中溫粘性隔離液機理與性能研究

張梁

【摘要】隔離液作為提高頂替效率和固井界面膠結(jié)質(zhì)量的重要手段，得到廣泛應用并取得良好固井效果，本文主要通過粘性隔離液KCM006的性能研究，為實施固井作業(yè)提供技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】中溫粘性隔離液 KCM006 性能研究

固井作業(yè)中在鉆井液與水泥漿之間的一段“特殊”液體——隔離液，已經(jīng)成為提高頂替效率和固井界面膠結(jié)質(zhì)量的重要手段。國內(nèi)外各大油田早已開發(fā)研制出適用于各類井的多類型隔離液。隔離液的基本性能，具有紊流沖刷效能，不僅能以平面驅(qū)替鉆井液，而且還能抑制鉆井液偏流，產(chǎn)生高徑向速度，進一步提高對套管壁和井壁的沖蝕；具有一定的密度調(diào)節(jié)范圍，能方便調(diào)節(jié)密度與鉆井液和水泥漿保持適度密度差；與鉆井液、水泥漿具備良好的相容性；具有接近牛頓流體的特性，其塑性粘度、屈服值或流型指數(shù)和稠度系數(shù)值均能滿足以較低臨界速度而達到紊流，起到隔離和引導、增進水泥漿的紊流效果，提高頂替效率；對套管無腐蝕作用。

一、KCM006隔離液研究機理

KCM006是一種粘性隔離液，它是由水加KCM006主劑組成。其中KCM006主劑是由高分子聚合物、表面活性劑和頁巖穩(wěn)定劑組成。高分子聚合物可提高KCM006隔離液的粘度，降低其濾失量；表面活性劑能夠改變套管和井壁的濕潤性，形成親水環(huán)境，利于水泥環(huán)界面膠結(jié)質(zhì)量的提高；頁巖穩(wěn)定劑主要是以K+離子構(gòu)成，因此可以有效地保護井壁，增加井壁的穩(wěn)定性。如果采用KCM006加重隔離液，加重劑選用重晶石粉系硫酸鹽礦物，其特點價格便宜易采購，重晶石粉主要用于石油鉆探油氣井旋轉(zhuǎn)鉆探中的環(huán)流泥漿加重劑冷卻鉆頭，帶走切削下來的碎屑物，潤滑鉆桿，封閉孔壁，控制油氣壓力，防止油井自噴。

二、KCM006隔離液穩(wěn)定性

加重隔離液的穩(wěn)定性對于有效阻止泥漿和水泥漿混合起到非常關(guān)鍵的作用。一旦隔離液的穩(wěn)定性差，那么加重劑會沉淀，導致隔離液上部密度降低（甚至比泥漿的還低），這樣就不能靠密度查來懸浮泥漿，同樣隔離液的下部密度增大與水泥漿的密度差減小，使水泥漿不能有效懸浮隔離液，使水泥漿與鉆井液混合的機會增大，從而影響頂替效率。

實驗配制不同密度的隔離液，分別倒入500ml量筒內(nèi)靜止4小時，用移液管分4次從量筒內(nèi)取出隔離液進行密度測量，每段密度測量值基本一致，說明其具有良好的懸浮穩(wěn)定性能。

三、KCM006隔離液流變性能

為了提高頂替效率，確保固井界面膠結(jié)質(zhì)量，防止頂替竄槽，對井內(nèi)流體（鉆井液、沖洗液、隔離液、水泥漿和頂替液等）的流變學性質(zhì)和頂替機理進行了大量研究，例如采用扶正器、刮泥器、套管居中、旋轉(zhuǎn)套管、增大排量以及降低鉆井液和水泥漿的粘度及靜切力等。除此以外，流動形態(tài)也是一個關(guān)鍵因素。研究表明，根據(jù)固井環(huán)空流體分布和環(huán)空流體性質(zhì)，環(huán)空各流體流變性越好且其性質(zhì)越接近就越易形成良好的頂替效果，但在鉆井液與水泥漿各自均處于良好的流變性的前提下，一般情況下水泥漿的流變性往往比鉆井液的流變性差且兩者互不相容，因此，為了形成良好的頂替流態(tài)并提高頂替效率，往往需要一種流變性較好的前置液進行有效的沖洗、隔離，以便環(huán)空各流體形成良好的頂替流態(tài)。對于隔離液來講，其流變性應高于或接近于鉆井液流變性或處于鉆井液與水泥漿流變性之間即可達到良好的環(huán)空頂替流態(tài)，易于提高頂替效率。另外研究表明，密度高的液體頂替密度低的液體易于頂替，頂替效率高。KCM006隔離液屬于粘性隔離液，也可以配制加重隔離液，其塑性粘度低，易于形成良好的頂替流態(tài)，而且其屈服值大于鉆井液的屈服值，可對鉆井液產(chǎn)生一定的拖曳力，有利于提高頂替效率。

