水基鉆井液轉(zhuǎn)油基鉆井液頂替液優(yōu)化技術(shù)

李思，趙素娟

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水基鉆井液轉(zhuǎn)油基鉆井液頂替液優(yōu)化技術(shù)

李思，趙素娟

（江漢石油工程公司鉆井一公司， 湖北 潛江 433121）

傳統(tǒng)的水基鉆井液轉(zhuǎn)化成油基鉆井液，直接是用油基鉆井液驅(qū)替水基鉆井液，這樣不可避免的造成有油水混合物排出，造成環(huán)境污染，不利于環(huán)保。本文致力于尋找一種水基鉆井液轉(zhuǎn)換成油基鉆井液的頂替液，該頂替液既能隔離水基鉆井液和油基鉆井液，又不會(huì)對(duì)油基鉆井液造成干擾，不會(huì)影響油基體系的性能，試驗(yàn)表明用26%的氯化鈣鹽水作為頂替液，能夠很好的隔離開(kāi)水基鉆井液和油基鉆井液，而26%的氯化鈣鹽水在油基鉆井液中作為水相，對(duì)油基鉆井液影響不大，可以在以后的鉆井液性能維護(hù)中慢慢調(diào)整過(guò)來(lái)。該前置液在焦頁(yè)30、39平臺(tái)六口井進(jìn)行了成功試用，效果顯著，做到了轉(zhuǎn)化油基鉆井液期間零排放，防止了環(huán)境污染，降低了環(huán)保處理成本。

水基鉆井液轉(zhuǎn)油基鉆井液；環(huán)保；氯化鈣鹽水

自探明涪陵大塊頁(yè)巖氣田以來(lái)，涪陵焦石開(kāi)展頁(yè)巖氣大會(huì)戰(zhàn)，效果顯著，已投入商業(yè)開(kāi)發(fā)。在鉆探頁(yè)巖氣井時(shí)，對(duì)于長(zhǎng)水平頁(yè)巖段，采用油基鉆井液對(duì)頁(yè)巖穩(wěn)定有關(guān)鍵作用，水基鉆井液轉(zhuǎn)化成油基鉆井液時(shí)，直接用油基鉆井液驅(qū)替出水基鉆井液，為了對(duì)油基鉆井液不造成污染，將一部分油基鉆井液和水基鉆井液混合物排出。油基體系本身含芳烴，不能被生物降解，這樣會(huì)造成環(huán)境污染，環(huán)保治理成本增大。采用中間流體做為頂替液，將井筒中已有的水基流體頂替出去，不會(huì)產(chǎn)生水油混合物，可達(dá)到減少環(huán)境污染，降低環(huán)保處理成本的目的。

1 鉆井液流體頂替原理

根據(jù)鉆井液流體力學(xué)原理[1]，一種流體頂替另一種流體，影響的因素有:

a、鉆桿的偏心度。為避免發(fā)生滯流，層流頂替時(shí)，摩阻壓力梯度必須滿(mǎn)足下式：

1為——鉆桿居中度;

1、2——井徑、鉆桿直徑;

不論是牛頓流體頂替非牛頓流體還是非牛頓流體頂替非牛頓流體。必須滿(mǎn)足上述公式的條件。

b、兩種流體的流變性。研究表明，頂替液的塑性粘度大，有利于頂替，如果頂替液屈服應(yīng)力值低于鉆井液臨界屈服應(yīng)力值，增加流量也可以使得鉆井液流動(dòng)。

c、兩種流體的密度。頂替過(guò)程中，頂替液與鉆井液間的密度差使得鉆井液獲得一個(gè)浮力，如果鉆井液的密度小于頂替液的密度，所受浮力向上，有利于頂替，如果鉆井液密度大于頂替液的密度，頂替效率會(huì)有所降低。

根據(jù)以上條件與因素，本文作者在室內(nèi)開(kāi)始篩選隔離液，并進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)。

2 頂替液優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

2.1 篩選CaO、CaCl2溶液對(duì)油基鉆井液性能的影響

鉆井井場(chǎng)，水基鉆井液轉(zhuǎn)化為油基鉆井液時(shí)一般配制5~10方稠的油基鉆井液頂替井筒流體，根據(jù)流體頂替原理，向500 mL油基鉆井液中分別加入20 mL 26% CaCl2和石灰水（0.2%）測(cè)定其性能。

從表1可以看出加入26% CaCl2鹽水對(duì)油基鉆井液的影響不大，石灰水對(duì)其影響大于26% CaCl2鹽水，且有研究表明CaCl2對(duì)油基鉆井液來(lái)說(shuō)是最佳的活度控制劑，因此選定CaCl2鹽水做為頂替液。

2.2 氯化鈣鹽水對(duì)水基鉆井液性能的影響

向500 mL水基鉆井液注入20 mL 26% CaCl2攪拌測(cè)定其性能。

表1 CaO和CaCl2對(duì)油基鉆井液性能的影響

注：測(cè)定溫度：50 ℃

表2 氯化鈣鹽水對(duì)水基鉆井液性能的影響

注：測(cè)定溫度：50 ℃

其中水基鉆井液配方2%~4%膨潤(rùn)土+0.1-0.3% Na2CO3+2-4%FT-388+1-1.5% K-HPAN+3-4% KCl+ 3 -4% PEG+0.5-1% LV-CMC+2-4% QS-2。

