頁巖氣高密度固井前置液實驗研究及優化

吳 杰

（中海油田服務股份有限公司油田化學事業部湛江作業公司，廣東湛江 524057）

四川川渝區塊屬于深井高密度高溫固井，水泥漿的性能及其與前置液、油基泥漿存在配伍性差，水泥石的強度發展緩慢等問題[1-2]，這些問題影響著固井施工的安全，導致固井質量差，而沖洗液和隔離液與水泥漿具有較好的相容性是保證固井質量的關鍵性之一[3-5]，筆者通過實驗篩選和評價，對前置液的性能進行優化，以保證前置液組成中的所有化學材料在與水泥漿按照一定比例混合的情況下，對水泥漿的施工安全性和施工質量沒有影響。

1 固井難點分析

（1）井眼尺寸大，井眼清潔難度大[6]。深水套管下深增加，為了滿足大井眼清潔所需的鉆進排量更大，所需要的鉆井液量增加，同時對設備的要求更高。

（2）頁巖氣川渝區塊層位復雜，深井溫度高，存在高壓異常，使用的高密度油基鉆井液黏度大泥餅難以清除[7]，附著在井壁上的油基泥漿嚴重影響水泥環膠結質量，使得頂替效率變差，固井質量得不到保障，因此，需要對固井前置液進行合理設計，保證施工的安全。

2 前置液性能要求

（1）做好前置液的配方調整，進行前置液與泥漿及水泥漿之間的配伍性評價，使得性能滿足固井要求；

（2）采用加重清洗液與高效雙作用隔離液的前置液設計，能有效清洗高密度泥漿的泥餅，以達到相對理想的泥漿清洗效果；

（3）采用隔離液和水泥漿分別添加纖維堵漏，提高其對滲透性漏失地層的封堵防漏能力。

3 前置液性能研究

3.1 前置液的加重性能評價

川渝區塊大多屬于深井高溫井[8]，需采用高密度水泥漿，因此，沖洗液、隔離液密度需要配制到2.3 g/cm3，這樣對沖洗液、隔離液與加重劑顆粒級配提出了更高的要求，才能確保現場的作業安全，室內通過合理設計加重劑顆粒級配，對不同密度的清洗型隔離液（C21L）的加重性能開展了評價，結果見表1。

表1 不同密度C21L 的加重性能

由表1 可以看出，隨著密度的增大，清洗型隔離液黏度增大，但是浮動不大，且黏度變化具有一定的規律，說明整個加重清洗型隔離液穩定性好。

3.2 配伍性評價

結合現場實際，由于水泥漿和泥漿混合后，漿體呈現增稠觸變的現象，水泥漿與泥漿的相同性差，因此，室內篩選具有活性基團的C21L，該隔離液兼具清洗和隔離的雙重作用，其活性基團可以改善漿體的流動性（表2）。

表2 C21L 與水泥漿和泥漿的配伍性評價

C21L 配方：100%淡水+10%沖洗液+3%S10S+1%分散劑+270%加重劑（2.3 g/cm3）。

由表2 結果可以看出，C21L 與水泥漿、泥漿具有良好的稀釋效果和配伍性，隨著C21L 的增多，混漿流變性更好，同時三者互混后，水泥漿與C21L 相容性較好，沒有絮凝與黏度突變等現象，滿足高溫高密度固井作業。

3.3 抗高溫性能評價

在高溫固井作業中，前置液可能出現黏度急降，導致加重材料的沉積，給現場固井作業帶來風險[9-10]。因此，為了確保現場作業安全，對C21L 的高溫穩定性能進行了評價，結果見表3，由表3 結果可以看出，C21L在高溫120 ℃養護4 h 后，黏度變化小于20%，說明C21L 抗高溫性能良好。

表3 C21L 抗高溫性能評價

3.4 C21L 清洗效率評價

在鉆井之后井壁及套管會有殘留的油基泥漿，如果不能有效清洗油膜，會使界面膠結質量變差，為了解決該問題通常固井前會先注入前置液進行有效清洗和隔離后再注入水泥漿固井。因此，前置液對油基泥漿的清洗效果對于固井質量起著至關重要的作用，室內采用C21L+2%纖維進行清洗，效果評價見圖1。

圖1 C21L 沖刷不同時間的清洗效果圖

由圖1 可以看出，C21L+2%纖維沖洗3 min 效果得到明顯改善，沖洗效果可達80%；當C21L+2%纖維沖洗5 min 后，沖洗效果達到95%。

4 現場應用實例

頁巖氣川渝區塊井深和垂深在3 800～5 000 m 井段進行作業，水泥漿實驗溫度在90～120 ℃，漿體密度高，三開堵漏（311.2 mm）封固段較長井眼容積較大，注水泥量12～15 m3，泥漿密度高1.8～2.1 g/cm3，前置液清洗效率差、施工風險高，為了提高頂替效率，采用C21L+2%纖維的前置液設計，能有效的清洗高密度泥漿泥餅，達到了相對理想的泥漿清洗效果，并優化設計了前置液性能和用量，使前置液與地層紊流接觸≥10 min，從應用結果來看，C21L 的使用可以有效提高固井質量。

5 結論

（1）在清洗型隔離液（C21L）中加入加重劑后調整水泥漿密度，發現水泥漿在高密度情況下漿體的黏度變化不大，說明C21L 基液穩定性好，利于現場作業。

（2）在水泥漿和泥漿中混入一定量C21L，有效改善了混合漿體的流動性，說明C21L 與水泥漿、泥漿相容性好，且在高溫條件下黏度變化小于20%，再次證明C21L 具有良好的抗高溫性能。

（3）在C21L 中加入2%纖維，在高速沖刷條件下，能夠很好的清除油基泥漿的泥餅，具有較好的清洗效果。隨著清洗時間越長，清洗效果越明顯，當C21L+2%纖維沖洗5 min 后，沖洗效果達到95%。