石油与天然气化工  2014, Vol. 43 Issue (2): 185-187
LXX型冲洗液的室内研究
李芹 1, 雷鑫宇 2, 李文涛 1, 张直建 1, 陈大钧 1     
1. 西南石油大学化学化工学院;
2. 中国石油长城钻探工程公司
收稿日期：2013-09-04
基金项目：国家科技重大专项“低渗油气田完井关键技术”子课题“提高低渗透油藏固井质量技术研究”（2011ZX05022-006）
作者简介：李芹, 女, 西南石油大学应用化学硕士研究生, 研究方向为钻井液与完井液。地址:(610500)四川省成都市新都区西南石油大学研究生院硕士2012级9班。E-mail:304313347@qq.com.
摘要：在固井施工中，为了提高水泥环与地层的胶结性，实现有效层间的良好封隔，保证油井的正常生产和后续增产措施的顺利实施，需要提高注水泥浆的各项性能。通过大量室内实验，确定冲洗液的配方；该冲洗液对低固相滤饼的冲洗效率超过80%，且通过微观分析，冲洗液中的活性材料有效地预留在了岩心表面，形成“活性楔子”，有效地提高界面胶结能力。
关键词：冲洗液    冲洗效率    楔合效应    胶结强度    微观分析    
Research on performance of LXX flushing fluid
Li Qin1 , Lei Xinyu2 , Li Wentao1 , Zhang Zhijian1 , Chen Dajun1     
1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest Petroleum University, Chendu 610500, Sichuan, China;
2. PetroChina Great Wall Drilling Company, Beijing 124000, China
Abstract: In order to improve the cementation of cement annulus and formation, realizing effective interlayer good packer, maintaining the normal production of oil well and the smooth implementation of the follow-up measures to increase production, various properties of slurry need to be improved during cementing. In this article, the flushing fluid formula is determined through a large number of laboratory experiments. The washing efficiency of flushing fluid is more than 80% towards low solid phase mud cake. Moreover, it is found that the active material of the fluid is effectively reserved on the surface of the core through the micro analysis, which forms some "active wedges" and improves the cementation ability of interface effectively.
Key Words: flushing fluid    washing efficiency    wedge effect    cementing strength    micro analysis    

在油气井固井过程中，第二界面封固质量是固井作业中重要的评价指标，也与后期油气井生产效益密切相关。冲洗液主要通过物理冲刷和化学改变界面性质的方式来清除井壁的泥饼和油污，从而改善井壁界面性质，提高第一、二界面的胶结强度。泥饼冲洗是目前固井技术中的重要环节，如果忽视泥饼的清除问题，那将会对油气井的封固质量，特别是界面胶结强度造成严重的影响，增大了油气井层间水气窜的风险[1-5]。

目前，冲洗液的相关研究进展迅速。在国内具有代表性的冲洗液主要有：大庆油田研制的Dsf冲洗液，中原油田研制的SNC隔离液。在国外，美国道威尔公司的CW系列冲洗液和哈利伯顿公司研制的通用隔离液应用广泛。但是目前冲洗液仍然存在一些问题。例如冲洗滤饼效率不高，拌浆困难，界面胶结强度有待提高。

本试验主要研究了冲洗液中加入不同活性材料后的性能。实验表明，LXX型冲洗液对泥饼的冲洗效率高，且具有“楔合效应”，能够明显改善井壁的界面性质，提高水泥环胶结强度。

1 实验部分
1.1 实验药品与仪器

实验药品：膨润土、重晶石、磺酸盐类阴离子表面活性剂、聚氧乙烯类非离子表面活性剂、G级水泥、分散剂SXY、降失水剂SZ1-2、悬浮剂H-1、明矾、活性材料(磁铁矿CTK-1、矿渣KZ-1、活性二氧化硅S-1)等。

实验仪器：API水泥实验全套装置(沈阳石油仪器研究所有限责任公司)，ZNND-79六速旋转黏度计(青岛德顺电子机械有限公司)，NanoScope Ⅲa原子力显微镜(美国Digital Instrument公司)，Quanta 450型扫描电镜(美国FEI公司)等。

1.2 LXX型冲洗液配方设计

冲洗液体系的设计思路如下：

(1) 体系呈弱酸性，低渗油藏属于碳酸盐岩储层或者地层中富含碳酸盐矿物的地质构造，利用这些地层中的矿物使滤饼易于剥离，非常有利于提高冲洗液的冲洗效率；同时弱酸与地层接触反应后，井壁粗糙程度增加有利于水泥浆附着，进而有利于胶结强度的提高。

(2) 含刚性微粒，具有较强的物理冲刷作用。

(3) 复配表面活性剂可起到快速渗透、润湿反转的作用，从而迅速浸湿泥饼，加速泥饼脱落。

(4) 含活性材料的冲洗液冲刷滤饼后，可在胶结面附着大量活性微粒，预留“活性楔子”，在后期注水泥时可提高界面胶结强度。

按照此思路，经大量室内实验，得到基础配方如下：

LXX冲洗液基础配方：水+w(H-1)0.25%+w(微硅)2%+w(硼酸)5%+w(复配表面活性剂)1.5%+w(活性材料)3%。

1.3 LXX冲洗液性能研究
1.3.1 冲洗液冲洗效率

根据基础配方，使用不同的活性颗粒材料，在常温、1 400 r/min条件下，冲洗10 min后，测定其对低固相滤饼的冲洗效率[6-7]。

从表 1可知，使用CTK-1的冲洗液冲洗效率为90%。CTK-1物理冲刷作用强，但其悬浮性能较差；含S-1的冲洗液，也具有较强的物理冲刷作用，冲洗液悬浮性能良好，冲洗效率为84%；使用KZ-1，冲洗液悬浮性能最好，但其冲洗效率仅为80%。

