王有偉，馮穎韜，張 浩，溫達(dá)洋，崔 策，黃 峰，田 進(jìn)

（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）

隨著油氣資源勘探向深部地層挺進(jìn)，高溫高壓井鉆遇情況日益增多，這對(duì)鉆井液、沖洗液、隔離液、水泥漿等入井流體提出了嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)[1-3]。高溫高壓井況一方面造成鉆井液在井壁巖石上形成厚虛泥餅，影響固井二界面膠結(jié)質(zhì)量，另一方面引起水泥漿稠化時(shí)間縮短，影響施工安全，因此需要隔離液來清除井壁虛泥餅和隔離鉆井液與水泥漿[4]。目前國(guó)內(nèi)科研人員采用天然礦物、懸浮穩(wěn)定劑構(gòu)建出可抗180 ℃、密度為2.4 g/cm3的隔離液體系，該體系流變性好、相容性優(yōu)異[5-6]；國(guó)外DOAN A 等[7]以一種新型延遲水化的高溫懸浮穩(wěn)定劑為核心材料構(gòu)建出耐溫可達(dá)204 ℃的隔離液體系，該體系具有良好的穩(wěn)定性、潤(rùn)濕性和相容性。針對(duì)常規(guī)隔離液在高溫條件下流變性能惡化、沉降穩(wěn)定性差、與鉆井液和水泥漿相容性較差的難題，筆者研制出一種可抗230 ℃的抗高溫水基隔離液體系，其各項(xiàng)性能均能滿足作業(yè)需求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

無機(jī)懸浮穩(wěn)定劑SA-WJ、抗高溫降失水劑FLHT-1、有機(jī)懸浮穩(wěn)定劑SA-YJ、流型調(diào)節(jié)劑FS，均自制；消泡劑C-DF60L、重晶石、自制鉆井液、自制水泥漿，均產(chǎn)自藍(lán)海博達(dá)科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

電子天平、瓦楞攪拌器、FANN 35 旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、加壓密度計(jì)、高溫滾子加熱爐、失水儀、量筒、水浴箱、錢德勒7500 型高溫高壓流變儀、錢德勒高溫高壓雙釜稠化儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

制備隔離液：稱量一定量的水，隨后按照配方依次加入消泡劑C-DF60L、無機(jī)懸浮穩(wěn)定劑SA-WJ、抗高溫降失水劑FLHT-1、有機(jī)懸浮穩(wěn)定劑SA-YJ、重晶石等材料，在攪拌速率4 000 r/min 下攪拌15 min，即可配制出所需隔離液體系。

性能測(cè)試：按照API RP 10B-2 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試隔離液流變、失水等性能，并考察隔離液與鉆井液、水泥漿的相容性。

2 抗高溫水基隔離液體系的研制

抗高溫水基隔離液體系通常多由懸浮穩(wěn)定材料、控制失水材料、提高沖洗效率的表面活性劑以及調(diào)節(jié)密度的加重材料構(gòu)成[8]。面對(duì)高溫和超高溫井下環(huán)境，常規(guī)懸浮穩(wěn)定材料極易受熱分解，影響體系穩(wěn)定性，其耐溫性能直接關(guān)系到抗高溫水基隔離液體系的性能[9-10]。通過研制耐溫性能優(yōu)良的無機(jī)懸浮穩(wěn)定劑、有機(jī)懸浮穩(wěn)定劑、抗高溫降失水劑、流型調(diào)節(jié)劑等材料，構(gòu)建出了一套性能優(yōu)異的抗高溫水基隔離液體系。

2.1 無機(jī)懸浮穩(wěn)定劑

通過對(duì)無機(jī)礦物改性，研制出一種耐高溫?zé)o機(jī)懸浮穩(wěn)定劑SA-WJ，解決了無機(jī)礦物因高溫鈍化產(chǎn)生的高溫變稀和高溫增稠問題。室內(nèi)評(píng)價(jià)了其加量對(duì)體系流變、失水、穩(wěn)定性等能的影響。

配方：100%淡水+0.2%C-DF60L+X%SA-WJ+重晶石。

從表1 數(shù)據(jù)可知，隨著SA-WJ 加量在體系中增加，體系黏度能夠快速增加、失水量和自由水大幅下降，可見SA-WJ 能夠提高體系黏度，降低失水量，增加體系穩(wěn)定性。

