固井前置液设计概要
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5
稀释、清洗井壁泥浆 携带岩屑、沉砂 隔离泥浆与水泥浆 井壁润湿反转
2、冲洗液的性能
① ② 一般密度较低（如1.0~1.03g/cm3），并接近牛顿流体； 对井壁疏松泥饼具有渗透能力，使泥饼易于冲洗剥落；
③
具有一定的悬浮能力，防止钻井液固相颗粒和冲蚀下来的
泥饼的沉降和堆积；
④
稀释型冲洗液，应能稀释和分散钻井液，使钻井液在较低
36.480 1.368 0.182 0.160 3.809 42.00
138.087 6.214 0.690 0.690 60.993 158.980
1000mL漏斗粘度: 78 秒 流变性: 热浆：60/600；42/300；36/200；26/100；10/6；8/3 冷浆: 97/600; 70/300; 58/200; 39/100; 11/6; 8/3. 配制方法： 1)先用F/W水化PC-S21S两小时; 2)边搅加PC-X62L,测粘度为35秒； 3)边搅边加重晶石(BARITE)，循环搅拌30分钟后，测粘度为85秒； 4)保持循环搅拌，固井前加PC-W21L，测粘度78秒；
试验比例：
前置液与水泥浆或泥浆的混合比例（体积 比）一般为： 水泥浆或钻井液/前置液： 95/5、75/25、 50/50、25/75、5/95；
17
相容性的评价
流变相容试验：前置液以不同比例与钻井液、水 泥浆混合，混合物的视粘度明显降低或不变，则 表明流变相容性好，如视粘度明显升高，表明相 容性差，升幅越大，相容性越差。 稠化时间相容试验：将前置液与水泥浆按体积比 5/95、25/75、50/50混合后，按API规范10进行 稠化试验并对比，混合样品的稠化时间不应低于 原浆的稠化时间。
12
④ 密度易于调节，能悬浮固相材料保持流体 的稳定；特别对大斜度井和水平井尤为重 要。 ⑤ 温度对隔离液粘度的影响要小，温度升高 后仍能保持稳定； ⑥ 能够控制井下不稳定地层，防止垮塌。对 于易漏井固井，前置液应有防漏或堵漏效 果； ⑦ 对套管无腐蚀作用。
13
⑧ 对于高压固井，前置液应有足够的密度； ⑨ 对于深井固井，前置液应具有热稳定性； ⑩ 前置液对油气层应不发生或少发生损害，或者损 害后容易解除；应考虑以下几点： 前置液的固相颗粒应尽量少地进入地层孔隙； 前置液的滤失量应尽量小，减少地层中粘土膨胀； 前置液的滤液成分应避免与地层中的可溶性盐类、 地层水发生反应而生成不溶性沉淀。
15
五、相容性
相容性是指前置液与水泥浆、钻井液以不同 比例接触混合，都能形成均质稳定的混合物， 而且不会因为化学反应产生与设计要求相违 逆的性能变化。 工程意义 因前置液介于钻井液与水泥浆之间，前置液 与水泥浆的相容性、前置液与钻井液的相容 性直接关系到整个工程施工的成败。
16
3.粘性隔离液
主要应控制允许的环空高度，如一般为150~200m环空高度。 对段尾管固井，也考虑等量裸眼环空容积。
4. 特殊井况：
最小用量≥1.6m3，最小环空高度≥ 100m。
22
Click to edit title style
问
题 ？
23
流速下达到紊流顶替，其临界流速应控制在0.5m/s以下；
6
⑤ 与水泥浆混合比例较低的条件下，对水泥浆的稠 化时间和强度的影响要小； ⑥ 对于冲洗型，要能在流体中加入惰性固体粒子增 强对井壁的冲刷效果； ⑦ 对套管不产生腐蚀作用。
7
3、冲洗液配方
根据钻井液性能和井下条件，确定冲洗液的性能，配方设 计中考虑应用成本要低。
TVD: BHP: 试验规范 Test Specification:
设计 V 3469 BHST: 132 8000 BHCT: 95 API Spec 10, Edition: 5TH
复查 ° C; ° C;
隔离液试验报告
材料名称
Code
隔离液配方 SPACER COMPOSITION 重量 密度 体积 加量(BWOV) 加量(BWOW)
混浆比， v% 水泥浆： 隔离液 100 : 0 95 : 5 75 : 25 50 : 50 0 : 100
