頁巖氣水平井油基清洗液性能評價及應(yīng)用

游云武 （中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司，湖北 潛江433121）

我國在頁巖氣開采過程中，以淺層大位移井、叢式水平井布井為主。由于頁巖地層裂縫發(fā)育、水敏性強，在長水平段鉆井過程中，不僅容易發(fā)生井漏、垮塌、縮徑等問題，而且由于水平段較長，還會帶來摩阻、攜巖及地層污染等問題，從而增大了產(chǎn)生井下復(fù)雜情況的幾率。因此，頁巖氣開發(fā)鉆井通常采用油基鉆井液進行鉆進［1］。油基鉆井液屬于親油性流體，且油基鉆井液鉆井后由于井壁存在含油泥餅、套管壁上黏附油基鉆井液，且清洗困難，影響固井水泥環(huán)膠結(jié)強度，導(dǎo)致一、二界面固井質(zhì)量欠佳［2］。同時，由于裸眼段長、環(huán)空間隙小，使固井頂替效率降低，且水基完井液對油膜的沖洗效果較差，這導(dǎo)致固井質(zhì)量難以進一步提高［3］。為此，筆者開展了油基清洗液技術(shù)研究，以解決井壁清洗與潤濕反轉(zhuǎn)問題，提高頂替效率，進而提高固井質(zhì)量。

1 油基清洗液作用機理

從乳化增溶和潤濕反轉(zhuǎn)2個方面對油基清洗液進行了分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其達到良好的清洗效果，且在清洗液的加重方式選擇上，選用粒徑分布“細而窄”的高比重重晶石，同時解決黏度和沉降穩(wěn)定性的問題，使其達到紊流沖刷的效果，進一步提高沖洗效果。研發(fā)的油基清洗液體系組成為清水＋15%～25%油基清洗液＋加重劑（加重至所需密度），其作用機理主要包括在以下幾個方面［4］：

1）乳化增溶。油基清洗液通過親油基定向吸附于排列在油基鉆井液油相中，而親水基伸向水相，通過乳化、分散、增溶等一系列物理及化學(xué)反應(yīng)，使油基鉆井液中的油相進入清洗液中。

2）滲透作用。油基清洗液具有較強的表面活性，易于分散，能夠滲透到油基鉆井液乳化劑的“膜”中，使其變脆弱而最終破裂，并不斷向井壁深處滲透，再配合紊流沖刷使井壁泥餅剝離。

3）潤濕反轉(zhuǎn)。油基清洗液具有極強的潤滑反轉(zhuǎn)能力，能夠使原來親油的巖石轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，從而使后續(xù)的水泥漿更容易與一二界面膠結(jié)。

4）紊流沖刷。油基清洗液在泵入井下時必須達到紊流狀態(tài)，這要求油基清洗液具有極低的黏度。

2 清洗效率評價

清洗效率是評價油基清洗液清洗油基鉆井液成功與否的關(guān)鍵，為此采用2種方法分別評價了所研究的油基清洗液的清洗效率。方法1是采用文獻 ［4］中的沖洗效率評價儀分別評價了模擬井壁與模擬套管的沖洗效率；方法2是將油基鉆井液的高溫高壓泥餅用橡皮筋綁在六速旋轉(zhuǎn)黏度計的外筒上，在一定轉(zhuǎn)速下（300r／min）評價油基清洗液對高溫高壓泥餅的清洗效率。另外將六速旋轉(zhuǎn)黏度計外筒浸泡于油基鉆井液中一定時間后，采用油基清洗液對其進行清洗，評價其清洗效率［5，6］。

油基清洗液清洗試驗數(shù)據(jù)表如表1所示。從表1可以看出，無論是在模擬井壁，還是在模擬套管上清洗10min后，采用2種方法的清洗效率均達到90%以上。下面采用方法2對油基清洗液清洗油基鉆井液高溫高壓泥餅的清洗效果進行評價。

2.1 清洗液加量對清洗效率的影響

不同加量對油基清洗液清洗效率的影響試驗數(shù)據(jù)表如表2所示。從表2可以看出，隨著清洗液加量的增加，清洗效率明顯增加，當(dāng)清洗液加量達到15%以上時，清洗效率較好。

