一種實(shí)用油基鉆井液沖洗效果評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用

羅東輝 趙凱 艾武昌

摘 ? ? ?要：油基鉆井液因其良好的抗溫、抗鹽鈣、防水合物、高油水比性能，廣泛應(yīng)用在易坍塌井、高溫高壓井、超深水井中。保證優(yōu)良固井質(zhì)量重要前提是使用前置液驅(qū)替干凈裸眼環(huán)空油基鉆井液，改善油潤(rùn)濕為水潤(rùn)濕環(huán)境并沖洗干凈膠結(jié)面泥餅。經(jīng)過(guò)實(shí)踐探索與提煉，采用井漿使用高溫高壓濾失儀壓制泥餅，并通過(guò)六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)模擬井內(nèi)循環(huán)溫度沖洗泥餅，可以得到不同的沖洗效果，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)固井前置液漿柱結(jié)構(gòu)在南海西部油基鉆井液固井中得到了廣泛應(yīng)用，充分保障了固井質(zhì)量，具有非常強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性。

關(guān) ?鍵 ?詞：油基鉆井液;沖洗效果;前置液;評(píng)價(jià)方法;固井質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TE254.4 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2019）12-2869-04

Abstract： The oil-base drilling fluid is widely used in easy collapsing wells， high temperature and high pressure wells and ultra-deep wells due to its anti-temperature， anti-salt calcium， anti-hydrate and high oil-water ratio. In order to ensure the cementation quantity， the drilling fluid need be replaced by preflushing， and the oil-wetting need be reversed to water-wetting to finally clean up the cement cake. In the test， the mud cake was prepared from well slurry with high temperature and high pressure filter tester， and the six-speed rotational viscometer used to flush the mud cake in simulated circulating temperature for the well， different washing effect was gained. The preflushing designed according to the experimental data has been widely applied in the west of the South China Sea for oil-base drilling fluid， the method can fully guarantee the quality of cementation and has better practicality and flexible operability.

Key words： Oil-base drilling fluid; Washing effect; Preflushing; Evaluation method; Cementation quantity

隨著國(guó)家海洋戰(zhàn)略和中國(guó)海油南海大氣區(qū)持續(xù)推進(jìn)、北部灣開(kāi)發(fā)調(diào)整井位密集部署，有利于井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑性好、儲(chǔ)保效果好[1，2]的油基鉆井液應(yīng)用越來(lái)越普遍，固井作為鉆井工程重要一環(huán)，其界面膠結(jié)質(zhì)量直接影響油氣井的采收率和生產(chǎn)壽命。有效的評(píng)價(jià)方法能夠直接指導(dǎo)前置液對(duì)油基鉆井液泥餅的沖洗效果，有利于顯著提高固井質(zhì)量。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)沖洗效果評(píng)價(jià)無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、方法和手段[3-5]，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，利用實(shí)驗(yàn)室高溫高壓濾失儀、旋轉(zhuǎn)黏度儀、水浴鍋、濾紙、燒杯可以高效完成油基鉆井液沖洗效果實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有效指導(dǎo)了固井前置液設(shè)計(jì)，取得了非常好的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效果。該方法最顯著特點(diǎn)是可操作性強(qiáng)，無(wú)論室內(nèi)與作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)均可開(kāi)展實(shí)驗(yàn);指導(dǎo)性強(qiáng)，可在極限條件下篩選最有效的前置液結(jié)構(gòu);應(yīng)用效果好，應(yīng)用井?dāng)?shù)59口，電測(cè)45口井固井質(zhì)量全部?jī)?yōu)良，對(duì)油基鉆井液固井具有非常重要的實(shí)踐參考意義。

1 ?評(píng)價(jià)儀器及評(píng)價(jià)原理

1.1 ?評(píng)價(jià)儀器

高溫高壓濾失儀（圖1），該儀器溫壓可調(diào)，最高溫度232 ℃、最高壓力13.8 MPa，可模擬井內(nèi)溫度和壓差壓制油基鉆井液泥餅。

六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（圖2），根據(jù)調(diào)節(jié)不同轉(zhuǎn)速可以模擬裸眼環(huán)空對(duì)應(yīng)流體上返速度，通過(guò)旋轉(zhuǎn)沖洗效果觀察接觸時(shí)間，作為前置液結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)。

水浴鍋（圖3），養(yǎng)護(hù)溫度范圍26～98 ℃，模擬井內(nèi)前置液前端溫度養(yǎng)護(hù)前置液，使得沖洗實(shí)驗(yàn)溫度環(huán)境與井內(nèi)環(huán)空一致。

其他評(píng)價(jià)工具還包括濾紙、燒杯、橡皮筋、溫度計(jì)。

1.2 ?評(píng)價(jià)原理

泥餅壓制。油基鉆井液在井內(nèi)砂巖處會(huì)因壓差和巖石滲透率發(fā)生濾失作用而形成泥餅，油基鉆井液的使用通常在壓力過(guò)渡帶井段或者目的層井段，按照0.07 g/cm?比重差推算，實(shí)驗(yàn)壓差在3.5 MPa（500 psi）的條件下可以最深模擬井深5 000 m（圖4），在1.7 MPa（250 psi）的條件下是2 600 m（圖5），考慮實(shí)驗(yàn)操作性與使用普適性，規(guī)定覆蓋范圍更廣的3.5 MPa為造泥餅的實(shí)驗(yàn)壓差。模擬巖石滲透率可使用符合API標(biāo)準(zhǔn)的濾紙。

