齐志刚,陈 阳,张 磊

(中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东 东营 257017)

BYP1井地层压力高、摩阻扭矩大，井壁稳定困难，为了压稳地层，降低摩阻，采用了1.93g/cm3的高比重油基钻井液。然而，油润环境会严重影响固井一二界面(套管与井壁)胶结质量，甚至出现微环隙。常规冲洗液+前置液这种组合的前置液无法满足这类井的固井需要，如一般的冲洗液密度1.0g/cm3左右，容易发生窜槽，对压稳地层不利；无固相的前置液与水泥浆配伍性较差，加重前置液其黏度高、流动性差，难以实现紊流驱替和良好的冲洗效率，并且稳定性差[1-6]。为此，本文研制了一种高效驱油前置液SLP，不但具有良好的配伍性和稳定性，而且具有冲洗和隔离双重作用；通过改变井壁和套管壁的润湿状态，提高洗油效率，防止油基钻井液窜入并污染水泥浆，确保了BYP1井固井水泥浆安全注入和整个固井施工安全，为后期酸化压裂打下了良好的基础。

1 实验部分

1.1 主要仪器与药品

OWC-9350A-1型常压稠化仪(沈阳航空工业学院应用技术研究所)、8240型高温高压稠化仪(美国千德乐)、ZNN-D6型六速旋转黏度计(青岛胶南分析仪器厂)、OWC-9360型恒速搅拌器沈阳航空工业学院应用技术研究所)、OWC-9710型高温高压失水仪(沈阳航空工业学院应用技术研究所)、密度计、恒温水浴、天平、量筒等。

悬浮稳定剂、稀释剂、冲洗剂、降失水剂、缓凝剂、消泡剂、活性加重剂(密度为3.2 g/cm3)、胜维G级水泥、1.92 g/cm3油基钻井液(现场取)、现场水等。

1.2 试验方法

1.2.1 前置液的制备

先将稀释剂、缓凝剂加入水中，并滴加少量消泡剂，采用恒速搅拌器在4000r/min的低速下搅拌10 min，然后加入悬浮稳定剂、降失水剂、活性加重剂、冲洗剂，在中速下搅拌20 min，即可配制出不同密度的高效驱油前置液(SLP)。将配制好的高效驱油前置液SLP在设定温度下进行各种实验，并按APISPEC 10规范与水泥浆、钻井液进行相容性试验，考察前置液在井下环境条件下的性能。

1.2.2 冲洗效率评价实验

a.先将油基钻井液和前置液在85℃下养护20min。

b.使用六速旋转粘度计，去掉内筒，装上外筒，将钻井液倒入粘度计杯中，放在旋转粘度计上以300r/min的速度转30s，后静止30s，将钻井液杯移走，因此旋转粘度计外筒内外均匀附有一层油基钻井液。

c.将附有一层油基钻井液的旋转粘度计外筒以300r/min转速用高效驱油前置液SLP冲洗600s。

2 高效驱油前置液SLP的各组分作用

高效驱油前置液SLP外加剂的基本组成为： SLW-021L稀释剂、SLW-020S悬浮剂和SLW-600S活性加重剂。稀释剂主要由能够离解出阴阳离子基团的聚合物组成，大分子量的阴离子基团被吸附到加重剂颗粒表面，从而在加重剂颗粒表面形成一层溶剂化的单分子膜，使加重剂颗粒间的凝聚作用减弱，颗粒的摩擦阻力减小，因而颗粒得以分散，使所配制的前置液粘度下降，流动性得到改善。稀释剂能够通过塑化、减水等作用改善不同材料之间的亲和作用，使前置液体系的稳定性能增加的同时具有渗透乳化的作用，可以改变套管表面的润湿性，有助于提高顶替效率；悬浮剂主要由非离子型聚合物组成，非离子型聚合物对电介质有极好的耐溶性。在水介质中不离子化，当溶液中含有高浓度盐时而稳定，不会与重金属离子作用而出现析出现象。它的非离子性质使它成为在含有高浓度的电介质溶液时独特的凝胶增稠剂。具有增粘和悬浮从井壁与套管表面清洗下来的固相颗粒的作用，使前置液体系具有较高的切力提高其稳定性。通过稀释剂、悬浮剂以及加重剂三者的作用，高效驱油前置液SLP与钻井液、水泥浆间具有良好的化学相容性，有效的隔离钻井液与水泥浆，防止其相互接触污染，同时还具有悬浮固相颗粒、防止井塌、抑制井漏等多方面作用[7-8]。

3 试验结果与讨论

3.1 冲洗率评价

冲洗率评价结果见表1，SLP-1前置液冲洗油基钻井液效果见图1。

表1 冲洗率评价结果

图1 SLP-1前置液冲洗油基钻井液效果图

3.2 相容性评价

3.2.1 油基钻井液-前置液相容性

前置液与油基钻井液相容性评价建表2。

表2 前置液与油基钻井液相容性评价

通过表2数据分析，当油基钻井液与前置液的比例为3∶1和1∶3时，混浆的k值较大。

3.2.2 前置液与水泥浆(领浆)相容性

前置液与油基钻井液相容性评价见表3。

表3 前置液与油基钻井液相容性评价

表3(续)

