抗高鈣鹽白油基鉆井液沖洗液室內研究

李懷科，李超

（中海油田服務股份有限公司油田化學研究院，河北燕郊065201）

抗高鈣鹽白油基鉆井液沖洗液室內研究

李懷科，李超

（中海油田服務股份有限公司油田化學研究院，河北燕郊065201）

油基鉆井液完鉆后殘留在套管和井壁的油污會影響固井水泥與地層的膠結強度，嚴重時可導致固井質量。為有效清洗殘留的油污，提高水泥環與地層之間的親水性，本文分析了5#白油的組份及碳數分布，構建了一套抗高鈣鹽白油基鉆井液沖洗液，并對其潤濕性和清洗能力進行了評價。實驗結果表明，研制的沖洗液能夠將油基泥漿表面的親油性變為親水性，大大提高固井水泥漿的膠結質量，同時，沖洗液對泥餅表面殘余油污具有很好的清洗效果。

沖洗液；油基鉆井液；清洗效率；高鈣鹽

油基鉆井液因其抑制性強，潤滑性好，可循環利用等優點而被廣泛應用［1，2］。但鉆井結束后在井壁形成的泥餅往往會給后期固井作業帶來一定的難度，影響固井水泥與地層的膠結強度。通常現場在油基鉆井液完鉆后使用沖洗液溶解和沖刷粘附在套管和井壁上的油污及泥餅，以改善界面親水性能，提高水泥環界面的膠結性能和頂替效率，從而保證固井質量。國內外學者對油基泥漿沖洗液進行了廣泛而深入的研究，并公布了其配方組成和加量［3-5］，單這些體系存在的問題是體系的抗鹽能力差，特別是抗高鈣鹽。本文分析了5#白油的組份和碳數分布，針對白油基鉆井液構建了一套抗高鈣鹽白油基鉆井液沖洗液，室內對其潤濕性和清洗能力進行了評價。實驗結果表明，研制的沖洗液能夠將油基泥漿表面的親油性變為親水性，大大提高了固井水泥漿的膠結質量。同時，研制的沖洗液對泥餅表面殘余油污具有優良的清洗效果。

1　油品分析

為針對性地選擇構成沖洗液配方的適宜表面活性劑，室內利用氣相色譜對5#白油的烷烴含量和碳數進行分析，其碳數分布（見圖1）。分析發現5#白油主要以異構烷烴為主，占89.21%，其余直鏈烷烴。碳數分布圖表明，5#白油的碳數分布區間較窄，碳數主要集中在C16～C20。因此，根據5#白油的碳數分布，在選擇沖洗液表活劑的時候應該按照碳數相近的原則，即選用的表面活性劑的碳數與所要清洗的油的碳數相當。

圖1　5#白油碳數分布圖

2　沖洗液組成及清洗機理

為了使體系在高鈣鹽環境下具有良好的清洗效果，研制的沖洗液是由一種陰離子表面活性劑、兩種非離子表面活性劑組成。沖洗液清洗油基泥漿油污可以分為兩個過程：（1）沖洗液首先通過吸附作用附著在油污表面，再通過滲透作用進入油污內部，依靠極地的界面張力，使油污與井壁之間的潤濕性發生反轉，從而使油污從井壁自然脫離；（2）脫離的油污通過乳化、增容作用均勻地分散在沖洗液中，防止沉積造成二次污染或堵塞。

3　沖洗液性能評價

目前，沖洗液的性能評價還沒有統一的評價標準。行業內通常采用潤濕性和清洗效率來評價沖洗液對套管潤濕性的改變和沖洗效果。

3.1潤濕性評價

沖洗液沖洗的目的之一就是改善界面的親水性能，使其與水泥環良好的膠結。室內利用接觸角測定儀測定采用測定接觸角來評價沖洗液對套管界面的潤濕性的改變程度。評價程序如下：

（1）測量潔凈的鋼板表面與水的接觸角；

（2）將鋼板浸入白油基鉆井液中30 min，取出后在室溫下（25℃）晾干，然后測其與水的接觸角；

（3）將沾有油基泥漿的鋼板浸入沖洗液中30 min，取出后在室溫下晾干，再次測量接觸角。

沖洗液清洗前后鋼板表面接觸角的變化情況（見圖2）?？梢钥闯?，沖洗液清洗前，沾有油基泥漿的鋼板與水的接觸角為81.7°，水在其表面呈球狀，無法有效鋪展；而近沖洗液清洗后，鋼板與水的接觸角降低至25.9°，水在表面完全鋪張開，說明經沖洗液清洗后鋼板表面的潤濕性明顯從油潤濕變為水潤濕，有利于提高水泥漿與套管和地層的膠結質量。

