張忠亮

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北 廊坊 065201)

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高溫超高密度有固相完井液體系室內(nèi)研究

張忠亮

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北 廊坊 065201)

隨著勘探開(kāi)發(fā)的深入，溫度壓力不斷的上升，傳統(tǒng)的完井液已經(jīng)無(wú)法滿足作業(yè)需求，針對(duì)密度達(dá)到2.4g/cm3以上的完井液體系，通常采用的甲酸銫完井液，其高昂的成本是各大石油公司所不能接受的。調(diào)研后對(duì)現(xiàn)有的完井液進(jìn)行分析，室內(nèi)對(duì)抗高溫超高密度無(wú)固相完井液進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究，開(kāi)發(fā)出一套抗溫達(dá)180℃密度可至2.4g/cm3無(wú)土相有固相的完井液體系，其主要特點(diǎn)是：無(wú)黏土、無(wú)惰性加重劑(如重晶石)，酸溶性、熱穩(wěn)定性好，抑制性、抗污染能力強(qiáng)，油氣層保護(hù)效果好、密度調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單范圍廣。

高溫超高密度；完井液；無(wú)土相；可酸溶；穩(wěn)定性；儲(chǔ)層保護(hù)

勘探開(kāi)發(fā)井的完井要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的可溶性鹽完井液已經(jīng)無(wú)法滿足作業(yè)需求，行業(yè)急需一種配方簡(jiǎn)單、成本低廉的完井液[1～5]。從此問(wèn)題切入，本著儲(chǔ)層保護(hù)為原則的理念，開(kāi)發(fā)了一套使用海水配制的抗高溫有固相完井液體系。經(jīng)過(guò)室內(nèi)的性能評(píng)價(jià)，各項(xiàng)指標(biāo)都具有良好的效果。

1 室內(nèi)配方構(gòu)建

1.1 固體加重劑及加重方式選擇

對(duì)于完井液的加重，為了最大限度地減小固相，常使用可溶解性鹽配合可酸溶的加重材料，常見(jiàn)的加重材料鈦鐵礦粉和方鉛礦粉的自身密度雖然很高，但是成本也比較高；石灰石粉的自身密度較??；重晶石不能酸溶；鐵礦粉的價(jià)格相對(duì)較低，而其自身密度也較大[6～9]。綜合考慮各種因素的影響，高溫高密度有固相完井液體系選擇使用可溶性鹽與有固相加重劑(鐵礦粉)聯(lián)合加重的方式。

1.2 處理劑的優(yōu)選

1.2.1 增黏劑的優(yōu)選

高溫高密度固相完井液中固相含量往往很高，要求體系具有良好的懸浮穩(wěn)定性，所以需要在體系中引入性能優(yōu)良的增黏劑，提高體系黏度的同時(shí)增強(qiáng)體系懸浮固相顆粒的能力，同時(shí)也要具備較強(qiáng)的抗鹽能力，良好的觸變能力，以保證井下作業(yè)的安全。

試驗(yàn)基礎(chǔ)配方：海水+增黏劑HZN-T+0.2%純堿+復(fù)合鹽(加重至1.70g/cm3)+2%分散劑HFS-2+1%除氧劑HST+鐵礦粉(加重至2.40g/cm3)(配方中百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。表1為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增黏劑HZN-T對(duì)體系性能的影響?？梢钥闯觯鲳〩ZN-T質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～1.2%時(shí)，使用復(fù)合鹽加重至1.70g/cm3，再用鐵礦粉加重至2.40g/cm3的配方性能較好。老化前后流變性(表2)均能滿足要求，靜置72h后上下密度差較小，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。

1.2.2 緩蝕劑的優(yōu)選

由于該完井液的加重材料選用的是可溶解性鹽和鐵礦粉聯(lián)合加重，鹽對(duì)金屬的腐蝕性很強(qiáng)，如果不加入緩蝕劑，完井液將對(duì)井下金屬類(lèi)的工具造成嚴(yán)重的腐蝕。室內(nèi)在體系中沒(méi)有加入緩蝕劑時(shí)測(cè)得的腐蝕速率為6.783mm/a，因此在完井液中加入緩蝕劑，控制其腐蝕性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯觯诟g溫度180℃、腐蝕時(shí)間72h條件下，該完井液中加入2%HSL+0.5%HLN，其腐蝕速率為0.063mm/a，小于完井液腐蝕速率為0.076mm/a的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 增黏劑HZN-T對(duì)體系性能的影響

