劉菊泉(西南石油大學(xué)研究生學(xué)院，四川 成都 610500)

于立松(中國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京 100034)

劉平江(渤海鉆探工程公司第五鉆井分公司，河北 河間 062450)

張永斌，趙 煊，嚴(yán)成云(青海油田天然氣開發(fā)公司，青海 格爾木 816000)

清潔鹽水完井液中抗高溫保護(hù)劑的作用研究

劉菊泉(西南石油大學(xué)研究生學(xué)院，四川 成都 610500)

于立松(中國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京 100034)

劉平江(渤海鉆探工程公司第五鉆井分公司，河北 河間 062450)

張永斌，趙 煊，嚴(yán)成云(青海油田天然氣開發(fā)公司，青海 格爾木 816000)

室內(nèi)復(fù)配出了一種抗高溫保護(hù)劑HTS，該處理劑由3種單劑組成，其主要成分是一種改性樹脂。該處理劑易溶于水、抗鹽抗鈣能力強(qiáng)。室內(nèi)評(píng)價(jià)了增粘劑XC的抗溫性、HTS對(duì)XC等增粘劑的水溶液和鹽水溶液(NaCl、CaCl2及NaCOOH)的高溫保護(hù)作用。結(jié)果表明，含有HTS的清潔鹽水完井液抗溫性強(qiáng)、儲(chǔ)層保護(hù)效果好，有著很強(qiáng)的推廣應(yīng)用前景。

清潔鹽水；完井液；抗高溫保護(hù)劑；增粘劑

鉆井液與完井液中的很多處理劑是有機(jī)物，它們大部分是高分子物質(zhì)，如增粘劑(如XC、HEC、PF-VIS)、降濾失劑(如CMC、PAC)、包被劑(如FA367)等。這些有機(jī)高分子物質(zhì)在長(zhǎng)期的高溫作用下容易發(fā)生降解。高溫降解包括高分子化合物的主鏈斷裂和親水基團(tuán)與主鏈連接鍵斷裂2種情況。前一種情況會(huì)降低處理劑的相對(duì)分子質(zhì)量，失去高分子化合物的特性，如表觀粘度大大減小；后一種情況則會(huì)降低處理劑的親水性，使其抗鹽、抗鈣能力減弱[1]。隨著深井、超深井的不斷開發(fā)，對(duì)鉆井液完井液的抗溫要求越來(lái)越高。提高鉆井液完井液抗溫性的措施是：一方面，使用本身能抗高溫的處理劑(如抗高溫增粘劑、抗高溫稀釋劑、抗高溫降濾失劑)；另一方面，在體系中加入能夠提高其他處理劑抗溫能力的專用處理劑——抗高溫保護(hù)劑。

抗高溫保護(hù)劑，是指以改善聚合物熱穩(wěn)定性為目的的添加劑，用它來(lái)提高體系的抗溫性以保持體系在高溫時(shí)仍具有優(yōu)良性能并能降低塑性粘度及動(dòng)切力[2]。不同的學(xué)者對(duì)之有不同的稱呼，其他常見的稱呼有：溫度穩(wěn)定劑、高溫穩(wěn)定劑、高溫保護(hù)劑等。

為了提高鉆井液完井液中有機(jī)處理劑的抗溫性能，國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)了大量抗高溫保護(hù)劑。國(guó)外的抗高溫保護(hù)劑主要有鉻褐煤、SSMA1000、磺化聚合物、黑色素衍生物的共聚物等。國(guó)內(nèi)方面，有Na2Cr2O7(或K2Cr2O7)、葡萄糖酸、沒食子酸、檸檬酸、酒石酸或這些酸和鹽的混合物，以及除氧劑(如Na2SO3)和殺菌劑等；另外，相關(guān)文獻(xiàn)[3-7]報(bào)道過(guò)HD-1、SS-01、GBH、HT-1及YGB-1等抗高溫保護(hù)劑。這些處理劑都能提高體系的抗溫性能，主要應(yīng)用在含膨潤(rùn)土的水基鉆井液體系。

石油工業(yè)界在生產(chǎn)井中通常使用鹽水溶液作為完井液[8]。清潔鹽水完井液主要由“鹽 + 增粘降濾失劑”組成，體系不含膨潤(rùn)土和其他人為加入的固相(如重晶石)，能大大降低固相損害和水敏損害[9]，是完井液(如射孔液、修井液、封隔液)中應(yīng)用最廣泛的一種體系。

增粘劑的降解，導(dǎo)致體系性能遭到破壞，這將對(duì)各種完井作業(yè)造成不利影響，最終損害儲(chǔ)層。提高鹽水中增粘劑的抗溫性能是一個(gè)舉足輕重的問題。

針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)眾多抗高溫保護(hù)劑在清潔鹽水中的應(yīng)用局限性現(xiàn)狀，探索研究出一種適合在清潔鹽水完井液中應(yīng)用的抗高溫保護(hù)劑有著非常重要的意義。

1 抗高溫保護(hù)劑HTS

室內(nèi)復(fù)配出了一種抗高溫保護(hù)劑HTS，該處理劑由3種單劑組成，其主要成分是一種改性樹脂。HTS有以下特點(diǎn)：①水溶性很好，其水溶液的pH約為11(加量3%左右)，滿足鉆井液與完井液要求較強(qiáng)堿性的要求；②抗溫能力強(qiáng)，能抗200℃的高溫而不發(fā)生分解；③不增粘(加量5%的情況)、熱滾后其粘度也不增加；④與各種處理劑配伍性好，抗鹽抗鈣能力強(qiáng)；⑤不含任何重金屬離子，既不傷害人體，也不污染環(huán)境。