從表2可以看出，氯化鈣鹽水對(duì)水基鉆井液有影響，粘切增大，失水增大表現(xiàn)出鈣侵現(xiàn)象。

2.3 頂替室內(nèi)模擬

下面分析氯化鈣鹽水作為頂替液的可行性。使用油基鉆井液頂替氯化鈣鹽水，完全符合頂替條件。接下來(lái)主要考慮氯化鈣鹽水作為頂替液能否有效的隔離水基鉆井液與油基鉆井液，兩種流體的頂替流動(dòng)是非常復(fù)雜，除了它們表現(xiàn)出不同牛頓特性和非牛頓特性外，更主要的是在于它們交接面復(fù)雜的物理、化學(xué)及力學(xué)特性，氯化鈣鹽水與鉆井液的交接面，正是因?yàn)榻唤用嫔鲜艿健扳}侵”的鉆井液，粘度增大，屈服應(yīng)力大于鉆井液的屈服應(yīng)力，從而有利于整個(gè)頂替活動(dòng)的進(jìn)行。

圖1 驅(qū)替效果

注 ：左為油基直接驅(qū)替水基效果，造成水油混合物，右為用氯化鈣驅(qū)替水基效果，有效隔離水基泥漿和油基泥漿

因此通過(guò)以上的分析，說(shuō)明，在適當(dāng)?shù)呐帕肯拢然}鹽水都可以作為水基鉆井液轉(zhuǎn)化為油基鉆井液的頂替液。

試驗(yàn)儀器：微型水泵，自制模擬裝置。

從圖1中可以看出，室內(nèi)簡(jiǎn)易裝置模擬現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)說(shuō)明，用氯化鈣鹽水做為頂替隔離液可有效隔離油基鉆井液和水基鉆井液。可驅(qū)替井筒中的水基鉆井液。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

焦頁(yè)30-4井鉆至井深2 416 m二開(kāi)中完，套管下至2 509 m。6月14日5:00下鉆至2 487 m探得水泥塞面，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)化油基鉆井液。

轉(zhuǎn)漿前提前配制油基鉆井液80 m3。配方為： 2% 主乳化劑+1%輔乳化劑+1% 堿度調(diào)節(jié)劑+1.5%有機(jī)土+1.5% 增粘劑+3% 降失水劑+3% 液體瀝青+15% 氯化鈣鹽水（26% 濃度）。

5:25泵入26% 濃度氯化鈣鹽水5 m3（密度1.25 g/cm3），單泵45沖開(kāi)始轉(zhuǎn)化油基鉆井液。6:50發(fā)現(xiàn)排出水顏色稍有變化，并測(cè)得密度由1.03 g/cm3增至1.18 g/cm3，最后為1.25 g/cm3。證明氯化鈣鹽水已經(jīng)返出，井筒內(nèi)水基鉆井液已完全替除。轉(zhuǎn)漿完成。

圖2 焦頁(yè)30-4井井筒水基鉆井液排出（左）氯化鈣鹽水排出（右）

在頂替的過(guò)程中，氯化鈣鹽水有效的隔離了油基鉆井液和水基鉆井液，從表3可以看出，轉(zhuǎn)漿后，鉆井液的粘切升高，是因?yàn)槁然}鹽水的加入降低了油基鉆井液的油水比，可通過(guò)適當(dāng)提高油水比，達(dá)到降低粘切的目的。

4 結(jié)論與建議

（1）用氯化鈣鹽水作為頂替隔離液可有效隔離油基鉆井液和水基鉆井液，在水基鉆井液轉(zhuǎn)化為油基鉆井液期間，做到油水混合物零排放。

表3 焦頁(yè)30-4轉(zhuǎn)漿前后油基鉆井液性能對(duì)比

注：測(cè)定溫度50 ℃

（2）該方法操作簡(jiǎn)單，氯化鈣鹽水頂替液配制簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)易操作，價(jià)格比油基鉆井液便宜。

（3）目前本方案在焦頁(yè)30、39平臺(tái)6口井成功應(yīng)用，減少了環(huán)境污染，降低了環(huán)保治理費(fèi)用。

（4）井工廠模式下，由于連續(xù)打幾口井的三開(kāi)，泵的上水管線會(huì)殘留油基鉆井液，導(dǎo)致替漿時(shí)，當(dāng)水基鉆井液和氯化鈣鹽水混漿返出時(shí)會(huì)伴有少量的油基鉆井液排出，但不會(huì)影響頂替效果。建議轉(zhuǎn)漿前，盡量清干上水管線的油基鉆井液，可減少污染。

［1］陳家瑯. 鉆井液流動(dòng)原理［M］. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1997．

［2］馬貴陽(yáng), 劉曉國(guó), 鄭平. 管道周?chē)寥浪疅狁詈蠝囟葓?chǎng)的數(shù)值模擬[J]. 遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（1）.

Spacer FluidTechnology forDisplacing WBM With OBM

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（Jianghan Petroleum Engineering Company NO.1 Drilling Company, Hubei Qianjiang 433121，China）

In displacing the water base mud, a solution with certain concentration of calcium chloride was added into the spacer fluid in an effort to avoid mixture discharge of OBM and WBM which would increase the cost of treatment in contrast with water fluid alone. Since calcium chloride was the composition of OBM, adding 26% concentration of calcium chloride directly into the spacer fluid didn’t almost affect properties of the displacing fluid, the properties of OBM were proved to be stable by successful operation of well drilling platforms in Jiaoye 30 and 39 fields.

displacing WBM with OBM; environmental protection; calcium chloride brine

2017-09-22

李思（1984-），男，工程師，湖北省孝感市人，2008年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)，研究方向：從事鉆井液技術(shù)研究工作。

趙素娟（1984-），女，工程師，2012年獲長(zhǎng)江大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位，研究方向：從事鉆井液方面的研究工作。

TE 254

A

1004-0935（2017）11-1135-03