高溫超高密度有固相完井液體系室內研究

張忠亮

(中海油田服務股份有限公司油田化學研究院，河北 廊坊 065201)

?

高溫超高密度有固相完井液體系室內研究

張忠亮

(中海油田服務股份有限公司油田化學研究院，河北 廊坊 065201)

隨著勘探開發的深入，溫度壓力不斷的上升，傳統的完井液已經無法滿足作業需求，針對密度達到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。調研后對現有的完井液進行分析，室內對抗高溫超高密度無固相完井液進行了相關實驗的研究，開發出一套抗溫達180℃密度可至2.4g/cm3無土相有固相的完井液體系，其主要特點是：無黏土、無惰性加重劑(如重晶石)，酸溶性、熱穩定性好，抑制性、抗污染能力強，油氣層保護效果好、密度調節簡單范圍廣。

高溫超高密度；完井液；無土相；可酸溶；穩定性；儲層保護

勘探開發井的完井要求越來越高，傳統的可溶性鹽完井液已經無法滿足作業需求，行業急需一種配方簡單、成本低廉的完井液[1～5]。從此問題切入，本著儲層保護為原則的理念，開發了一套使用海水配制的抗高溫有固相完井液體系。經過室內的性能評價，各項指標都具有良好的效果。

1 室內配方構建

1.1 固體加重劑及加重方式選擇

對于完井液的加重，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小；重晶石不能酸溶；鐵礦粉的價格相對較低，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)聯合加重的方式。

1.2 處理劑的優選

1.2.1 增黏劑的優選

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定性，所以需要在體系中引入性能優良的增黏劑，提高體系黏度的同時增強體系懸浮固相顆粒的能力，同時也要具備較強的抗鹽能力，良好的觸變能力，以保證井下作業的安全。

試驗基礎配方：海水+增黏劑HZN-T+0.2%純堿+復合鹽(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)(配方中百分數為質量分數，下同)。表1為不同質量分數的增黏劑HZN-T對體系性能的影響。可以看出，增黏劑HZN-T質量分數為1.0%～1.2%時，使用復合鹽加重至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，可以滿足現場應用要求。

1.2.2 緩蝕劑的優選

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合加重，鹽對金屬的腐蝕性很強，如果不加入緩蝕劑，完井液將對井下金屬類的工具造成嚴重的腐蝕。室內在體系中沒有加入緩蝕劑時測得的腐蝕速率為6.783mm/a，因此在完井液中加入緩蝕劑，控制其腐蝕性，試驗結果見表3。可以看出，在腐蝕溫度180℃、腐蝕時間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的行業標準。

表1 增黏劑HZN-T對體系性能的影響

注1：μa為表觀黏度；μp為塑性黏度；τd為動切力；Nφ6、Nφ3分別為六速旋轉黏度計6、3r/min對應的讀值。下同。

注2：老化條件為180℃；測試溫度為50℃；密度靜置72h后測試。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 緩蝕劑的優選

注：試驗條件為180℃×72h。

經過處理劑優選之后，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 體系綜合性能評價

試驗配方：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+復合鹽(加重至1.70g/cm3)+鐵礦粉(加重至2.40g/cm3)。

2.1 酸溶性評價

評價結果如表4所示，可以看出當鹽酸質量分數大于15%，體積大于50mL，反應時間為16h時，酸溶率在95%以上，說明體系具有較好的酸溶性。

表4 酸溶性評價

2.2 沉降穩定性評價

試驗數據如表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，說明體系具有較好的靜態沉降穩定性。

表5 沉降穩定性評價

表6 腐蝕性評價

注：腐蝕周期為72h；鋼片材質為N80。

2.3 腐蝕性評價

試驗數據如表6所示，完井液體系在160～180℃的腐蝕速率比較小，可以滿足現場施工要求(<0.076mm/a)。室內鋼片防腐蝕效果如圖1所示，鋼片腐蝕性比較小，鋼片表面未出現明顯的蝕點。

2.4 儲層保護評價

取2塊天然巖心進行儲層保護試驗，先用完井液污染巖心然后用酸溶，試驗數據如表7所示。其滲透率恢復率達到94%以上，說明完井液體系具有良好的儲層保護性能。

3 結論

1)根據完井液設計的基本原則，構建了海水高溫超高密度有固相完井液體系。

2)綜合考慮經濟、價格等因素的影響，選擇了使用可溶性鹽(復合鹽)與固相加重劑(鐵礦粉)聯合的加重方式。

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+復合鹽(加重至1.70g/cm3)+鐵礦粉(加重至2.40g/cm3)。

4)對高溫高密度有固相完井液體系進行了綜合性能的評價，結果表明該完井液體系具有較好酸溶性、熱穩定性、沉降穩定性、抑制性以及較小的腐蝕性，并且對儲層天然巖心的污染較小，具有良好的儲層保護性能。

[1]鄢捷年，洪世鐸，宗習武，等.用Amott/USBM法評價完井液及其組分對砂巖的潤濕作用[J].石油勘探與開發,1993,20(5):82～91.

[2]楊永利.低滲透油藏水鎖傷害機理及解水鎖實驗研究[J].西南石油大學學報(自然科學版)，2013，35(3):137～141.

[3]賴南君，葉仲斌，趙文森，等.川西致密氣藏水鎖損害室內實驗研究[J].油氣地質與采收率,2004,11(6): 75～77.

[4]崔曉飛.水鎖傷害影響因素分析及解除方法研究現狀[J].內蒙古石油化工，2011，20(10): 16～18.

[5]張玉濤，劉安建，齊海鷹，等.洼38塊鉆井完井液于儲層配伍性評價[J].鉆井液與完井液,1994,11(3):29～33, 49.

[6]邱正松，韓成，黃維安.國外高密度微粉加重劑研究進展[J].鉆井液與完井液,2014,31(3):78～82,101.

[7]左倩.微細粒赤鐵礦分散行為及機理研究[D].武漢：武漢科技大學,2012.

[8]Clark D E，Hubbard J T，Magcobar N A.Technique for thermodynamic crystallization temperature of brine fluids[J]. SPE11674,1983.

[9]楊兵.東方1-1氣田甲酸鹽鉆井液完井液一體化技術研究[D].南充：西南石油學院,2002.

[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研究[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(35):80～83.