表1 無機(jī)懸浮穩(wěn)定劑SA-WJ 加量對(duì)體系性能的影響

2.2 抗高溫降失水劑

抗高溫降失水劑一般多為AMPS 共聚物類降失水劑，該類抗高溫降失水劑通過設(shè)計(jì)分子鏈段構(gòu)成和引入功能性基團(tuán)，極大地提高了自身抗溫性能和控失水效果，同時(shí)也提高了抗污染、抗鹽性能。因此，選取三種AMPS 類抗高溫降失水劑對(duì)比其控失水效果（圖1）。

圖1 抗高溫降失水劑類型和加量對(duì)控失水性能的影響

配方：100%淡水+0.2%C-DF60L+2.0%SA-WJ+0.5%抗高溫降失水劑+重晶石，老化條件：210 ℃、6 h，失水測(cè)試條件：6.89 MPa、30 min。

由圖1 可知，相比另外兩種抗高溫降失水劑，抗高溫降失水劑FLHT-1 控失水效果最好。因此，暫選FLHT-1 做抗高溫水基隔離液體系用抗高溫降失水劑，并進(jìn)一步考察其加量對(duì)控失水效果的影響。隨著FLHT-1 加量增加，失水量快速降低，控失水效果優(yōu)異。

2.3 有機(jī)懸浮穩(wěn)定劑

高溫、超高溫會(huì)造成體系中聚合物類外加劑失效，導(dǎo)致體系變稀，沉降穩(wěn)定性變差，造成加重材料沉降，因此，室內(nèi)研制出一種新型耐高溫有機(jī)懸浮穩(wěn)定劑SA-YJ 來提高體系在高溫條件下的穩(wěn)定性。采用錢德勒7500 型高溫高壓流變儀評(píng)價(jià)加入了SA-YJ 的抗高溫水基隔離液體系流變性能（圖2）。

圖2 加入SA-YJ 的抗高溫水基隔離液體系黏度隨溫度變化

配方：100%淡水+0.2%C-DF60L+1.0%SA-WJ+0.5%FLHT-1+0.5%SA-YJ+重晶石。

由圖2 可知，隨著養(yǎng)護(hù)溫度升高至210 ℃，體系黏度先升高后維持穩(wěn)定，隨著養(yǎng)護(hù)溫度降低，體系黏度隨之增加?？梢姡摬牧铣跏技尤霑r(shí)體系黏度不變，不會(huì)對(duì)混配造成影響，能夠在210 ℃條件下保持體系穩(wěn)定，且在溫度降低后具有增黏特性，能夠保持體系穩(wěn)定。

2.4 流型調(diào)節(jié)劑

為了平衡井底壓力，抗高溫水基隔離液體系采用重晶石、鐵礦粉等加重材料來提高自身密度，高密度抗高溫水基隔離液體系會(huì)因高固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)而造成流變性調(diào)節(jié)困難，因此研制出一種流型調(diào)節(jié)劑FS 有效改善體系的流變性能。

配方：100%淡水+0.2%C-DF60L+1.0%SA-WJ+0.5%FLHT-1+0.5%SA-YJ+X%FS+重晶石。

由表2 數(shù)據(jù)可知，老化前后，隨著流型調(diào)節(jié)劑FS加量增加，體系流變讀數(shù)降低，流型調(diào)節(jié)劑FS 起到調(diào)節(jié)體系流變性能的作用。

表2 流型調(diào)節(jié)劑FS 對(duì)抗高溫水基隔離液體系流變性能的影響

3 抗高溫水基隔離液體系性能評(píng)價(jià)

3.1 基本性能

采用無機(jī)懸浮穩(wěn)定劑SA-WJ、抗高溫降失水劑FLHT-1、有機(jī)懸浮穩(wěn)定劑SA-YJ、流型調(diào)節(jié)劑FS 構(gòu)建了一套密度為1.8 g/cm3的抗高溫水基隔離液體系，室內(nèi)評(píng)價(jià)了該體系的流變性能、失水量、自由水等基本性能（表3）。由表3 數(shù)據(jù)可知，抗高溫水基隔離液體系性能優(yōu)異，老化前后流變穩(wěn)定，失水量較小，自由水為零，沉降穩(wěn)定性好。

表3 抗高溫水基隔離液體系基本性能（ρ=1.8 g/cm3）

配方：100%淡水+0.2%C-DF60L+1.0%SA-WJ+0.5%FLHT-1+0.5%SA-YJ+0.50%FS+重晶石。

3.2 耐溫性能

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)考察抗高溫水基隔離液體系的耐溫性能，測(cè)試了抗高溫水基隔離液體系在110～230 ℃范圍內(nèi)多個(gè)溫度點(diǎn)的性能變化（圖3）。由圖3 可知，隨老化溫度升高，老化后的流變讀數(shù)變化幅度??；拆出后，老化罐底部無沉降，靜置2 h，自由水為零?？梢?，該體系能夠抗230 ℃高溫，具有良好的耐溫性能。