2 室內(nèi)評(píng)價(jià)

下面筆者在室內(nèi)評(píng)價(jià)HTS對(duì)XC等增粘劑的水溶液、鹽水(NaCl、CaCl2或NaCOOH)的高溫保護(hù)作用。所用XC和CMC由新疆福利精細(xì)化工廠提供，PF-VIS由荊州嘉華科技有限公司提供，NaCl、CaCl2和NaCOOH都是分析純，是成都科龍化工試劑廠的產(chǎn)品。

2.1XC的抗溫性評(píng)價(jià)

表1 XC純水溶液的抗溫性

筆者在室內(nèi)評(píng)價(jià)了XC純水溶液的抗溫性，XC的加量均為0.6%。對(duì)熱滾前、熱滾后溶液的AV(表觀粘度)進(jìn)行了測(cè)量，并用“AV保持量”來(lái)評(píng)價(jià)XC的抗溫情況，見表1。分析表1可知，隨著熱滾溫度的升高，XC溶液的AV保持量逐漸減小。當(dāng)熱滾條件分別是120℃×24h和130℃×24h時(shí)，XC溶液的AV保持量?jī)H為6.7%和2.3%。說(shuō)明溫度越高，XC降解越多。因此要提高XC的抗溫能力，必須加入抗高溫保護(hù)劑。

2.2HTS對(duì)增粘劑純水溶液的高溫保護(hù)

表2 HTS對(duì)增粘劑純水溶液的高溫保護(hù)

在熱滾條件120℃×16h下室內(nèi)評(píng)價(jià)了抗高溫保護(hù)劑HTS對(duì)XC、CMC及PF-VIS等3種增粘劑的高溫保護(hù)作用，見表2。由表2可知，XC、CMC及PF-VIS等3種增粘劑的純水溶液在熱滾后，其表觀粘度普遍大幅度下降，喪失應(yīng)有的增粘性能；而加有一定HTS后，熱滾后的溶液粘度保持在一個(gè)可觀的數(shù)值上。HTS對(duì)XC、CMC及PF-VIS等3種增粘劑的純水溶液有很強(qiáng)的高溫保護(hù)作用。

2.3基液中HTS對(duì)增粘劑的高溫保護(hù)

“基液”是指“清潔鹽水完井液基液”，具體指在國(guó)內(nèi)完井液中廣泛應(yīng)用的NaCl、CaCl2及NaCOOH鹽水。

表3 NaCl鹽水中HTS對(duì)增粘劑的高溫保護(hù)

1)NaCl 以NaCl為加重劑的鹽水常用作完井液。在熱滾條件120℃×16h下評(píng)價(jià)了NaCl鹽水中HTS對(duì)XC、CMC及PF-VIS的高溫保護(hù)作用，結(jié)果見表3。

2)CaCl2CaCl2鹽水體系也是一種常用的完井液體系，使用CaCl2能夠配制密度高達(dá)1.40g/cm3左右的完井液。在熱滾條件120℃×16h下分別評(píng)價(jià)了CaCl2鹽水中HTS對(duì)XC、PF-VIS的高溫保護(hù)作用，結(jié)果如表4所示。分析表3和表4結(jié)果可得，不論是NaCl鹽水中XC、CMC或PF-VIS，還是CaCl2鹽水中XC或PF-VIS，HTS都對(duì)其起到了良好的高溫保護(hù)作用。

表4 CaCl2鹽水中HTS對(duì)增粘劑的高溫保護(hù)

3)NaCOOH 近年來(lái)，用甲酸鹽(NaCOOH、KCOOH、CsCOOH等)配制的完井液收到了很好的儲(chǔ)層保護(hù)效果，其中NaCOOH的應(yīng)用最廣。甲酸鹽水能減緩許多調(diào)稠劑和降失水劑在高溫高壓下的水解和氧化速度，從而增強(qiáng)其高溫穩(wěn)定性[9]。在熱滾條件120℃×16h下分別評(píng)價(jià)了HTS對(duì)NaCOOH鹽水中XC和PF-VIS的高溫保護(hù)作用，見表5。分析表5數(shù)據(jù)可得，甲酸鹽水抑制聚合物降解的作用是有限的，添加HTS后，聚合物(XC、PF-VIS)的降解速度得到了減緩。NaCOOH鹽水中HTS也能起高溫保護(hù)作用。

表5 NaCOOH鹽水中HTS對(duì)增粘劑的高溫保護(hù)

3 結(jié) 論

1)隨著熱滾溫度的升高，XC降解的程度越來(lái)越大。無(wú)固相清潔鹽水完井液在高溫環(huán)境下應(yīng)用時(shí)需要專門的抗高溫保護(hù)劑對(duì)增粘劑進(jìn)行高溫保護(hù)。

2)不論是純水溶液，還是NaCl鹽水中，抗高溫保護(hù)劑HTS對(duì)XC、CMC及PF-VIS等增粘劑均有良好的高溫保護(hù)作用。在CaCl2及NaCOOH鹽水中，抗高溫保護(hù)劑HTS能對(duì)增粘劑XC和PF-VIS起到良好的高溫保護(hù)作用。

3)抗高溫保護(hù)劑HTS易溶于水，抗鹽抗鈣能力強(qiáng)，對(duì)NaCl、CaCl2及NaCOOH鹽水中各種增粘劑抗高溫保護(hù)作用強(qiáng)，在無(wú)固相清潔鹽水中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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[編輯] 洪云飛

TE254.3

A

1673-1409(2012)05-N093-03

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.05.030

2012-02-12

劉菊泉(1982-)，男，2007年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事儲(chǔ)層保護(hù)和完井液方面的研究工作。