新型高密度清潔復(fù)合鹽水完井液

吳若寧，　熊漢橋，　岳超先，　朱杰，　孫運(yùn)昌，　王啟任

（西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都610500）

相比于傳統(tǒng)的完井液，清潔復(fù)合鹽水完井液具有固相含量低、礦化度高、抑制能力強(qiáng)、抗鹽性能良好、防水鎖效果好、保護(hù)油氣層的效果好等特點(diǎn)[1-3]。但是對(duì)于無(wú)固相清潔鹽水完井液來(lái)說(shuō)，用價(jià)格低廉的鹽類進(jìn)行加重的完井液密度一般偏低，達(dá)不到深井的完井要求。目前來(lái)說(shuō)，想要將無(wú)固相清潔鹽水完井液的密度提高到1.8 g/cm3以上，一般通過(guò)使用溴化鋅和溴化鈣等價(jià)格昂貴的鹽類來(lái)完成，完井液的成本很高[4-8]。筆者通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，研究出了一種價(jià)格低廉的新型抗高溫高密度清潔復(fù)合鹽水完井液。該完井液密度可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有良好的流變性能和儲(chǔ)層保護(hù)性能。

1　實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1）實(shí)驗(yàn)材料：無(wú)水氯化鈣，氯化鋅，抗高溫增黏劑80A-51，陰離子增溶劑LAS-30和非離子表面活性劑SLF-4，抗高溫降濾失劑AMPS，緩蝕劑CS，堿度調(diào)節(jié)劑Betz-800，蒸餾水。

2）實(shí)驗(yàn)儀器：磁力攪拌機(jī)，六速黏度計(jì)，DTSH-IV泥漿動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)儀，液體密度計(jì)。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1　無(wú)機(jī)鹽最大加重密度

通過(guò)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)，筆者選取了溶解量相對(duì)較大的無(wú)機(jī)鹽氯化鈣和氯化鋅作為完井液的無(wú)機(jī)鹽加重劑。首先進(jìn)行無(wú)機(jī)鹽CaCl2和ZnCl2對(duì)體系的最大加重密度測(cè)試。因?yàn)檫x取的2種無(wú)機(jī)鹽溫度越高溶解度越大，所以在室溫下分別將無(wú)機(jī)鹽CaCl2和ZnCl2按照不同用量加入50 mL蒸餾水中，用磁力攪拌機(jī)攪拌，直至溶液出現(xiàn)渾濁，并測(cè)試室溫下不同用量鹽水體系的密度[9-12]，其結(jié)果如圖1所示。

圖1　不同無(wú)機(jī)鹽加量下的鹽水密度（50 mL）

從圖1可以看出，在室溫下，當(dāng)50 mL水中加入35 g CaCl2時(shí)鹽水體系飽和，此時(shí)的密度為1.354 g/cm3；當(dāng)50 mL蒸餾水中加入90 g ZnCl2時(shí)鹽水體系飽和，此時(shí)的密度為1.692 g/cm3。為了進(jìn)一步研究2種無(wú)機(jī)鹽復(fù)合使用對(duì)鹽水體系密度的影響，在室溫下將其中一種無(wú)機(jī)鹽加入到另一種無(wú)機(jī)鹽的飽和鹽水中，直至鹽水體系再次飽和出現(xiàn)渾濁，測(cè)試鹽水密度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2　飽和ZnCl2鹽水中加入CaCl2后體系密度（50 mL）

從圖2和圖3可以看出，在室溫下向50 mL飽和ZnCl2鹽水中加入CaCl2時(shí)，CaCl2的最大加量為35 g，此時(shí)的復(fù)合鹽水密度為1.765 g/cm3。向飽和50 mLCaCl2鹽水中加入ZnCl2時(shí)，ZnCl2的最大加量為45 g，此時(shí)的復(fù)合鹽水密度為1.610 g/cm3。綜合來(lái)說(shuō)，2種無(wú)機(jī)鹽CaCl2和ZnCl2復(fù)合使用時(shí)，鹽水體系能達(dá)到的最大密度為1.765 g/cm3，依然達(dá)不到深井的完井要求。

2.2　增溶劑對(duì)鹽水體系密度的影響

為了在不增加鹽水體系固相含量的條件下增大鹽水體系的密度，筆者通過(guò)使用增溶劑的方法來(lái)提高無(wú)機(jī)鹽在鹽水體系中的溶解量，從而達(dá)到提高鹽水體系密度的目的[13-14]。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)篩選出增溶效果良好的2種增溶劑LAS-30和SLF-4對(duì)鹽水體系進(jìn)行增溶實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。從表1和表2可以看出，增溶劑LAS-30和SLF-4對(duì)2種無(wú)機(jī)鹽都有良好的增溶效果，不同的是增溶劑LAS-30在用量為2%的條件下增溶效果最好，而SLF-4在1%的用量下增溶效果最好。這是因?yàn)樵鋈軇┠茉谒行纬赡z團(tuán)，膠團(tuán)是微小的膠體粒子，其分散體系屬于膠體溶液， 從而使剩余未溶固相被包藏或吸附， 增大溶解量[4]。為了進(jìn)一步提高增溶效果，將2種增溶劑按不同用量進(jìn)行了復(fù)配，復(fù)配后增溶效果評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。