由表3数据分析，随着水泥浆占比的增加，混浆的稠度系数k随之增加，但是k值仍然较小，流变性能良好，满足泵送的需要。

按照API相容性检测方法，进行该前置液体系与水泥浆的相容性试验，实验数据如表3所示。从表中的数据可以看出，随着前置液体积占比的增加，其分散效果有所减弱，因为随着密度的增加，固体颗粒在前置液中的含量的增加，要同时保证悬浮性和流变性这一对相互矛盾的因素，就不得不综合考虑两矛盾因素，故随着密度的增加其双分散能力有所减弱，但同总体上来看该系列前置液的相容性仍然保持较好。能有效地分散水泥浆和钻井液，没有絮凝、增稠、沉淀的现象，即使相互混合，仍能保持较好的流变性。

3.3 体系沉降稳定性能

为了反映前置液的稳定性，采用了500mL的玻璃量筒倒入高效驱油前置液SLP静置12h，并通过测定玻璃量筒中上、中、下不同层位的前置液密度变化来反应体系的稳定性。其结果如表4所示。

从表4可看出，高效驱油前置液SLP静置12h上下密度差都不超过0.01g/cm3，而对于常规密度前置液的稳定性要求一般认为水泥石上下密度差应小于0.08 g/cm3。这充分说明本文的高效驱油前置液SLP体系具有优异的沉降稳定性能。

表4 沉降稳定性实验

3.4 污染稠化实验

前置液-水泥浆混浆增压稠化实验结果见表5。

表5 前置液-水泥浆混浆增压稠化实验结果

由表5中数据看出，水泥浆中加入前置液后，其稠化时间大于288min，水泥浆的稠化时间没有明显缩短，满足施工要求，前置液-水泥浆混浆(25∶75)增压稠化曲线见图2。

图2 前置液-水泥浆混浆(25∶75)增压稠化曲线

3.5 扫描电镜分析

高效驱油前置液SLP能改变油基钻井液中乳化剂的极性，产生破乳作用使井壁和套管壁油润湿变为水润湿，能替换出原界面膜中的天然乳化剂分子，构成新的易破裂的界面膜，使W/O反相成O/W型，提高套管壁、井壁油污的冲洗效率，从而改善界面胶结。为了验证高效驱油前置液SLP界面胶结改善效果，本文通过对油基钻井液处理的岩心经高效驱油前置液SLP冲洗后的表面及与水泥的胶结面进行扫描电镜分析，分析图片如下。

图3 油基钻井液岩心表面经SLP-1冲洗后的扫描电镜

由图3可以看出，经前置液冲洗过后，岩心表面泥饼基本冲洗干净，扫描电镜下呈现出疏松多孔状，说明SLP-1对于岩心表面的油基钻井液滤饼有较好的冲洗效果。此外，在孔隙上可以发现附着了较多颗粒状的晶体物质，为前置液所携带的活性材料所致，这些活性材料能够与后续水泥浆的形成良好"楔合"现象，能够有效地提高胶结强度，这从微观上解释了该前置液体系具有提高界面胶结强度的能力。

从图4可明显的看到，在水泥、泥饼、岩心三者之间没有明显的断裂带，界面结合的较为致密；同时还发现界面与界面直接并非平行贴合，而是如同齿轮一样，相互“楔合”在一起的，形成紧密的结合，能有效的提高界面胶结强度。

图4 经SLP-1冲洗后岩心与水泥的胶结面

4 现场试验

BYP1井是中石化胜利油田页岩油气重点探井，完钻井深4335m，完钻层位：沙三下。泥浆比重1.92g/cm3，固井段0～3750m，其中水平裸眼井段560m。BYP1井底油气活跃，为防止泥页岩坍塌掉块，钻井液采用了高比重的油基钻井液。在整个固井过程中，为保障施工安全，压稳地层，有效驱替泥浆、冲洗泥饼，提高顶替效率，采用具有冲洗和隔离双重作用的加重驱油前置液体系，通过改变井壁和套管壁的润湿状态，提高洗油效率，防止油基泥浆窜入并污染水泥浆，确保了BYP1井固井水泥浆安全注入和整个固井施工安全，为后期酸化压裂打下了良好的基础，BYP1井油层段部分固井质量电测见图5。

图5 BYP1井油层段部分固井质量电测图

5 结论

(1)高效驱油前置液SLP对油基钻井液的金属壁冲洗率达到95%，具有优异的沉降稳定性能，与水泥浆和油基钻井液具有良好的相容性，混浆保持较好的流变性和抗污染能力。

(2)该前置液中的加重材料中的活性组分能与水泥水化产物胶结“楔合”，从而强化了界面胶结强度。

(3)高效驱油前置液SLP确保了BYP1井固井水泥浆安全注入，固井电测界面胶结良好，为后期的压裂施工提供了保障。