2.2 剪切速率對清洗效率的影響

不同剪切速率對油基清洗液清洗效率的影響試驗數(shù)據(jù)表如表3所示。從表3可以看出，隨著剪切速率的增大，清洗效率明顯增大，這說明作業(yè)現(xiàn)場必須加大排量，使清洗液能夠保證在紊流狀態(tài)下沖刷井壁，由此達到清洗井壁的目的。

2.3 不同密度對清洗效率的影響

采用超微重晶石對15%清洗液進行加重，其粒徑90%小于5μm，具有較好的懸浮穩(wěn)定性。試驗結(jié)果表明，加重后的油基清洗液黏度較低，沉降穩(wěn)定性好，且當(dāng)密度為1.50g／cm3時，清洗效率依然可以達到83.58%以上（見表4）。

表1 油基清洗液清洗試驗數(shù)據(jù)表

表2 不同加量對油基清洗液清洗效率的影響試驗數(shù)據(jù)表

表3 不同剪切速率對油基清洗液清洗效率的影響試驗數(shù)據(jù)表

表4 不同密度對油基清洗液清洗效率的影響

3 潤濕反轉(zhuǎn)性能

潤濕反轉(zhuǎn)性能試驗照片如圖1所示。從圖1可以看出，采用水清洗后的巖心端面，滴一滴水在端面，會形成一滴水珠，這說明端面為親油性（見圖1（a））；采用油基清洗液清洗的巖心端面，水全部鋪展開，變?yōu)樗疂櫇瘢ㄒ妶D1（b））。上述情況表明油基清洗液具有較好的清洗效果，能夠?qū)r心斷面的泥餅進行有效清除，并且具有較好的潤濕反轉(zhuǎn)效果。

圖1 潤濕反轉(zhuǎn)性能試驗照片

4 相容性試驗

油基清洗液必須與固井水泥漿具有較好的相容性，不能對水泥漿造成任何影響。通過相容性測試表明，油基清洗液不會對水泥漿造成流變性突變和絮凝現(xiàn)象，也不會造成水泥漿促凝（見表5），且當(dāng)清洗液含量達到15%時，水泥石強度依然達到14MPa以上（見表6）。

表5 清洗液與水泥漿相容性試驗數(shù)據(jù)

5 現(xiàn)場應(yīng)用

油基清洗液技術(shù)配合現(xiàn)場清洗施工工藝后在建頁HF－2井應(yīng)用成功后，推廣到涪陵頁巖氣示范區(qū)應(yīng)用，現(xiàn)場采取主要工藝措施：

1）大容量清洗液設(shè)計。該清洗液具有較好的加重性能，加重后黏度較低，泵入井筒后可以達到紊流狀態(tài)。因此，設(shè)計使用30m3清洗液，密度為前期鉆井液使用密度。

2）多段塞頂替工藝。采用柴油，清洗液，隔離液，領(lǐng)漿，尾漿的頂替工藝，采用2～4m3柴油在前頂替油基鉆井液，采用隔離液將清洗液與水泥漿進行隔離。

目前，上述工藝已推廣到涪陵頁巖氣示范區(qū)的140余口井，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，固井合格率100%，優(yōu)質(zhì)率達到90%以上，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。

表6 清洗液對水泥漿性能的影響試驗數(shù)據(jù)表

6 結(jié)論

1）采用不同方法評價表明，油基清洗液具有較高的清洗效率，且油基清洗液在加重后具有較低的黏度和較好的沉降穩(wěn)定性，如在密度為1.5g／cm3時，清洗效率依然可以達到83.58%以上，因而具有較好的清洗效果。

2）油基清洗液具有極佳的潤濕反轉(zhuǎn)效果，能夠有效地將井壁和套管轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂櫇瘢欣谒酀{的膠結(jié)，提高固井質(zhì)量，并且與水泥漿體系配伍性好，不會影響水泥漿的綜合性能。

［1］王中華 .頁巖氣水平井鉆井液技術(shù)的難點及選用原則 ［J］.中外能源，2012，17（4）：43～46.

［2］童杰，李明，魏周勝，等 .油基鉆井液鉆井的固井技術(shù)難點與對策分析 ［J］.鉆采工藝，2014，37（6）：17～20.

［3］張國仿，袁歡，吳雪平，等 .油基泥漿長水平段頁巖氣固井技術(shù)在建頁HF－2井的應(yīng)用 ［J］.石油天然氣學(xué)報（江漢石油學(xué)院學(xué)報），2014，36（10）：133～136.

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

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

［6］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.