注1：μa為表觀黏度；μp為塑性黏度；τd為動(dòng)切力；Nφ6、Nφ3分別為六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6、3r/min對(duì)應(yīng)的讀值。下同。

注2：老化條件為180℃；測(cè)試溫度為50℃；密度靜置72h后測(cè)試。下同。

表2 加入1.2%增黏劑HZN-T后的體系性能

注：ρ為密度；Δρ為密度差。

表3 緩蝕劑的優(yōu)選

注：試驗(yàn)條件為180℃×72h。

經(jīng)過(guò)處理劑優(yōu)選之后，確定體系配方為：海水+0.2%純堿+(1.0～1.2)%增黏劑HZN-T+2%分散劑HFS-2+1%除氧劑HST+1%防水鎖劑HAR-D+2%緩蝕劑HSL+0.5%緩蝕劑HLN+復(fù)合鹽(加重至1.70g/cm3)+鐵礦粉(加重至2.40g/cm3)。

2 體系綜合性能評(píng)價(jià)

試驗(yàn)配方：海水+0.2%純堿+(1.0%～1.2%)增黏劑HZN-T+2%分散劑HFS-2+1%除氧劑HST+1%防水鎖劑HAR-D+2%緩蝕劑HSL+0.5%緩蝕劑HLN+復(fù)合鹽(加重至1.70g/cm3)+鐵礦粉(加重至2.40g/cm3)。

2.1 酸溶性評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示，可以看出當(dāng)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15%，體積大于50mL，反應(yīng)時(shí)間為16h時(shí)，酸溶率在95%以上，說(shuō)明體系具有較好的酸溶性。

表4 酸溶性評(píng)價(jià)

2.2 沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示，體系在靜置72h后上下層密度差以及沉降因子均較低，說(shuō)明體系具有較好的靜態(tài)沉降穩(wěn)定性。

表5 沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

表6 腐蝕性評(píng)價(jià)

注：腐蝕周期為72h；鋼片材質(zhì)為N80。

2.3 腐蝕性評(píng)價(jià)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示，完井液體系在160～180℃的腐蝕速率比較小，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求(<0.076mm/a)。室內(nèi)鋼片防腐蝕效果如圖1所示，鋼片腐蝕性比較小，鋼片表面未出現(xiàn)明顯的蝕點(diǎn)。

2.4 儲(chǔ)層保護(hù)評(píng)價(jià)

取2塊天然巖心進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)試驗(yàn)，先用完井液污染巖心然后用酸溶，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。其滲透率恢復(fù)率達(dá)到94%以上，說(shuō)明完井液體系具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)性能。

3 結(jié)論

1)根據(jù)完井液設(shè)計(jì)的基本原則，構(gòu)建了海水高溫超高密度有固相完井液體系。

2)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、價(jià)格等因素的影響，選擇了使用可溶性鹽(復(fù)合鹽)與固相加重劑(鐵礦粉)聯(lián)合的加重方式。

3)確定了高溫高密度有固相完井液體系的配方為：海水+0.2%純堿+(1.0～1.2)%增黏劑HZN-T+2%分散劑HFS-2+1%除氧劑HST+1%防水鎖劑HAR-D+2%緩蝕劑HSL+0.5%緩蝕劑HLN+復(fù)合鹽(加重至1.70g/cm3)+鐵礦粉(加重至2.40g/cm3)。

4)對(duì)高溫高密度有固相完井液體系進(jìn)行了綜合性能的評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該完井液體系具有較好酸溶性、熱穩(wěn)定性、沉降穩(wěn)定性、抑制性以及較小的腐蝕性，并且對(duì)儲(chǔ)層天然巖心的污染較小，具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)性能。

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[編輯] 帥群

2016-10-20

張忠亮(1983-)，男，工程師，主要從事鉆、完井液等方面科研工作，zhangzhl6@cosl.com.cn。

TE254

A

1673-1409(2016)35-0080-04

[引著格式]張忠亮.高溫超高密度有固相完井液體系室內(nèi)研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(35):80～83.