王 健 鄧義成 苗海龍 胡進(jìn)軍 耿 鐵 羅健生 張 偉

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部）

聚胺完井液的研制與應(yīng)用

王 健 鄧義成 苗海龍 胡進(jìn)軍 耿 鐵 羅健生 張 偉

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部）

研制了一種以聚胺抑制劑PF－HAB為主劑的清潔無固相完井液——聚胺完井液。室內(nèi)評(píng)價(jià)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明：聚胺抑制劑PF－HAB具有很好的粘土膨脹抑制性和降低油水界面張力能力，所研制的聚胺完井液呈弱堿性，具有油水界面張力低、防膨能力與高價(jià)離子螯合能力強(qiáng)、儲(chǔ)層保護(hù)性能與防腐蝕性能好的特點(diǎn)，適用于低孔低滲儲(chǔ)層、酸敏性地層以及疏松砂巖儲(chǔ)層的完井作業(yè)。目前所研制的聚胺完井液已成功應(yīng)用于LD32－2、SZ36－1、JZ25－1等油田完井作業(yè)，取得了良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

聚胺完井液 性能評(píng)價(jià) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 儲(chǔ)層保護(hù)

近20年來，新材料、新技術(shù)的不斷研發(fā)推動(dòng)了鉆探技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)海上油田完井液已從無固相清潔鹽水完井液發(fā)展為無固相聚合物鹽水完井液［1－3］。作為國(guó)際上第三代高性能水基鉆井液的主劑，有關(guān)聚胺抑制劑的研究正在逐年升溫。聚胺抑制劑是一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的多元聚胺，含有較多的胺基（－NH2），具有完全水溶、低毒、水溶液呈堿性、可與其它添加劑一起使用等特點(diǎn)，可充填在粘土晶片之間并將晶片束縛在一起，有效地減少頁巖從周圍的溶液中吸附水分子的傾向，從而抑制頁巖膨脹。

針對(duì)海上疏松砂巖儲(chǔ)層［4－5］、酸敏性儲(chǔ)層及低孔低滲儲(chǔ)層［6］，結(jié)合有關(guān)聚胺抑制劑的研究［7］，中海油田服務(wù)股份有限公司研制出了一種以聚胺抑制劑PF－HAB［8］為主劑，呈弱堿性、具有較強(qiáng)的高價(jià)金屬離子螯合能力和低油水界面張力等特點(diǎn)的新型完井液——聚胺完井液，該聚胺完井液已經(jīng)獲國(guó)家發(fā)明專利［9］，目前已在LD32－2、SZ36－1、JZ25－1等油田應(yīng)用，取得了良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

圖1 聚胺抑制劑PF－HAB吸附量測(cè)試結(jié)果

1 聚胺抑制劑PF－HAB性能評(píng)價(jià)

1．1 吸附量測(cè)定

聚胺抑制劑PF－HAB在膨潤(rùn)土表層的吸附量測(cè)試結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，PF－HAB在膨潤(rùn)土表層吸附量較大，說明所研制的聚胺能快速吸附在膨潤(rùn)土表面，有利于阻止泥頁巖的水化。

1．2 XRD測(cè)試

吸附了聚胺抑制劑PF－HAB的膨潤(rùn)土的XRD衍射曲線見圖2。從圖2可知，PF－HAB能進(jìn)入膨潤(rùn)土的晶層，從而可以阻止水分的進(jìn)入，防止泥頁巖的膨脹。

1．3 界面張力測(cè)試

油水界面張力采用鉑金環(huán)法測(cè)試，油相采用煤油，試驗(yàn)采用ZLY－01F型自動(dòng)界面張力測(cè)定儀。圖3為不同加量時(shí)不同處理劑的油水界面張力測(cè)試結(jié)果，其中，F(xiàn)C、HAR、SD－905、SATRO、HDR為表面活性劑，UHIB為另一種聚胺抑制劑。從圖3可以看出，PF－HAB具有明顯的降低界面張力的能力。

1．4 防膨抑制性測(cè)試

選取聚胺抑制劑PF－HAB、UHIB和粘土穩(wěn)定劑HCS作為測(cè)試對(duì)象，作防膨抑制性實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)方法采用離心法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，單獨(dú)使用時(shí)相同加量條件下PF－HAB的防膨效果要好于聚胺抑制劑UHIB和粘土穩(wěn)定劑HCS。