表1　增溶劑LAS-30的增溶效果

表2　增溶劑SLF-4的增溶效果

表3　增溶劑復(fù)配增溶效果

從表3來(lái)看，2種增溶劑復(fù)配后的增溶效果更好，這是因?yàn)殡S著一種表面活性劑加人到另一種帶電荷的表面活性劑中，混合膠團(tuán)的聚合數(shù)會(huì)急劇增加，同時(shí)膠團(tuán)過(guò)渡到棒狀結(jié)構(gòu)，這種棒狀膠團(tuán)對(duì)增溶于膠團(tuán)內(nèi)核的被增溶物具有較大的增溶能力。2種增溶劑的最佳復(fù)配用量為2%LAS-30+ 2%SLF-4。

為了進(jìn)一步提高鹽水體系的密度，室溫下在增溶劑的最佳加量下分別向2種無(wú)機(jī)鹽的飽和鹽水中加入另外一種無(wú)機(jī)鹽，直至鹽水體系再次渾濁，并測(cè)量鹽水體系的密度， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4　增溶后飽和CaCl2鹽水中加入ZnCl2的密度（50 mL）

圖5　增溶后飽和ZnCl2鹽水中加入CaCl2的密度（50 mL）

從圖4和圖5可以看出，在2種增溶劑的最優(yōu)復(fù)配用量下，向飽和CaCl2鹽水體系中加入ZnCl2時(shí)，體系的最大密度為1.926 g/cm3，向飽和ZnCl2鹽水體系中加入CaCl2時(shí)，體系的最大密度為1.884 g/cm3。綜合來(lái)看2種無(wú)機(jī)鹽一起加重時(shí)，鹽水體系的最大密度可以達(dá)到1.926 g/cm3，此時(shí)的增溶劑和無(wú)機(jī)鹽的用量為2%LAS-30+2%SLF-4+102%CaCl2+180%ZnCl2。并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)ZnCl2和CaCl2的加量來(lái)調(diào)節(jié)密度，密度的可調(diào)范圍為1.508～1.926 g/cm3。

2.3　高密度無(wú)機(jī)鹽體系性能評(píng)價(jià)

在完成鹽水體系的基漿篩選后，按照以下配方配制完井液，然后分別評(píng)價(jià)完井液的流變性和儲(chǔ)層保護(hù)性能。

2%LAS-30+2%SLF-4+102%CaCl2+180%ZnCl2+0.5%80A-51+1%AMPS+1%CS+0.5%Betz-800

2.3.1完井液流變性能

將配制好的完井液用6速旋轉(zhuǎn)黏度儀做完井液的流變性能評(píng)價(jià)，并且用液體密度計(jì)測(cè)量完井液密度，用pH值試紙測(cè)量基漿pH值，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　高密度無(wú)機(jī)鹽完井液流變性能

由表4可以看出，新型完井液熱滾后的表觀黏度為33 mPa·s，能夠很好地完成巖屑等物體的攜帶工作。密度最高達(dá)到1.926 g/cm3，在140 ℃的高溫下仍然具有良好的流變性能，能夠滿足深井的完井要求。

2.3.2完井液抗污染能力

在完井過(guò)程中可能會(huì)遇到鉆屑污染等，所以用某區(qū)塊巖屑對(duì)新型完井液進(jìn)行抗巖屑污染能力評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5　高密度無(wú)機(jī)鹽抗巖屑污染實(shí)驗(yàn)

由表5可以看出，在鉆屑加量達(dá)10%時(shí)，新型完井液體系流動(dòng)性仍然很好，黏度、切力增加的幅度不是太大，能夠保證完井工作的順利進(jìn)行。

2.3.3保護(hù)儲(chǔ)層性能

使用同一區(qū)塊的2塊巖心，采用DTSH-IV泥漿動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)儀對(duì)新型完井液和該區(qū)塊原來(lái)使用的完井液的儲(chǔ)層保護(hù)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表6所示。從表6可以看出，新型完井液對(duì)巖心的損害程度很小，鉆井液污染后的滲透率恢復(fù)值可以達(dá)到94.2%，保護(hù)儲(chǔ)層性能很好，相比于其他體系來(lái)說(shuō)可以很大程度上減小儲(chǔ)層損害[10]。

3　結(jié)論

1.在不使用增溶劑的條件下CaCl2和ZnCl2復(fù)合鹽水體系的最大密度為1.765 g/cm3，此時(shí)2種無(wú)機(jī)鹽的用量分別為（90 g ZnCl2+35 g CaCl2）/50 mL水。

2.通過(guò)增溶劑LAS-30和SLF-4的增溶作用，使用CaCl2和ZnCl2配制的新型無(wú)固相清潔鹽水的密度可以達(dá)到1.900 g/cm3以上，其配方是2%LAS-30+2%SLF-4+102%CaCl2+180%ZnCl2+ 0.5%80A-51+1%AMPS+1%CS+0.5%Betz-800。

3.新型無(wú)固相鹽水完井液具有良好的流變性能和抗高溫性能，沉降穩(wěn)定性好，能抵抗完井過(guò)程中的污染，其滲透率恢復(fù)值高達(dá)94.2%，相比于其他完井液能更好地保護(hù)儲(chǔ)層，減小完井過(guò)程中的儲(chǔ)層損害。