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固井前置液用速溶速效型悬浮剂的研制与应用

刘昊

刘昊. 固井前置液用速溶速效型悬浮剂的研制与应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(6):797-803 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.012
引用本文: 刘昊. 固井前置液用速溶速效型悬浮剂的研制与应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(6):797-803 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.012
LIU Hao.Preparation and application of an instant and quick-acting suspending agent for well cementing prepad fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(6):797-803 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.012
Citation: LIU Hao.Preparation and application of an instant and quick-acting suspending agent for well cementing prepad fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(6):797-803 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.012

固井前置液用速溶速效型悬浮剂的研制与应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.012
基金项目: 中国石油天然气股份有限公司科技专项项目“陆相页岩油规模增储上产与勘探开发技术研究”中课题5“陆相页岩油钻井提速提质关键技术研究”(2023ZZ15YJ05)。
详细信息
    作者简介:

    刘昊,工程师,硕士,1992年生,2019年毕业于沈阳化工研究院,主要从事固井外加剂研发工作。电话 17678618281;E-mail:liuhao_zy@cnpc.com.cn

  • 中图分类号: TE256

Preparation and Application of an Instant and Quick-Acting Suspending Agent for Well Cementing Prepad Fluids

  • 摘要: 目前固井前置液中所使用的悬浮剂结构大多是高分子/纤维素类化合物,其主要优点是具备较强的增稠能力,可提升前置液体系的悬浮性,确保固井施工安全进行。然而这一类物质在水中通常溶胀速度极慢(>3 h),难以迅速发挥增稠悬浮作用。为进一步提升其使用便利性及前置液配制效率,满足固井生产需求,重点进行了固井前置液用悬浮剂的研制,通过优化悬浮剂体系配方,形成各项性能优异的速溶速效型低黏切悬浮剂体系。室内实验发现,该悬浮剂在溶于水后3 min内即可完全溶胀助悬浮,速效性强;漏斗黏度约为42 s,使用便利性突出;悬浮剂加量达到4%~5%时,以其为核心形成的油基/水基钻井液用前置液体系即可抗温200℃以上,前置液上下密度差小于0.03 g/cm3,稳定性优异。前置液在现场试验过程中施工顺利,固井质量优异,说明该体系可提升固井顶替效率,具有较高推广价值。

     

  • 图  1  G3分子结构图

    图  2  水(左)和混合溶剂(右)作溶胀介质对G3的溶胀效果

    图  3  水泥浆100℃稠化曲线

    图  4  水泥浆与油基钻井液用前置液混合后100℃稠化曲线

    图  5  冲洗水基钻井液效果图

    表  1  悬浮主剂初筛实验

    悬浮
    主剂
    完全溶胀
    时间/min
    ρ前置液/
    g·cm−3
    悬浮
    主剂
    完全溶胀
    时间/min
    ρ前置液/
    g·cm−3
    S1750.10G1620.02
    S2670.06G2680.05
    S3900.07G3580.02
    S4700.05
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    表  2  各因素对G3+K200溶胀时间影响对比实验

    G3+K200/
    %
    溶胀时间/min
    含水合促进剂不含水合促进剂
    32.555
    43.060
    53.563
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    表  3  溶剂与水合促进剂最优加量实验

    悬浮主剂 抗温组分 混合溶剂 水合促进剂 FV/
    s
    溶胀
    时间/min
    G3/
    %
    K200/
    %
    异丙醇+
    DMF/%
    聚醚+
    磺酸盐/%
    2.5 0.5 10 20 >60 15.0
    2.5 0.5 12 16 57 9.0
    2.5 0.5 15 12 51 4.0
    2.5 0.5 18 10 47 3.5
    2.5 0.5 20 8 42 2.5
    2.5 0.5 22 6 40 5.5
    2.5 0.5 22 8 40 3.0
    2.5 0.5 20 <40 >120
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    表  4  水基钻井液用前置液流变数据

    ρ/
    g·cm−3
    六速
    读数
    Gel/
    Pa/Pa
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    临界紊流
    返速/(m·s−1)
    1.20 24/17/14/10/4/3 2.0/2.0 7 5.0 0.79
    1.40 29/21/18/12/6/5 3.0/3.5 8 6.5 0.86
    1.60 40/29/33/16/8/7 3.5/4.0 11 9.0 0.91
    1.80 61/44/36/26/10/8 4.5/6.0 17 13.5 1.01
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    表  5  油基钻井液用前置液流变数据

    ρ/
    g·cm−3
    六速
    读数
    Gel/
    Pa/Pa
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    临界紊流
    返速/(m·s−1)
    1.20 28/21/17/12/3/2 2/2.5 7 7 0.83
    1.40 38/26/21/15/5/4 2/3.0 12 7 0.92
    1.60 52/36/29/20/6/5 3/4.0 16 10 0.95
    1.80 76/52/41/28/8/6 4/5.0 24 14 1.02
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    表  6  水基钻井液用前置液稳定性评价

    前置液原始
    密度/(g·cm−3)
    23℃静置24 h
    上下密度/(g·cm−3)
    200℃静置4 h
    上下密度/(g·cm−3)
    1.20 1.19 1.20 1.19 1.21
    1.40 1.39 1.40 1.39 1.40
    1.60 1.60 1.60 1.59 1.61
    1.80 1.79 1.80 1.80 1.80
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    表  7  油基钻井液用前置液稳定性评价

    前置液原始
    密度/(g·cm−3)
    23℃静置24 h
    上下密度/(g·cm−3)
    200℃静置4 h
    上下密度/(g·cm−3)
    1.20 1.20 1.20 1.19 1.21
    1.40 1.40 1.40 1.39 1.41
    1.60 1.59 1.60 1.59 1.60
    1.80 1.80 1.80 1.79 1.81
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    表  8  1.50 g/cm3水基钻井液用前置液与水基钻井液、水泥浆的相容性实验数据

    混合体积百分比φ600φ300φ200φ100φ6φ3
    100%前置液3424191475
    100%钻井液8455311986
    100%水泥浆17492684085
    95%钻井液+5%前置液8254301886
    75%钻井液+25%前置液7247281886
    50%钻井液+50%前置液5939251775
    50%前置液+50%水泥浆10458442785
    25%前置液+75%水泥浆13975563485
    5%前置液+95%水泥浆16789663985
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    表  9  1.65 g/cm3油基钻井液用前置液与油基钻井液、水泥浆的相容性实验数据

    混合体积百分比φ600φ300φ200φ100φ6φ3
    100%前置液5639322265
    100%钻井液1086854371211
    100%水泥浆17492684085
    95%钻井液+5%前置液1056753361211
    75%钻井液+25%前置液95614833119
    50%钻井液+50%前置液8254432998
    50%前置液+50%水泥浆11566503175
    25%前置液+75%水泥浆14579593685
    5%前置液+95%水泥浆16889663985
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    表  10  针对水基钻井液的冲洗性能评价

    水基钻井液来源Gel/(Pa/Pa)PV/mPa·sYP/Pat冲净/min
    BQ3/1135132.5
    MKB2/735172.0
    DQ2/554121.7
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    表  11  针对油基钻井液的冲洗性能评价

    冲洗剂/% FV/s Gel/(Pa/Pa) ES/V t冲净/min
    3.5 60 7/16 850 4.0
    5.0 3.0
    3.5 67 10/23 1200 7.0
    5.0 5.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-06-13
  • 修回日期:  2025-07-30
  • 网络出版日期:  2025-12-08
  • 刊出日期:  2025-12-08

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