四、KCM006隔離液相容性

隔離液在具備良好的穩(wěn)定性和流變性的同時還應具備良好的相容性，形成良好隔離效果，防止鉆井液與水泥漿相互接觸污染、頂替竄槽，從而形成良好的環(huán)空頂替流態(tài)，提高頂替效率，確保水泥環(huán)界面膠結(jié)質(zhì)量。

室內(nèi)將KCM006隔離液與水泥漿以及鉆井液按一定體積比例混合并攪拌充分后，在60℃條件下養(yǎng)護20分鐘測量其流變參數(shù)。實驗結(jié)果證明，KCM006隔離液與水泥漿以及鉆井液有非常良好的相容性，三者之間任意接觸均不產(chǎn)生增稠現(xiàn)象，有利與提高頂替效率和水泥環(huán)膠結(jié)封固質(zhì)量。

五、KCM006隔離液對水泥漿物理性能的影響

KCM006固井隔離液在摻量小于25%時，對水泥漿的稠化時間及抗壓強度影響均不大，可充分保證固井的安全施工和工程質(zhì)量，并且KCM006固井隔離液可大大降低水泥漿的API失水量，對保護油氣層和提高固井界面膠結(jié)質(zhì)量十分有利。

六、KCM006隔離液沖刷能力

實驗將鉆井液泥餅貼在Fan-35型粘度計的外筒上，漿杯里倒入KCM006隔離液，用300轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速沖刷10分鐘，然后檢測泥餅沖洗效果。數(shù)據(jù)表明KCM006隔離液體系具有優(yōu)良的泥餅沖刷能力，并且KCM006隔離液的沖刷能力比沖洗液強，從而有利于提高第一、二界面的膠結(jié)封固質(zhì)量。

七、KCM006隔離液抗鹽性能

KCM006隔離液中加入5-30%的NaCl（占水重），實驗結(jié)果表明NaCl加量的增加對KCM006隔離液的流變性能幾乎沒有影響，說明KCM006隔離液具有良好的抗鹽性，能夠與鹽水鉆井液有良好的相容性。

八、KCM006隔離液性能評價

通過對粘性隔離液體系性能的研究，得出以下結(jié)論：

①KCM006隔離液是由水+KCM006主劑+加重劑組成，具有一定的塑性粘度和切力，配制密度能夠達到為1.03—2.45g/cm3，并且具有良好的懸浮穩(wěn)定性，上下密度差小于0.02g/cm3。；

②KCM006隔離液具有良好的流變性能，其塑性粘度低，易于形成良好的環(huán)空頂替流態(tài)，而且其屈服值大于鉆井液的屈服值，可對鉆井液產(chǎn)生一定的拖曳力，有利于提高頂替效率。

③KCM006隔離液與鉆井液和水泥漿具有很好的相容性，三者之間任意接觸均不產(chǎn)生增稠現(xiàn)象。尤其與鉆井液相容性較好，不但可以降低鉆井液的粘度，并且其流變性更好，而且還隨著溫度的增高，其流變性進一步得到改善。因此，有利于提高頂替效率和水泥環(huán)膠結(jié)封固質(zhì)量。

④KCM006隔離液對泥餅具有良好的沖刷能力和穩(wěn)定井壁的作用，并且有利于提高固井第一、二界面的膠結(jié)封固質(zhì)量。KCM006隔離液不但能夠有效改善泥餅的濕潤性，降低泥餅表面張力，而且所產(chǎn)生拖拽力，能夠有效地清洗沖刷泥餅，并且隔離液中的加重固相顆粒與泥餅摩擦，能夠起到物理沖刷作用，能有效地帶走坂土顆粒，使泥餅變薄。