18 14 8
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六、前置液用量
1.冲洗液和紊流隔离液 用量满足保证顶替效率对紊流接触时间的要求，一般可考 虑在10min左右。最大用量一般不超过250m环空高度。 2.同时使用冲洗液和隔离液 二者总用量一般不超过300m环空高度。
3
二、前置液的分类
冲洗型 冲洗液 稀释型
前置液
水基冲洗液
油基冲洗液
水基冲洗液 油基冲洗液 水基紊流隔离液
前置液 前置液
紊流液
隔离液 粘性液
4
油基紊流隔离液
水基粘性隔离液 油基粘性隔离液
三、冲洗液
1、冲洗液的作用 ① 稀释和分散钻井液，防止絮 凝和胶凝； ② 有效的冲刷粘在井壁和套管 上的钻井液，或疏松泥饼， 提高水泥与井壁和套管之间 的胶结强度； ③ 作为钻井液与水泥浆之间的 缓冲液和“隔离液”，防止 水泥浆与钻井液直接接触而 产生污染； ④ 稀释改善钻井液的流动性能， 使钻井液易于被顶替，同时， 提高顶替效率。
Weight(g) Density Volume(ml) gal/bbl kg/bbl
隔离液配制方法
F/W PC-S21S PC-X62L PC-W21L BARITE 隔离液
100 4.5 0.5 0.5 44.17 149.670
1 1.2 1 1.14 4.23 1.300
100 3.750 0.5 0.44 10.44 115.131
定的粘度和较大的切力。一般塑性粘度在40～180mPa.s，
动切力大于钻井液10Pa左右。
9
1、隔离液的作用
① 能有效驱替钻井液，适应塞流、低速层流或紊流驱替钻井 液；
② 易于控制不稳定地层的跨塌（与冲洗液比较）； ③ 与冲洗液比较，能更有效的隔离钻井液和水泥浆，避免水 泥浆的接触污染，防止钻井液絮凝增稠； ④ 对紊流隔离液，依靠其中的固相颗粒冲蚀井壁泥饼； ⑤ 对粘性隔离液，依靠其粘性产生平面推进驱替钻井液
a) 在不需要加重时常规井固井中，尽量用海水或清水作前置液冲洗和稀 释井内钻井液（与钻井液和水泥浆相容性好，且有助于提高紊流程度 和经济）； b) 加入冲洗液中的稀释剂、分散剂或表面活性剂，要容易破坏钻井液的 胶凝结构，有利于清洗井眼。
固井常用配方：100%海/淡水+20%清洗液（PC-W21L）
注：对盐层、各类过敏性地层固井通常加入相应的抑制材料加以控制。
8
四、隔离液
隔离液是密度、粘度和静切力可以控制的前置液，主要用于 隔离和驱替钻井液，应用中，可单独使用，也可随冲洗液之 后，即与冲洗液同时使用。可分为：
（1）紊流隔离液：具有较低的粘度和紊流临界返速；用于紊
流顶替。
（2）粘性隔离液：用于塞流或低速层流顶替，隔离液应有一
18
悬浮稳定性试验：对加重前置液应做悬浮稳 定性试验，主要测定浆体在静止一定时间后 浆体上、中、下部位密度差异。显然，差异 越小，悬浮稳定性越高。如果有条件还应进 行动态的悬浮稳定性试验。 失水量影响试验：按API规范10 将前置液 与水泥浆的混合物及水泥浆原浆进行失水试 验。
19
试验目的 模拟井况
14
隔离液的密度：
钻井液密度＞隔离液密度＜水泥浆密度 特别是在套管不居住的井眼内，用粘性隔离液进行塞 流顶替时，应使隔离液与钻井液保持一定的密度差， 切力差，充分发挥隔离液对钻井液的浮力效应。 隔离液最简单的形式之一是清洗浆，这是一种低密度 的水泥浆，但其主要缺陷是通常与钻井液不相容。 隔离液失水控制：≤150ml/30min. 7MPa。 低的失水量有利于防止井壁垮塌和减少地层损害。
20
相容性试验附表
1.30g/cm3隔离液对1.90g/cm3水泥浆性能的影响
流变性能
API失水 n 0.8490 0.8893 0.8214 0.7548 0.8104 k 0.2282 0.4029 0.4509 0.4337 0.2252 YP 4.101 6.672 8.196 7.422 8.687 PV 0.081 0.189 0.132 0.0795 0.052 YP/PV 51 35 62 93 167 47 40 80 312 439 ＞300 ＞300 稠化时间 抗压强 度
