南 閣，李建林，王昌軍

（長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州 434000）

隱形酸完井液由于其對(duì)高價(jià)金屬陽(yáng)離子的螯合作用，可以減少一般堿性工作液所出現(xiàn)的各種有機(jī)、無(wú)機(jī)的沉淀以及近井壁的屏蔽環(huán)。并且隱形酸完井液的酸性特質(zhì)可以使地層中一些酸溶性礦物和膠體產(chǎn)生溶蝕反應(yīng)，有利于改善儲(chǔ)層，提高油層滲透率，從而達(dá)到油井增產(chǎn)的效果[1，2]。隱形酸完井液已在國(guó)內(nèi)油田得到廣泛的應(yīng)用[3-5]，并取得了良好效果。而目前隱形酸加重劑大多是甲酸鹽[6-8]，在應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)產(chǎn)生大量CO的現(xiàn)象。CO具有毒性和可燃性，當(dāng)濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)危害到現(xiàn)場(chǎng)施工人員[9]，需研究出新型加重劑，從而對(duì)隱形酸完井液進(jìn)行優(yōu)化，解決現(xiàn)場(chǎng)井底產(chǎn)生CO問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器型號(hào)及名稱(chēng)

浮式密度計(jì)：分度值為0.001 g/mL；光電濁度計(jì)：WZT-2型或同類(lèi)型儀器；石油產(chǎn)品低溫性能測(cè)定儀：BLYF-1B型或其他同類(lèi)型儀器；溫度計(jì)：-50℃～50℃，0℃～100 ℃；循環(huán)水式真空泵：SHZ-D（III）型或其他同類(lèi)型儀器；布氏漏斗：100 mm；抽濾瓶：500 mL；六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)：ZNN-D6S型或同類(lèi)儀器；便攜式CO檢測(cè)儀；陳化釜（帶內(nèi)襯）：LHG-2A或其他同類(lèi)型儀器和高溫滾子加熱爐：XGRL-4A。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

氯化鈉（工業(yè)級(jí)）；甲酸鉀（工業(yè)級(jí)）；甲酸鈉（工業(yè)級(jí)）；黏土穩(wěn)定劑HCS；隱形酸螯合劑HTA；緩蝕劑CA101；W130-S等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 濁度測(cè)定方法 取適量試樣，用布氏漏斗在循環(huán)水式真空泵上進(jìn)行抽濾，收集濾液，按照光電濁度計(jì)的使用方法測(cè)定濾液及原液在室溫下的濁度。

1.3.2 完井液緩蝕性評(píng)價(jià)方法 按照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5329-94《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》對(duì)完井液的腐蝕性以及緩蝕劑性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)前，用砂紙逐級(jí)打磨N80鋼片至1000#，然后使用丙酮和無(wú)水乙醇進(jìn)行脫水脫脂，用冷風(fēng)吹干后進(jìn)行稱(chēng)重。每組實(shí)驗(yàn)平行試樣為3個(gè)。在泥漿老化罐內(nèi)分別倒入含緩蝕劑和不含緩蝕劑的腐蝕溶液，將試片懸掛于溶液中，在實(shí)驗(yàn)溫度分別為80℃、90℃和120℃下靜置48 h或72 h。根據(jù)試片失重計(jì)算腐蝕速率K，進(jìn)而計(jì)算緩蝕效率E。

其中：ΔG-試片的失重量，g；s-試片的表面積，m2，t-實(shí)驗(yàn)時(shí)間，h；ρ-金屬材料的密度，g/cm3，碳鋼的密度為7.85 g/cm3；K、K'-含緩蝕劑、不含緩蝕劑時(shí)試片在完井液中的腐蝕速率，mm/a。

1.3.3 完井液防膨性能評(píng)價(jià)方法 篩取通過(guò)100目但不通過(guò)200目篩的膨潤(rùn)土粉，放入電熱恒溫箱烘干備用，取一定量的完井液配成1%的溶液。稱(chēng)取0.50 g烘干后的膨潤(rùn)土粉，裝入10 mL離心管，加入配好的抑制劑溶液，充分搖勻，靜置2 h，裝入離心機(jī)，在1 500 r/min轉(zhuǎn)速條件下離心15 min，讀出膨潤(rùn)土體積V1。分別用煤油和自來(lái)水代替抑制劑溶液，重復(fù)第3步操作，記錄膨潤(rùn)土體積V0和V2。按照防膨率計(jì)算公式：