圖2　清洗前后鋼板接觸角的變化

3.2沖洗效率評價

通常采用六速旋轉粘度儀模擬套管來評價沖洗液對油基泥漿泥餅的清洗能力，但該方法在粘度計外筒形成的泥餅較薄，且不能真實反應井下泥餅的真實情況。為了更有效模擬井下情況，室內自行研制了一套清洗液裝置，該裝置主要由清洗容器、泥餅固定盤（API泥餅和HPHT泥餅）以及攪拌裝置三大部分組成。其簡易裝置圖（見圖3）。

3.2.1濃度對沖洗液清洗效率的影響室內配置不同濃度的沖洗液，利用沖洗液評價裝置評價其對120℃老化16 h后的白油基鉆井液高溫高壓泥餅的清洗能力，實驗結果（見圖4）。從圖4可知，隨著沖洗液濃度的增加，清洗能力不斷升高，當濃度達到10%時，沖洗液的清洗能力達到最佳。

圖3　沖洗液清洗效率評價裝置示意圖

3.2.2溫度對沖洗液清洗效率的影響考慮現場使用情況，進一步評價溫度對沖洗液清洗效率的影響，室內測試了不同溫度下沖洗液對白油基鉆井液的清洗效率（見圖5）。從圖5可以看出，隨著溫度的升高，清洗效率逐漸升高，當溫度達到60℃時，清洗效率在常溫下達到最大值。這是由于表面活性劑溶解性和分子熱運動隨著溫度的升高而加快，與泥漿接觸的幾率大大升高。

圖5　不同溫度下10%濃度清洗液泥餅清洗效率

3.3穩定性評價

對比了含40%CaCl2的沖洗液清洗前后溶液的狀態（見圖6），可以看出，清洗后的沖洗液只是外觀顏色變深，并未出現分層。說明清洗下來的油污在表面活性劑乳化作用下完全增溶在沖洗液中，形成水包油穩定體系。

圖6　沖洗液清洗前后狀態（左：清洗前；右：清洗后）

4　結論

（1）沖洗液能夠顯著降低白油基鉆井液泥餅的接觸角，將親油表面改為親水環境，有利于固井界面膠結質量。

（2）沖洗液具有很好的清洗效果，能夠有效清洗泥餅表面殘余的油污，通過乳化、增容作用均勻地分散在沖洗液中，防止沉積造成二次污染或堵塞。

［1］鄢捷年.鉆井液工藝學［M］.北京：中國石油大學出版社，2006∶236-261.

［2］劉緒全，陳敦輝，陳勉，等.環保型全白油基鉆井液的研究與應用［J］.鉆井液與完井液，2011，28（2）：10-12.

［3］王翀，謝飛燕，劉愛萍，等.油基鉆井液用沖洗液BCS-020L研制及應用［J］.石油鉆采工藝，2013，35（6）∶36-39.

［4］任春宇，陳大鈞.RC型沖洗液性能的室內研究［J］.鉆井液與完井液，2012，29（6）∶68-70.

［5］徐明，楊智光，等.油包水鉆井液耐高溫沖洗液YJC-1的研究與應用［J］.鉆井液與完井液，2001，18（4）：11-15.

Laboratory study of flushing fluid for white oil oil-based muds with high calcium

LI Huaike，LI Chao
（Oilfield Chemicals R&D Institut，COSL，Yanjiao Hebei 065201，China）

For drilling with oil-based mud，the oil contamination and film attached on wellbore or casing wall affect cementation strength severely and cementing quality.To effectively clean residual oil contamination，as well as improve the compatibility between cement sheath and well surfaces.The paper analysed the composition of No.5 white oil，a flushing fluid was developed，wettability and cleaning ability were evaluated.The results showed that the flushing fluid changed the surface of oil-based muds from hydrophobicity to hydrophily to improve cementing quality，also had high cleaning efficiency.

flushing fluid；oil-base drilling fluids；cleaning efficiency；high calcium

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.05.023

TE256.6

A

1673-5285（2015）05-0098-03

2015－03-17

中海油田服務股份有限公司科技項目“微乳液在鉆完井液中的應用研究”的部分研究內容。

李懷科，男（1983-），工程師，2009年畢業于中國石油大學（北京）鉆井工程專業，現從事鉆完井液技術研發工作，郵箱：lihk6@cosl.com.cn。