固井前置液
中海油服油田化学事业部 2008年8月
1
第三讲内容
一、前置液简介ຫໍສະໝຸດ 2一、概述 绝大多数钻井液，不论是水基还是油基钻井液与水 泥浆都是不相容的。 在固井施工中，当水泥浆与钻井液直接接触后，水 泥浆将受钻井液的污染，水泥浆流动性降低，粘度、 动切力上升，这将导致施工泵压升高，严重时发生 井漏；同时，污染后的水泥石抗压强度、界面胶结 强度都将大幅降低，影响固井封固质量。 在注入水泥浆前，先泵入另一种液体，将水泥浆与 钻井液隔开，这种液体叫前置液。 在注水泥浆后，也泵送一种液体，将水泥浆与钻井 液隔开，这种液体叫后置液。
10
功能（OBM） 稀释、清洗井壁泥 浆 携带岩屑、沉砂 隔离泥浆与水泥浆 井壁润湿反转
11
2、隔离液的性能要求
（1）隔离液性能要求 ① 具有紊流冲刷作用，即不仅能以平面形式驱替钻 井液，还能产生高的径向扰动，提高对井壁泥饼 和管壁的冲蚀； ② 与钻井液和水泥浆有良好的相容性； ③ 具有与牛顿流体接近的流体特性，其紊流的临界 流速应较低；
稀释、清洗井壁泥浆 携带岩屑、沉砂 隔离泥浆与水泥浆 井壁润湿反转
2、冲洗液的性能
① ② 一般密度较低（如1.0~1.03g/cm3），并接近牛顿流体； 对井壁疏松泥饼具有渗透能力，使泥饼易于冲洗剥落；
③
具有一定的悬浮能力，防止钻井液固相颗粒和冲蚀下来的
泥饼的沉降和堆积；
④
稀释型冲洗液，应能稀释和分散钻井液，使钻井液在较低
36.480 1.368 0.182 0.160 3.809 42.00
138.087 6.214 0.690 0.690 60.993 158.980
1000mL漏斗粘度: 78 秒 流变性: 热浆：60/600；42/300；36/200；26/100；10/6；8/3 冷浆: 97/600; 70/300; 58/200; 39/100; 11/6; 8/3. 配制方法： 1)先用F/W水化PC-S21S两小时; 2)边搅加PC-X62L,测粘度为35秒； 3)边搅边加重晶石(BARITE)，循环搅拌30分钟后，测粘度为85秒； 4)保持循环搅拌，固井前加PC-W21L，测粘度78秒；
试验比例：
前置液与水泥浆或泥浆的混合比例（体积 比）一般为： 水泥浆或钻井液/前置液： 95/5、75/25、 50/50、25/75、5/95；
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相容性的评价
流变相容试验：前置液以不同比例与钻井液、水 泥浆混合，混合物的视粘度明显降低或不变，则 表明流变相容性好，如视粘度明显升高，表明相 容性差，升幅越大，相容性越差。 稠化时间相容试验：将前置液与水泥浆按体积比 5/95、25/75、50/50混合后，按API规范10进行 稠化试验并对比，混合样品的稠化时间不应低于 原浆的稠化时间。
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④ 密度易于调节，能悬浮固相材料保持流体 的稳定；特别对大斜度井和水平井尤为重 要。 ⑤ 温度对隔离液粘度的影响要小，温度升高 后仍能保持稳定； ⑥ 能够控制井下不稳定地层，防止垮塌。对 于易漏井固井，前置液应有防漏或堵漏效 果； ⑦ 对套管无腐蚀作用。
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⑧ 对于高压固井，前置液应有足够的密度； ⑨ 对于深井固井，前置液应具有热稳定性； ⑩ 前置液对油气层应不发生或少发生损害，或者损 害后容易解除；应考虑以下几点： 前置液的固相颗粒应尽量少地进入地层孔隙； 前置液的滤失量应尽量小，减少地层中粘土膨胀； 前置液的滤液成分应避免与地层中的可溶性盐类、 地层水发生反应而生成不溶性沉淀。
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五、相容性