圖3 老化溫度對(duì)抗高溫水基隔離液體系流變性能的影響

3.3 密度

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)考察抗高溫水基隔離液體系的加重性能，測(cè)試該體系在1.3～2.1 g/cm3范圍內(nèi)5 個(gè)點(diǎn)的性能變化（圖4）。由圖4 可知，隨著密度增加，老化后的流變讀數(shù)隨之增加，并未出現(xiàn)過度增稠現(xiàn)象；同時(shí)高溫對(duì)該體系流變性能影響小，老化后流變讀數(shù)下降程度有限，且老化后拆出老化罐底部無沉降。

圖4 密度對(duì)抗高溫水基隔離液體系流變性能的影響

3.4 相容性

抗高溫水基隔離液體系與鉆井液、水泥漿兩者的相容性影響著頂替效率，進(jìn)而影響著固井質(zhì)量[11]。因此，考察了抗高溫水基隔離液體系與鉆井液、水泥漿兩者混合后在流變性能、稠化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度方面的性能變化。

3.4.1 流變性能 將在210 ℃老化4 h 的抗高溫水基隔離液體系（1.7 g/cm3）和自制的鉆井液（1.5 g/cm3）以及水泥漿（1.9 g/cm3）分別以不同比例混合，測(cè)試混合流體的流變性能（圖5）。

圖5 抗高溫水基隔離液體系和鉆井液、水泥漿混合后的流變相容性

由圖5 可知，抗高溫水基隔離液體系和鉆井液、水泥漿混合后，混合流體的流變讀數(shù)介于鉆井液和水泥漿流變讀數(shù)之間，未出現(xiàn)增稠和絮凝現(xiàn)象，該體系和鉆井液、水泥漿的流變相容性好。

3.4.2 稠化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度 將水泥漿（1.9 g/cm3）和抗高溫水基隔離液體系（1.7 g/cm3）以3∶1 的比例混合，測(cè)試該體系對(duì)水泥漿稠化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度的影響（表4）。

表4 抗高溫水基隔離液體系和水泥漿互混后的抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表4 數(shù)據(jù)可知，水泥漿和抗高溫水基隔離液體系以3∶1 混合后，混合流體的稠化時(shí)間縮短36 min，抗壓強(qiáng)度降低8.3 MPa，相比純水泥漿稠化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度變化幅度相對(duì)較小，可見該體系對(duì)水泥漿的稠化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度影響小，不會(huì)影響作業(yè)安全。

3.5 沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

采用錢德勒高溫高壓雙釜稠化儀停開機(jī)實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)抗高溫水基隔離液體系在高溫條件下的沉降穩(wěn)定性。停開機(jī)稠化曲線顯示，開機(jī)后的稠度值相比停機(jī)前雖有小幅上升，但是變化不大，同時(shí)拆出漿杯后，發(fā)現(xiàn)底蓋無沉降，可見該體系具有良好的沉降穩(wěn)定性（圖6）。

圖6 錢德勒高溫高壓雙釜稠化儀停開機(jī)測(cè)試抗高溫水基隔離液體系沉降穩(wěn)定性

4 結(jié)論

（1）通過研制耐溫性能優(yōu)良的無機(jī)懸浮穩(wěn)定劑、抗高溫降失水劑、有機(jī)懸浮穩(wěn)定劑、流型調(diào)節(jié)劑等材料，構(gòu)建出了一套性能優(yōu)異的抗230 ℃高溫水基隔離液體系。該體系具有流變可調(diào)、失水量小、無自由水等特點(diǎn)。

（2）抗高溫水基隔離液體系具有良好的耐溫性能和加重性能，最高可抗230 ℃，且在110～230 ℃的流變性能變化較小，加重密度可達(dá)2.1 g/cm3。

（3）相容性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，抗高溫水基隔離液體系和鉆井液、水泥漿具有良好的流變相容性，混合后未出現(xiàn)過度增稠、絮凝現(xiàn)象，對(duì)水泥漿的稠化時(shí)間和抗壓強(qiáng)度影響??；稠化儀停開機(jī)測(cè)試結(jié)果表明，該體系在高溫下具有良好的沉降穩(wěn)定性，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求。