計(jì)算防膨率。

式中：B1-防膨率，%；V0-膨潤(rùn)土在煤油中的體積，mL；V1-膨潤(rùn)土在抑制劑中的膨脹體積，mL；V2-膨潤(rùn)土在水中的體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 甲酸鹽溶液熱解產(chǎn)生CO機(jī)理分析

室內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配方對(duì)產(chǎn)生CO原因進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)按配方配制隱形酸完井液并用甲酸鹽加重，130℃老化16 h后測(cè)所產(chǎn)生CO濃度，結(jié)果（見(jiàn)圖1）。

圖1 不同甲酸鹽加重劑老化后產(chǎn)生CO濃度Fig.1 CO concentration after aging of different formate weighting agents

由圖1可見(jiàn)，甲酸鈉和甲酸鉀溶液在130℃老化后都會(huì)產(chǎn)生CO氣體，而且甲酸鈉溶液產(chǎn)生CO更多。并且甲酸鹽溶液在加入其他處理劑后，產(chǎn)生的CO量更大，說(shuō)明處理劑對(duì)甲酸鹽產(chǎn)生CO有一定的催化作用，其中以HTA催化效果最為明顯。即可推斷甲酸鹽是現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生CO的主要原因。

經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研，甲酸鹽溶液熱分解已經(jīng)做了許多研究[10-12]。甲酸鹽的分解主要分為兩步，以甲酸鈉為例：

由于兩個(gè)反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，（1）（2）反應(yīng)的逆反應(yīng)可用于制備甲酸鈉，反應(yīng)條件也比較容易達(dá)到，其中反應(yīng)（1）溫度為93℃、壓力為1.5 MPa，同樣，在一定溫度和壓強(qiáng)情況下，反應(yīng)（2）也可以發(fā)生。所以說(shuō)明甲酸鈉溶液在該條件下能夠分解并產(chǎn)生CO。

2.2 W130-S理化性能分析

分別配制密度為1.304 g/cm3W130-S、甲酸鈉、甲酸鉀溶液，參照上述濁度測(cè)定方法以及GB/T3535-2006《石油產(chǎn)品傾點(diǎn)測(cè)定方法》測(cè)試各項(xiàng)理化性能，將理化性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果（見(jiàn)表1）。

由表1可知，W130-S溶液與甲酸鈉和甲酸鉀等常用于隱形酸完井液無(wú)固相加重劑溶液理化性能相差較小?？梢哉f(shuō)明W130-S可以滿足作為隱形酸完井液加重劑基礎(chǔ)性能要求。

2.3 W130-S配伍性研究

實(shí)驗(yàn)室根據(jù)隱形酸完井液配方，向密度為1.30 g/cm3W130-S鹽水中逐步加入隱形酸螯合劑HTA、黏土穩(wěn)定劑HCS和緩蝕劑CA101并在室溫測(cè)量其pH和濁度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表2）。

由表2可知，在向W130-S鹽水中加入隱形酸螯合劑HTA、黏土穩(wěn)定劑HCS后性能變化較小，繼續(xù)加入緩蝕劑CA101后變化較大，但仍小于濁度的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。說(shuō)明無(wú)固相加重劑W130-S與隱形酸HTA、黏土穩(wěn)定劑HCS和緩蝕劑CA101配伍性良好，能夠滿足該體系要求。

2.4 W130-S鹽水完井液性能評(píng)價(jià)

2.4.1 W130-S鹽水完井液防膨性評(píng)價(jià) 根據(jù)完井液配方，使用W130-S加重配制不同密度的隱形酸完井液。并根據(jù)上述防膨性能評(píng)價(jià)方法測(cè)量膨潤(rùn)土在不同密度下的隱形酸完井液中的防膨效果，結(jié)果（見(jiàn)表3）。

由表3可知，用W130-S加重的不同密度下的隱形酸完井液的防膨率都在80%以上，說(shuō)明W130-S所配制隱形酸完井液防膨性能優(yōu)異，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

2.4.2 W130-S隱形酸完井液緩蝕性評(píng)價(jià) 實(shí)驗(yàn)利用N80鋼片，參照上述完井液緩蝕性評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)了W130-S所配成密度為1.30 g/cm3隱形酸完井液的腐蝕速率，該實(shí)驗(yàn)條件為80℃靜止48 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表4）。