表 1    使用不同活性颗粒材料冲洗液的冲洗效率 Table 1    Flushing efficiency of using different active particle materials

1.3.2 界面胶结强度

利用界面胶结强度实验评价装置，模拟井壁上附着钻井液滤饼后放入冲洗液中，在1 400 r/min转速下冲洗10 min，然后放置到装置中，在环空中注入水泥浆，放入90 ℃水浴中养护一定时间后，在压力机上测试其胶结强度。

从表 2可知，该冲洗液能有效地提高水泥石界面胶结强度。使用活性材料KZ-1的冲洗液，活性材料的活化度高，很容易吸附到壁面上，其胶结强度最高，但是使用过程中会产生H2S，存在安全隐患；使用S-1，活性微粒也较容易被吸附，胶结强度较高；使用CTK-1，由于其吸附作用很弱，没有明显地提高水泥石界面胶结强度。

表 2    界面胶结强度 Table 2    Interface cementing strength

2 微观分析

根据冲洗效率及界面胶结强度实验结果，确定冲洗液体系的活性材料为S-1，并对其冲洗岩心端面进行微观分析[8-9]。

采用岩心流动实验装置使预先配制好的钻井液在岩心端面形成滤饼，用冲洗液对附有滤饼的岩心进行冲洗实验，之后采用原子力显微镜和扫描电镜对其岩心端面进行分析，并与水冲洗岩心(空白实验)的结果进行对比。

在图 1中，图(a)为水冲洗过后，原本附着在岩石上的泥饼大部分被冲掉，形成了纹路清晰，较为平整的端面；图(b)为经LXX型冲洗液冲洗之后的岩石端面，该端面附着了大量的活性楔子，这样能与后续水泥良好的接触，提高胶结强度。

图 1     岩心端面原子力显微镜图像 Figure 1     AFM images of core end

图 2为水和冲洗液冲洗岩心端面后第二界面胶结情况扫描电镜图像，水冲洗后的胶结不够紧密，有微隙；LXX型冲洗液冲洗之后的胶结面紧密，基本无微隙存在。

图 2     第二界面胶结情况扫描电镜图像 Figure 2     SEM images of the second interface cemented

本实验所设计的冲洗液首次考虑到地层结构与冲洗液的关系，同时考查了活性材料的作用，以及对后续胶结强度的影响。按照设计思路，该类冲洗液非常适用于富含碳酸盐矿物的地层。

3 结论

(1) 经大量室内实验，确定LXX型冲洗液的配方为:水+w(H-1)0.25%+w(微硅)2%+w(硼酸)5%+w(复配表面活性剂)1.5%+w(S-1)3%。

(2) LXX型冲洗液的冲洗性能良好，对低固相滤饼的冲洗效率超过80%，并且能有效地提高界面胶结强度。

(3) 通过微观分析，冲洗液中的活性材料有效地预留在了岩心表面，形成“活性楔子”，为水泥与岩石的良好结合提供了中间介质，有效地提高界面胶结能力。

参考文献
[1]
李广喜. 侧钻井易钻塞、微膨性堵剂的研制及应用[J]. 石油与天然气化工, 2011, 40(2): 182-185, 217.
[2]
刘浩亚, 邵春, 董利飞, 等. 不同条件下泥饼固化提高固井二界面胶结强度的实验研究[J]. 石油与天然气化工, 2012, 40(2): 191-195.
[3]
陈大钧, 陈馥. 油气田应用化学[M]. 北京: 石油工业出版社, 2006.
[4]
赵常青, 张成金, 孙海芳, 等. 油井水泥宽温带缓凝剂SD210L的研制与应用[J]. 天然气工业, 2013, 33(1): 90-94.
[5]
王瑞和, 李明忠, 王成文, 等. 油气井注水泥顶替机理研究进展[J]. 天然气工业, 2013, 33(5): 69-74.
[6]
朱江林. 一种物理模拟冲洗液冲洗效率的评价方法[J]. 钻井液与完井液, 2012, 29(1): 69-71. DOI:10.3969/j.issn.1001-5620.2012.01.020
[7]
由福昌, 许明标.一种固井前置冲洗液冲洗效率的评价方法[J].2009, 26(6):47-48.
[8]
雷鑫宇, 陈大钧, 张直建, 等. 纤维-自修复水泥改善固井质量研究[J]. 科学技术与工程, 2013, 13(19): 5597-5599. DOI:10.3969/j.issn.1671-1815.2013.19.032
[9]
任春宇, 陈大钧. RC型冲洗液性能的室内研究[J]. 钻井液与完井液, 2012, 29(6): 66-67. DOI:10.3969/j.issn.1001-5620.2012.06.020
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