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一种实用油基钻井液冲洗效果评价方法及应用

范文

罗东辉赵凯艾武昌

摘 ? ? ?要：油基钻井液因其良好的抗温、抗盐钙、防水合物、高油水比性能，广泛应用在易坍塌井、高温高压井、超深水井中。保证优良固井质量重要前提是使用前置液驱替干净裸眼环空油基钻井液，改善油润湿为水润湿环境并冲洗干净胶结面泥饼。经过实践探索与提炼，采用井浆使用高温高压滤失仪压制泥饼，并通过六速旋转黏度计模拟井内循环温度冲洗泥饼，可以得到不同的冲洗效果，根据实验数据设计固井前置液浆柱结构在南海西部油基钻井液固井中得到了广泛应用，充分保障了固井质量，具有非常强的实用性和可操作性。

关 ?键 ?词：油基钻井液;冲洗效果;前置液;评价方法;固井质量

中图分类号：TE254.4 ? ? ? 文献标识码： A ? ? ? 文章编号： 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

随着国家海洋战略和中国海油南海大气区持续推进、北部湾开发调整井位密集部署，有利于井壁稳定、润滑性好、储保效果好[1，2]的油基钻井液应用越来越普遍，固井作为钻井工程重要一环，其界面胶结质量直接影响油气井的采收率和生产寿命。有效的评价方法能够直接指导前置液对油基钻井液泥饼的冲洗效果，有利于显著提高固井质量。但目前国内外对冲洗效果评价无统一标准、方法和手段[3-5]，经过实践证明，利用实验室高温高压滤失仪、旋转黏度仪、水浴锅、滤纸、烧杯可以高效完成油基钻井液冲洗效果实验，实验结果有效指导了固井前置液设计，取得了非常好的现场作业效果。该方法最显著特点是可操作性强，无论室内与作业现场均可开展实验;指导性强，可在极限条件下筛选最有效的前置液结构;应用效果好，应用井數59口，电测45口井固井质量全部优良，对油基钻井液固井具有非常重要的实践参考意义。

1 ?评价仪器及评价原理

1.1 ?评价仪器

高温高压滤失仪（图1），该仪器温压可调，最高温度232 ℃、最高压力13.8 MPa，可模拟井内温度和压差压制油基钻井液泥饼。

六速旋转黏度计（图2），根据调节不同转速可以模拟裸眼环空对应流体上返速度，通过旋转冲洗效果观察接触时间，作为前置液结构设计依据。

水浴锅（图3），养护温度范围26～98 ℃，模拟井内前置液前端温度养护前置液，使得冲洗实验温度环境与井内环空一致。

其他评价工具还包括滤纸、烧杯、橡皮筋、温度计。

1.2 ?评价原理

泥饼压制。油基钻井液在井内砂岩处会因压差和岩石渗透率发生滤失作用而形成泥饼，油基钻井液的使用通常在压力过渡带井段或者目的层井段，按照0.07 g/cm?比重差推算，实验压差在3.5 MPa（500 psi）的条件下可以最深模拟井深5 000 m（图4），在1.7 MPa（250 psi）的条件下是2 600 m（图5），考虑实验操作性与使用普适性，规定覆盖范围更广的3.5 MPa为造泥饼的实验压差。模拟岩石渗透率可使用符合API标准的滤纸。

温度选取。固井前置液入井温度会低于泥浆入井温度，在泵送和顶替过程，前置液的升温速率低于井筒循环温度，一般可以使用软件模拟出前置液前段和末端温度分布来确定实验温度。也可以使用API图版法查对或者经验系数法折算出循环温度，前置液温度通常低于循环温度15～20 ℃。使用水浴锅养护前置液温度最高为98 ℃，反算能够满足最高150 ℃的高温井实验。

现场固井施工中，若采用紊流流态顶替，有效上返速度需至少达到1.2 m/s以上，尤其是油气层套管固井中，将对应施工排量和井身结构参数代入上式，得出模拟施工返速的旋转冲洗转速在300～400 r/min之间，为保证实验效果指导意义和旋转黏度计可操作性，选定低限300 r/min作为冲洗效果实验设定转速。

冲洗效果评价。通过模拟温度、压差、上返冲洗速度，冲洗用井浆压制好的新鲜泥饼，可以得出实验浓度的冲洗液对油基钻井液井壁胶结面的冲洗效果。对比观察冲洗部分是否完全冲洗干净以是否露出清晰的滤纸表面为标准，并用水滴法评价其润湿反转效果，如果水滴在实验区域成点滴状不分散开则反转效果差，如果水滴平铺分散到实验区域说明界面由亲油转变为亲水。

2 ?评价方法及应用

该评价方法所用仪器均为作业现场必备的仪器，制作泥饼所需井浆为现场实钻井浆，实验条件全部模拟现场施工参数，能够满足静止温度在26～150 ℃的所有井，因此具有极强的实用性、可操作性和普适性。

以南海西部北部湾油基钻井液开发井为例，目的层311 mm或215.9 mm井段完钻垂深在2 200～2 800 m，静止温度100～140 ℃，9～5/8”套管固井前置液冲洗排量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。

按前文方法确定实验温度为75 ℃，冲洗转速300 r/min，冲洗液浓度可以根据实验效果调配，评价步骤如下（图6）。

通过这种“泥饼挂壁”方法可以评价出不同类型和浓度的冲洗液对于井壁胶结面油基钻井液滤饼真实冲洗效果，特别在现场试验中，可以准确确认获得有利水泥胶结界面所需的冲洗液浓度与用量。

比如试验获得50%浓度冲洗液冲洗5 min能够全部冲洗干净泥饼，则现场施工设计中可采用：

冲洗液：水 = 1∶1配比的冲洗液

冲洗液用量 = 5×顶替冲洗排量

“泥饼挂壁”评价方法在南海西部北部湾油基钻井液产层固井的前置液设计得到了广泛应用（表1）。

通过表1可以得出，近期南海西部北部湾油基钻井液固井作业井共计59口井，全部采用文中评价方法指导固井作业前置冲洗液的设计，有电测计划45口井均取得了优良固井质量的佳绩。

3 ?结论

“泥饼挂壁”评价方法全部使用现场常备实验仪器即可模拟绝大多数温压条件井完成实验，满足室内和现场开展立体评价，可操作性和实用性非常强。“泥饼挂壁”评价方法使用钻井井浆而非室内配浆更加接近实际施工条件，能够准确模拟施工温度和返速完成冲洗评价，对最终现场施工方案具有极高的指导意义。

使用该评价方法完成的南海西部大量油基钻井液固井质量全部优良，对油基钻井液固井具有重要的实践参考价值。

受实验仪器和条件限制，对BHCT>120 ℃或BHST>150 ℃的冲洗实验还需要寻找更有效的评价方法。

参考文献：

[1]王荐，岳前升，吴彬，等. 油基钻井液井筒清洗技术室内研究[J] .海洋石油，2008，28（4）：73-76.

[2] 曾义金. 浅谈前置液设计方法[J]. 钻采工艺，1990，13（4）：45-48

[3] 杨香艳，郭小阳. 固井前置冲洗液的研究发展[J].西南石油学院学报，2005，27（1）：70-74.

[4] 张明霞，向兴金，童志能，等. 水泥浆前置液评价方法总论[J].钻采工艺，2002，25（6）：81-83

[5] 刘雪婧，罗健生，刘刚，等. MO-DRILL油基钻井液体系研究及在大位移井应用[J].当代化工，2018，47（10）：2206-2210.

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