圖2 吸附了PF－HAB的膨潤(rùn)土（MMT）XRD衍射曲線（MMT層間距為12．51。A，PF－HAB＋MMT層間距為14．00。A，PF－HAB＋MMT＋1%NaCl層間距為14．66。A，PF－HAB＋MMT＋1%KCl層間距為14．42。A，PF－HAB＋MMT＋0．2%CaCl2層間距為14．28。A）

圖3 不同加量時(shí)不同處理劑的油水界面張力測(cè)試結(jié)果

圖4 不同處理劑、不同加量時(shí)的防膨率關(guān)系圖

2 螯合劑優(yōu)選

完井液在作業(yè)中可能與地層水接觸，地層中的鈣、鎂等高價(jià)金屬離子在p H值大于7的條件下易形成沉淀而堵塞孔隙，造成固相損害，因此需要在完井液中加入適量的螯合劑對(duì)鈣、鎂等離子進(jìn)行螯合。通過對(duì)不同條件下鈣、鎂離子的螯合值的測(cè)試與分析選取鈣螯合值進(jìn)行螯合劑的優(yōu)選，鈣螯合值是指每克試樣螯合的碳酸鈣的毫克數(shù)，測(cè)試條件為p H值范圍7～9、溫度50～90℃。圖5為90℃時(shí)不同螯合劑在不同p H值條件下的鈣螯合值。經(jīng)過大量試驗(yàn)，所優(yōu)選出的螯合劑HTAAL在不同溫度和p H＝7～9條件下螯合能力最強(qiáng)。

圖5 90℃時(shí)不同螯合劑在不同p H值條件下的鈣螯合值測(cè)試結(jié)果

3 聚胺完井液配方研制及性能評(píng)價(jià)

3．1 配方研制

完井液一般由各種功能性處理劑如頁巖穩(wěn)定劑、金屬離子螯合劑、緩蝕劑、p H值調(diào)節(jié)劑、加重劑等復(fù)合配制而成，各種處理劑的配伍性是完井液開發(fā)的重點(diǎn)。PF－HAB為聚胺抑制劑，水溶液呈堿性，可作為p H值調(diào)節(jié)劑使用，同時(shí)還可作為頁巖抑制劑和降低油水界面張力的助排劑。聚胺抑制劑PF－HAB與篩選出的堿性螯合劑HTAAL以及緩蝕劑CA－101（海上完井液用緩蝕劑［10］）經(jīng)過反復(fù)多次的配伍性試驗(yàn)，最終研制出的聚胺完井液體系配方為：過濾海水＋1%PF－HAB＋0．5%HTAAL＋0．5%CA－101（加重到需要密度）。

3．2 基本性能評(píng)價(jià)

所研制的聚胺完井液基本性能見表1。從表1可以看出，聚胺完井液具有界面張力很低、防膨抑制性強(qiáng)、p H值中性或弱堿性等基本性能特點(diǎn)。

表1 所研制的聚胺完井液基本性能

3．3 儲(chǔ)層保護(hù)性能評(píng)價(jià)

按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T6540－2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》，采用巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置、高溫高壓動(dòng)損害實(shí)驗(yàn)儀等模擬鉆井條件，評(píng)價(jià)了所研制的聚胺完井液儲(chǔ)層保護(hù)效果，結(jié)果見表2。由表2可以看出，所研制的聚胺完井液巖心滲透率恢復(fù)值達(dá)到99．89%，具有很好的油氣層保護(hù)作用。

表2 所研制的聚胺完井液體系儲(chǔ)層保護(hù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3．4 防腐蝕試驗(yàn)

根據(jù)中國(guó)GB／10121－88《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》及中國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY 5273《油田注水緩蝕劑評(píng)定方法》，采用腐蝕失重法進(jìn)行防腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為采用N80鋼、溫度50℃、時(shí)間72 h，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，金屬掛片均勻腐蝕，無點(diǎn)蝕，計(jì)算獲得腐蝕速率小于0．076 mm／a，說明所研制的聚胺完井液具有良好的防腐蝕性能。

圖6 金屬掛片經(jīng)過聚胺完井液腐蝕試驗(yàn)后照片

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

LD32－2稠油油田位于渤海東部海域，主力油層為明化鎮(zhèn)組中高孔滲儲(chǔ)層，完井方式主要是裸眼篩管礫石充填。作業(yè)前，使用所研制的聚胺完井液污染LD32－2油田天然巖心，進(jìn)行滲透率恢復(fù)率試驗(yàn)，結(jié)果見表3。從表3數(shù)據(jù)來看，所研制的聚胺完井液體系對(duì)于LD32－2油田所取巖心儲(chǔ)層保護(hù)效果較好。