溫度選取。固井前置液入井溫度會(huì)低于泥漿入井溫度，在泵送和頂替過(guò)程，前置液的升溫速率低于井筒循環(huán)溫度，一般可以使用軟件模擬出前置液前段和末端溫度分布來(lái)確定實(shí)驗(yàn)溫度。也可以使用API圖版法查對(duì)或者經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法折算出循環(huán)溫度，前置液溫度通常低于循環(huán)溫度15～20 ℃。使用水浴鍋養(yǎng)護(hù)前置液溫度最高為98 ℃，反算能夠滿足最高150 ℃的高溫井實(shí)驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)固井施工中，若采用紊流流態(tài)頂替，有效上返速度需至少達(dá)到1.2 m/s以上，尤其是油氣層套管固井中，將對(duì)應(yīng)施工排量和井身結(jié)構(gòu)參數(shù)代入上式，得出模擬施工返速的旋轉(zhuǎn)沖洗轉(zhuǎn)速在300～400 r/min之間，為保證實(shí)驗(yàn)效果指導(dǎo)意義和旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)可操作性，選定低限300 r/min作為沖洗效果實(shí)驗(yàn)設(shè)定轉(zhuǎn)速。

沖洗效果評(píng)價(jià)。通過(guò)模擬溫度、壓差、上返沖洗速度，沖洗用井漿壓制好的新鮮泥餅，可以得出實(shí)驗(yàn)濃度的沖洗液對(duì)油基鉆井液井壁膠結(jié)面的沖洗效果。對(duì)比觀察沖洗部分是否完全沖洗干凈以是否露出清晰的濾紙表面為標(biāo)準(zhǔn)，并用水滴法評(píng)價(jià)其潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)效果，如果水滴在實(shí)驗(yàn)區(qū)域成點(diǎn)滴狀不分散開(kāi)則反轉(zhuǎn)效果差，如果水滴平鋪分散到實(shí)驗(yàn)區(qū)域說(shuō)明界面由親油轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水。

2 ?評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用

該評(píng)價(jià)方法所用儀器均為作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)必備的儀器，制作泥餅所需井漿為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆井漿，實(shí)驗(yàn)條件全部模擬現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)，能夠滿足靜止溫度在26～150 ℃的所有井，因此具有極強(qiáng)的實(shí)用性、可操作性和普適性。

以南海西部北部灣油基鉆井液開(kāi)發(fā)井為例，目的層311 mm或215.9 mm井段完鉆垂深在2 200～2 800 m，靜止溫度100～140 ℃，9～5/8”套管固井前置液沖洗排量2.3～2.6 m?/min，177.8 mm尾管固井前置液沖洗排量1.0～1.4 m?/min。

按前文方法確定實(shí)驗(yàn)溫度為75 ℃，沖洗轉(zhuǎn)速300 r/min，沖洗液濃度可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果調(diào)配，評(píng)價(jià)步驟如下（圖6）。

通過(guò)這種“泥餅掛壁”方法可以評(píng)價(jià)出不同類型和濃度的沖洗液對(duì)于井壁膠結(jié)面油基鉆井液濾餅真實(shí)沖洗效果，特別在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，可以準(zhǔn)確確認(rèn)獲得有利水泥膠結(jié)界面所需的沖洗液濃度與用量。

比如試驗(yàn)獲得50%濃度沖洗液沖洗5 min能夠全部沖洗干凈泥餅，則現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)中可采用：

沖洗液：水 = 1∶1配比的沖洗液

沖洗液用量 = 5×頂替沖洗排量

“泥餅掛壁”評(píng)價(jià)方法在南海西部北部灣油基鉆井液產(chǎn)層固井的前置液設(shè)計(jì)得到了廣泛應(yīng)用（表1）。

通過(guò)表1可以得出，近期南海西部北部灣油基鉆井液固井作業(yè)井共計(jì)59口井，全部采用文中評(píng)價(jià)方法指導(dǎo)固井作業(yè)前置沖洗液的設(shè)計(jì)，有電測(cè)計(jì)劃45口井均取得了優(yōu)良固井質(zhì)量的佳績(jī)。

3 ?結(jié) 論

“泥餅掛壁”評(píng)價(jià)方法全部使用現(xiàn)場(chǎng)常備實(shí)驗(yàn)儀器即可模擬絕大多數(shù)溫壓條件井完成實(shí)驗(yàn)，滿足室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展立體評(píng)價(jià)，可操作性和實(shí)用性非常強(qiáng)。“泥餅掛壁”評(píng)價(jià)方法使用鉆井井漿而非室內(nèi)配漿更加接近實(shí)際施工條件，能夠準(zhǔn)確模擬施工溫度和返速完成沖洗評(píng)價(jià)，對(duì)最終現(xiàn)場(chǎng)施工方案具有極高的指導(dǎo)意義。

使用該評(píng)價(jià)方法完成的南海西部大量油基鉆井液固井質(zhì)量全部?jī)?yōu)良，對(duì)油基鉆井液固井具有重要的實(shí)踐參考價(jià)值。

受實(shí)驗(yàn)儀器和條件限制，對(duì)BHCT>120 ℃或BHST>150 ℃的沖洗實(shí)驗(yàn)還需要尋找更有效的評(píng)價(jià)方法。

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