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无固相一步式冲洗液对钻井液滤饼的清洗机理与性能

张福铭 赵琥 张高雷 赵军 王雪山 程小伟

张福铭,赵琥,张高雷,等. 无固相一步式冲洗液对钻井液滤饼的清洗机理与性能[J]. 钻井液与完井液,2026,43(1):1-10
引用本文: 张福铭,赵琥,张高雷,等. 无固相一步式冲洗液对钻井液滤饼的清洗机理与性能[J]. 钻井液与完井液,2026,43(1):1-10
Zhang Fuming, Zhao Hu, Zhang Gaolei, et al.Mechanism and performance evaluation of a solid-free one-step flushing fluid for removing drilling fluid filter cakes[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(1):1-10
Citation: Zhang Fuming, Zhao Hu, Zhang Gaolei, et al.Mechanism and performance evaluation of a solid-free one-step flushing fluid for removing drilling fluid filter cakes[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(1):1-10

无固相一步式冲洗液对钻井液滤饼的清洗机理与性能

基金项目: 中海油田服务股份有限公司公司级项目“窄压力窗口提高固井质量关键技术研究”(YHB21YF002)。
详细信息
    作者简介:

    张福铭,高级工程师,现在主要从事固井水泥浆、前置液等方面的研究。电话 (010)84522115;E-mail:zhangfm3@cosl.com.cn

    通讯作者:

    赵琥,正高级工程师,研究方向为固井工程。电话(0316)3366329;E-mail:zhaohu4@cosl.com.cn

  • 中图分类号: TE256.7

Mechanism and Performance Evaluation of a Solid-Free One-Step Flushing Fluid for Removing Drilling Fluid Filter Cakes

  • 摘要: 随着环保法规的日益严格,环保型水基钻井液在海洋钻井中得到广泛应用,其形成的致密滤饼会严重影响固井二界面胶结质量。以BIODRILL水基钻井液滤饼为研究对象,结合XRD、FT-IR、SEM、TG等手段揭示了其成分和结构特征,发现滤饼主要由高分子聚合物、加重材料和黏土矿物构成,滤饼孔隙度低、强度高,常规方法难以清除。基于滤饼形成机理,设计了一种由草酸、NaF、EDTA-Na、鼠李糖脂和TWEEN80组成的无固相一步式冲洗液。该体系通过“酸解–螯合–界面剥离–物理冲刷”的协同机制,实现了滤饼的高效溶解与剥离。实验结果表明,在pH值为5.5下,冲洗液在室温和85℃下均可在15 min内达到80%以上的滤饼去除率;冲洗后岩心胶结强度可恢复至空白岩心的70%以上,满足现场对冲洗液性能的要求。研究结果不仅揭示了钻井液滤饼的清洗难点和形成机制,还为复杂环境下固井二界面滤饼的高效清除与胶结质量的提升提供了新思路和理论依据。

     

  • 图  1  BIODRIL钻井液滤饼红外光谱图

    图  2  BIODRILL钻井液滤SEM/EDS图

    图  3  BIODRILL钻井液滤饼强度测试及结构

    图  4  不同温度下BIODRILL钻井液滤饼TG\DTG曲线图

    图  5  冲洗前后SEM图像

    图  6  鼠李糖脂、TWEEN80不同比例下冲洗液接触角测试结果

    图  7  室温下冲洗效率及形貌变化

    图  8  滤饼冲洗前后胶结强度测试结果

    图  9  冲洗前后SEM图像

    图  10  滤饼结构示意图

    图  11  滤饼清洗机理图

    表  1  钻井液流变性及厚度

    钻井液名称PV/
    mPa·s
    AV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    n
    K/
    Pa·sn
    孔隙度/
    %
    滤饼厚度/
    mm
    BIODRILL2442.5370.432.129.901.0
    下载: 导出CSV

    表  2  冲洗液成分及作用

    成分加量/%功能用途说明具体作用
    草酸3.0%有机酸/反应源形成酸性环境与NaF反应生成HF溶解SiO2
    NaF1.0%含氟反应源与草酸反应缓释HF,溶解滤饼表面硅质颗粒
    EDTA-Na5.0%螯合剂螯合金属离子,防止沉淀
    NaCl2.0%盐调节剂提高体系离子强度,增强渗透、润湿能力
    鼠李糖脂1.5%生物表面活性剂环保可降解,提供润湿渗透能力
    TWEEN 801.5%非离子表活剂无毒、环保,降低表面张力,协同剥离
    NaOH2.0%pH值调节剂控制体系酸碱性,使得体系不同成分均处于高活性范围区间
    下载: 导出CSV
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  • 录用日期:  2025-05-28
  • 网络出版日期:  2025-12-08

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