由表4可知，無(wú)固相加重劑W130-S所配成的隱形酸完井液對(duì)N80鋼片腐蝕速率為0.039 7 mm/a，該腐蝕速率遠(yuǎn)小于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)0.076 mm/a；腐蝕實(shí)驗(yàn)進(jìn)行48 h后鋼片仍然均勻光亮，說(shuō)明該隱形酸完井液緩蝕性優(yōu)良。

表1 無(wú)固相加重劑W130-S理化性能Tab.1 Physical and chemical properties of solid-free weighting agent W130-S

表2 W130-S與隱形酸配伍性能Tab.2 Compatibility of W130-S with stealth acid

表3 不同密度的W130-S隱形酸完井液防膨效果Tab.3 Anti-swelling effect of different density W130-S implicit acid completion fluid

表4 W130-S隱形酸完井液腐蝕性與緩蝕效果Tab.4 Corrosion inhibition effect of W130-S implicit acid completion fluid

表5 不同加重劑的完井液儲(chǔ)層保護(hù)效果Tab.5 Protective effect of completion fluid reservoirs with different weighting agents

2.4.3 W130-S隱形酸完井液儲(chǔ)層保護(hù)性評(píng)價(jià) 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備一定滲透率大小的人造巖心，參照石油天然氣行業(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》，評(píng)價(jià)不同無(wú)固相加重劑所配成的隱形酸完井液的儲(chǔ)層保護(hù)效果。將巖心測(cè)直徑和長(zhǎng)度，然后放到烘箱中105℃恒溫，直到巖樣恒重，待冷卻稱(chēng)重，放入干燥器保存以待用。用煤油正向測(cè)定巖心油相滲透率K0，再在溫度80℃，壓力3.5 MPa，用完井液反向污染時(shí)間2 h，最后測(cè)定污染后的巖心油相滲透率K1，計(jì)算巖心滲透率恢復(fù)值K1/K0，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表5）。

結(jié)果表明，無(wú)固相加重劑W130-S所配成的完井液污染巖心2 h后，滲透率恢復(fù)值與甲酸鉀、甲酸鈉的滲透率恢復(fù)值相差不大，均能達(dá)到90%以上，說(shuō)明其儲(chǔ)層保護(hù)性能良好。

2.5 W130-S隱形酸完井液生成CO濃度測(cè)評(píng)

實(shí)驗(yàn)室按照配方分別配制以甲酸鉀、甲酸鈉、W130-S為無(wú)固相加重劑的隱形酸完井液，加重劑的加量均為40%，在130℃條件下熱滾16 h，冷卻開(kāi)罐。將便攜式CO檢測(cè)儀放在罐口檢測(cè)，結(jié)果（見(jiàn)圖2）。

圖2 不同加重劑所配隱形酸完井液熱滾后產(chǎn)生COFig.2 CO concentration after hot rolling of the different completion fluid

由圖2可知：在加入體積分?jǐn)?shù)均為40%的無(wú)固相加重劑配成的隱形酸完井液，經(jīng)過(guò)老化之后，甲酸鹽分解產(chǎn)生的CO的量遠(yuǎn)大于W130-S，并且W130-S產(chǎn)生CO非常少。所以該試劑可以用于代替甲酸鹽在用于隱形酸完井液的加重劑來(lái)解決現(xiàn)場(chǎng)甲酸鹽產(chǎn)生CO的問(wèn)題。

3 結(jié)論

（1）甲酸鈉和甲酸鉀等甲酸鹽加重劑在隱形酸完井液應(yīng)用中當(dāng)?shù)貙訙囟瘸^(guò)130℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量一氧化碳有毒氣體，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行。

（2）W130-S各項(xiàng)理化性能與甲酸鹽差別不大，滿足工業(yè)要求，且與隱形酸完井液所應(yīng)用試劑配伍性良好?？纱婕姿猁}在隱形酸完井液中作為無(wú)固相加重劑使用。

（3）利用W130-S所配制成的新的隱形酸完井液，緩蝕性好，儲(chǔ)層保護(hù)性能優(yōu)良，且不產(chǎn)生CO，可用于解決該甲酸鹽隱形酸完井液熱分解產(chǎn)生CO的問(wèn)題。