表3 LD32－2油田天然巖心聚胺完井液儲(chǔ)層保護(hù)試驗(yàn)結(jié)果

所研制的聚胺完井液在LD32－2油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的聚胺完井液性能見表4，可見現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試性能與室內(nèi)試驗(yàn)性能基本一致。該油田開發(fā)投產(chǎn)情況見圖7，實(shí)際產(chǎn)液量均高于產(chǎn)液量配產(chǎn)，說明所研制的聚胺完井液具有很好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。目前，所研制的聚胺完井液體系還在渤海SZ36－1、JZ25－1等油田完井作業(yè)中進(jìn)行了使用，開發(fā)投產(chǎn)效果均很好。

表4 所研制的聚胺完井液在LD32－2油田現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試結(jié)果

圖7 聚胺完井液在LD32－2油田使用后的開發(fā)投產(chǎn)情況

5 結(jié)論

（1）研制了一種以聚胺抑制劑PF－HAB為主劑的聚胺完井液。室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，聚胺抑制劑PF－HAB具有很好的粘土膨脹抑制性和降低油水界面張力能力，所研制的聚胺完井液呈弱堿性，油水界面張力低，具有較強(qiáng)的防膨能力、高價(jià)金屬離子螯合能力以及很好的儲(chǔ)層保護(hù)性能和防腐蝕性能。

（2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，所研制的聚胺完井液適用于酸敏性儲(chǔ)層、疏松砂巖儲(chǔ)層和低孔低滲儲(chǔ)層的完井作業(yè)，目前已在LD32－2、SZ36－1、JZ25－1等油田取得成功應(yīng)用，儲(chǔ)層保護(hù)效果好。

［1］ 李銀素，陳淑生．無固相完井液的研究與應(yīng)用［J］．中國(guó)海上油氣（工程），1991，3（2）：59－62．

［2］ 王昌軍，曾繁滌，向興金．隱形酸完井液體系的研究和應(yīng)用［J］．湖北化工，2000（2）：28－29．

［3］ 王昌軍，向興金，劉良躍，等．隱形酸完井液在綏中36－1油田的應(yīng)用［J］．鉆井液與完井液，2001，18（2）：36－38．

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［5］ 姜偉．加拿大稠油開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀及我國(guó)渤海稠油開發(fā)新技術(shù)應(yīng)用思考［J］．中國(guó)海上油氣，2006，18（4）：123－125．

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［7］ 羅健生，耿鐵，李自立，等．快吸附強(qiáng)抑制HEM鉆井液［J］．鉆井液與完井液，2011，28（3）：19－23．

［8］ 耿鐵，羅健生，徐博韜，等．快吸附、強(qiáng)抑制、低傷害的高效水基鉆井液：中國(guó)，200910238156．2［P］．2010－06－02．

［9］ 范白濤，張曉誠(chéng)，何瑞兵，等．一種海水基聚胺完井液及其制備方法：中國(guó)，201010542986．7［P］．2011－04－06．

［10］ 劉慧明．新型完井防腐抑制劑CA－101［J］．中國(guó)海上油氣（工程），1993，5（6）：54－57．

（編輯：孫豐成）

Research and application of polyamine completion fluids

Wang Jian Deng Yicheng Miao Hailong Hu Jinjun Geng Tie Luo Jiansheng Zhang Wei
（Oilfield Chemicals Department of China Offshore Service Limited，Hebei，065201）

A new system of solid free clean completion fluids was developed with the host agent polyamine inhibition——PF－HAB，which is named polyamine completion fluid．Lab research and the field application results show：polyamine inhibiter PF－HAB has strong ability to inhibit the clay swelling and reduce the oil／water interfacial tension；the polyamine completion fluids are characterized by weak alkaline，strong inhibition，low oil／water interfacial tension，strong antis welling ability and polyvalent ions chelating ability，and protection and corrosion control of the reservoir，so that they can be applied to the completion operations in the low－porosity and low－permeability reservoir，acid sensitive reservoir and loose sand reservoir．So far，the polyamine completion fluids have been used successfully in completion operations in the LD32－2，SZ36－1 and JZ25－1 oilfields，with excellent reservoir protection effect．

polyamine completion fluids；performance evaluation；field application；reservoir protection

王健，男，工程師，2007年畢業(yè)于天津大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，目前從事鉆完井液及儲(chǔ)層保護(hù)研究工作。地址：天津市紅橋區(qū)芥園道明華里17號(hào)樓A座503（郵編：300000）。

2011－11－03 改回日期：2012－03－01