相容性是指前置液与水泥浆、钻井液以不同 比例接触混合，都能形成均质稳定的混合物， 而且不会因为化学反应产生与设计要求相违 逆的性能变化。 工程意义 因前置液介于钻井液与水泥浆之间，前置液 与水泥浆的相容性、前置液与钻井液的相容 性直接关系到整个工程施工的成败。
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3.粘性隔离液
主要应控制允许的环空高度，如一般为150~200m环空高度。 对段尾管固井，也考虑等量裸眼环空容积。
4. 特殊井况：
最小用量≥1.6m3，最小环空高度≥ 100m。
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Click to edit title style
问
题 ？
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流速下达到紊流顶替，其临界流速应控制在0.5m/s以下；
6
⑤ 与水泥浆混合比例较低的条件下，对水泥浆的稠 化时间和强度的影响要小； ⑥ 对于冲洗型，要能在流体中加入惰性固体粒子增 强对井壁的冲刷效果； ⑦ 对套管不产生腐蚀作用。
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3、冲洗液配方
根据钻井液性能和井下条件，确定冲洗液的性能，配方设 计中考虑应用成本要低。
TVD: BHP: 试验规范 Test Specification:
设计 V 3469 BHST: 132 8000 BHCT: 95 API Spec 10, Edition: 5TH
复查 ° C; ° C;
隔离液试验报告
材料名称
Code
隔离液配方 SPACER COMPOSITION 重量 密度 体积 加量(BWOV) 加量(BWOW)
混浆比， v% 水泥浆： 隔离液 100 : 0 95 : 5 75 : 25 50 : 50 0 : 100
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六、前置液用量
1.冲洗液和紊流隔离液 用量满足保证顶替效率对紊流接触时间的要求，一般可考 虑在10min左右。最大用量一般不超过250m环空高度。 2.同时使用冲洗液和隔离液 二者总用量一般不超过300m环空高度。
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二、前置液的分类
冲洗型 冲洗液 稀释型
前置液
水基冲洗液
油基冲洗液
水基冲洗液 油基冲洗液 水基紊流隔离液
前置液 前置液
紊流液
隔离液 粘性液
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油基紊流隔离液
水基粘性隔离液 油基粘性隔离液
三、冲洗液
1、冲洗液的作用 ① 稀释和分散钻井液，防止絮 凝和胶凝； ② 有效的冲刷粘在井壁和套管 上的钻井液，或疏松泥饼， 提高水泥与井壁和套管之间 的胶结强度； ③ 作为钻井液与水泥浆之间的 缓冲液和“隔离液”，防止 水泥浆与钻井液直接接触而 产生污染； ④ 稀释改善钻井液的流动性能， 使钻井液易于被顶替，同时， 提高顶替效率。
Weight(g) Density Volume(ml) gal/bbl kg/bbl
隔离液配制方法
F/W PC-S21S PC-X62L PC-W21L BARITE 隔离液
100 4.5 0.5 0.5 44.17 149.670
1 1.2 1 1.14 4.23 1.300
100 3.750 0.5 0.44 10.44 115.131
定的粘度和较大的切力。一般塑性粘度在40～180mPa.s，
动切力大于钻井液10Pa左右。
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1、隔离液的作用
① 能有效驱替钻井液，适应塞流、低速层流或紊流驱替钻井 液；
