0% JFC-1+適量水，結(jié)果見表3。

從表3看出，隨著JFC-1加量的增大，沖洗效率逐漸增加；加量超過1.5%，沖洗效率增加明顯。因此，選擇滲透劑JFC-1加量為1.5%。

表3　滲透劑加量對(duì)沖洗效率的影響

2.1.3弱酸種類的確定

弱酸對(duì)沖洗液沖洗效率的影響結(jié)果見表4，沖洗液配方為：0.75% CMHEC+3% CTK-1+1.5% JFC-1+弱酸+適量水，pH值為6。雖然乙酸對(duì)濾餅的溶蝕作用強(qiáng)，沖洗效率較硼酸高2.4%，但隨著時(shí)間的延長，尤其是溫度升高后，乙酸對(duì)懸浮溶液的破膠作用較為明顯；而硼酸不僅不會(huì)起破膠作用，反而對(duì)懸浮劑有一定的交聯(lián)效果，有利于沖洗液的穩(wěn)定性。因此選擇硼酸作為弱酸。

表4　弱酸對(duì)沖洗效率的影響

2.1.4微硅加量的確定

在沖洗液優(yōu)化配方(0.75% CMHEC+3% CTK-1+1.5% JFC-1+硼酸+適量水)中分別加入0～1.0% 微硅JM-1，調(diào)沖洗液pH值至6，按1.2.4方法，測(cè)定水泥漿的膠結(jié)強(qiáng)度，水泥配方為：嘉華G級(jí)水泥+3% JM-1+1.0% SWJZ-1+0.5% SWJ-7,水灰比0.44。結(jié)果見表5。

隨著微硅JM-1加量的增大，水泥漿膠結(jié)強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)。JM-1加量為0.75%時(shí)，3 d和14 d膠結(jié)強(qiáng)度分別較無JM-1組的沖洗液高6倍和3.8倍。

表5　微硅加量不同的沖洗液對(duì)水泥漿膠結(jié)強(qiáng)度的影響

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到?jīng)_洗液XY-1的配方為：0.75% CMHEC+1.5% JFC-1+適量硼酸+0.75% JM-1+適量水。

2.2　沖洗液XY-1的相容性

在沖洗液XY-1的pH值為6，水泥配方為：嘉華G級(jí)水泥+3% JM-1+1.0% SWJZ-1+0.5% SWJ-7，水灰比0.44的條件下，依照1.2.5方法考察沖洗液XY-1的相容性，結(jié)果見表6。流變參數(shù)變化趨勢(shì)正常，XY-1的相容性較好。

表6　XY-1的相容性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3　結(jié)論

1)在前期研究成果基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化懸浮劑、滲透劑、弱酸和微硅的種類或加量，得到用于油基泥漿濾餅的新型弱酸性沖洗液XY-1配方為：0.75% CMHEC+1.5% JFC-1+適量硼酸+0.75% JM-1+適量水。

2)XY-1流變性優(yōu)異，穩(wěn)定性和相容性良好，對(duì)油基泥漿濾餅的沖洗效率超過80%，可大幅提高界面膠結(jié)強(qiáng)度。

[1]譚文禮,王翀,徐玲.BCS隔離液室內(nèi)研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2006(1):81-83.

[2]陳大鈞.油氣田應(yīng)用化學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2005：112-114.

[3]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.

[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.