② 易于控制不稳定地层的跨塌（与冲洗液比较）； ③ 与冲洗液比较，能更有效的隔离钻井液和水泥浆，避免水 泥浆的接触污染，防止钻井液絮凝增稠； ④ 对紊流隔离液，依靠其中的固相颗粒冲蚀井壁泥饼； ⑤ 对粘性隔离液，依靠其粘性产生平面推进驱替钻井液
a) 在不需要加重时常规井固井中，尽量用海水或清水作前置液冲洗和稀 释井内钻井液（与钻井液和水泥浆相容性好，且有助于提高紊流程度 和经济）； b) 加入冲洗液中的稀释剂、分散剂或表面活性剂，要容易破坏钻井液的 胶凝结构，有利于清洗井眼。
固井常用配方：100%海/淡水+20%清洗液（PC-W21L）
注：对盐层、各类过敏性地层固井通常加入相应的抑制材料加以控制。
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四、隔离液
隔离液是密度、粘度和静切力可以控制的前置液，主要用于 隔离和驱替钻井液，应用中，可单独使用，也可随冲洗液之 后，即与冲洗液同时使用。可分为：
（1）紊流隔离液：具有较低的粘度和紊流临界返速；用于紊
流顶替。
（2）粘性隔离液：用于塞流或低速层流顶替，隔离液应有一
18
悬浮稳定性试验：对加重前置液应做悬浮稳 定性试验，主要测定浆体在静止一定时间后 浆体上、中、下部位密度差异。显然，差异 越小，悬浮稳定性越高。如果有条件还应进 行动态的悬浮稳定性试验。 失水量影响试验：按API规范10 将前置液 与水泥浆的混合物及水泥浆原浆进行失水试 验。
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试验目的 模拟井况
14
隔离液的密度：
钻井液密度＞隔离液密度＜水泥浆密度 特别是在套管不居住的井眼内，用粘性隔离液进行塞 流顶替时，应使隔离液与钻井液保持一定的密度差， 切力差，充分发挥隔离液对钻井液的浮力效应。 隔离液最简单的形式之一是清洗浆，这是一种低密度 的水泥浆，但其主要缺陷是通常与钻井液不相容。 隔离液失水控制：≤150ml/30min. 7MPa。 低的失水量有利于防止井壁垮塌和减少地层损害。
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相容性试验附表
1.30g/cm3隔离液对1.90g/cm3水泥浆性能的影响
流变性能
API失水 n 0.8490 0.8893 0.8214 0.7548 0.8104 k 0.2282 0.4029 0.4509 0.4337 0.2252 YP 4.101 6.672 8.196 7.422 8.687 PV 0.081 0.189 0.132 0.0795 0.052 YP/PV 51 35 62 93 167 47 40 80 312 439 ＞300 ＞300 稠化时间 抗压强 度
固井前置液
中海油服油田化学事业部 2008年8月
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第三讲内容
一、前置液简介ຫໍສະໝຸດ 2一、概述 绝大多数钻井液，不论是水基还是油基钻井液与水 泥浆都是不相容的。 在固井施工中，当水泥浆与钻井液直接接触后，水 泥浆将受钻井液的污染，水泥浆流动性降低，粘度、 动切力上升，这将导致施工泵压升高，严重时发生 井漏；同时，污染后的水泥石抗压强度、界面胶结 强度都将大幅降低，影响固井封固质量。 在注入水泥浆前，先泵入另一种液体，将水泥浆与 钻井液隔开，这种液体叫前置液。 在注水泥浆后，也泵送一种液体，将水泥浆与钻井 液隔开，这种液体叫后置液。
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功能（OBM） 稀释、清洗井壁泥 浆 携带岩屑、沉砂 隔离泥浆与水泥浆 井壁润湿反转
11
2、隔离液的性能要求
（1）隔离液性能要求 ① 具有紊流冲刷作用，即不仅能以平面形式驱替钻 井液，还能产生高的径向扰动，提高对井壁泥饼 和管壁的冲蚀； ② 与钻井液和水泥浆有良好的相容性； ③ 具有与牛顿流体接近的流体特性，其紊流的临界 流速应较低；