抗高溫改性淀粉FSL 在高溫井段的現(xiàn)場應(yīng)用

楊超，楊國興，周成華，王晨，趙凱強

（1. 中國石化大連石油化工研究院，遼寧大連116045；2. 中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院，四川德陽618000）

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們對各類油品的需求與日俱增。然而與此同時，與油品開采、煉制相關(guān)的環(huán)保法規(guī)日漸嚴苛。在油田化學品的研究領(lǐng)域中，這樣的矛盾使得與環(huán)保性能優(yōu)越的產(chǎn)品相關(guān)的研究備受關(guān)注，改性淀粉類產(chǎn)品正成為該領(lǐng)域的研究熱點[1-2]。

改性淀粉處理劑有其比較明顯的優(yōu)點，具有毒性低、易生物降解、同環(huán)境友好等突出特點。但它的突出缺點是抗溫能力差，受細菌降解產(chǎn)生氣體引起泡沫、發(fā)酵發(fā)臭[3-5]。國內(nèi)改性淀粉的種類少，抗溫性能差，限制了其應(yīng)用范圍。國內(nèi)現(xiàn)場應(yīng)用的改性淀粉抗溫基本在130 ℃以下，并且井溫超過100 ℃，改性淀粉穩(wěn)定性明顯變差。為了充分發(fā)揮淀粉的優(yōu)勢，擴展其應(yīng)用范圍，需要進行淀粉改性的深入研究[6-7]。

中國石化大連（撫順）石油化工研究院與中石化西南工程公司鉆井工程研究院經(jīng)過幾年的聯(lián)合研發(fā)攻關(guān)，成功開發(fā)出抗高溫改性淀粉FSL系列產(chǎn)品。產(chǎn)品分為溫度系列和黏度系列。溫度系列為120、150、180 ℃；黏度系列為高黏與低黏。

文獻[8]中介紹了高黏中低溫型改性淀粉應(yīng)用于ZJ-117井和XS304-1井，降濾失效果顯著[8]。但由于體系的限制，高黏產(chǎn)品會導致體系的黏度增加，不利于現(xiàn)場鉆井液維護。介紹了低黏高溫型改性淀粉FSL180-LV應(yīng)用于CSH1井和AF1井的現(xiàn)場情況。

1 FSL作用機理

從分子設(shè)計開始，設(shè)計合成出了一種新型高性能聚合單體，使用此單體接枝改性淀粉，獲得了性能優(yōu)異的改性淀粉材料FSL。FSL具有優(yōu)異的抗高溫性能，抗溫可達180 ℃以上；還兼具較好的抗鹽抗鈣性能及抑制性能[9-10]。之所以會表現(xiàn)出明顯的作用效果，主要原因有3個方面。①單體在設(shè)計合成中，充分考慮了單體分子量與所含基團的平衡問題。在滿足所含必要基團的基礎(chǔ)上，保證單體分子量不能過大，從而使單體保持良好的聚合活性。所以，此單體接枝改性淀粉具有較高的接枝率和接枝效率。②單體中的特殊結(jié)構(gòu)在聚合后會產(chǎn)生環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這些環(huán)狀結(jié)構(gòu)對于抗高溫性能有較大的貢獻。通過增加空間位阻，抑制高溫對聚合物在黏土上解吸附作用。③接枝共聚物結(jié)構(gòu)中含有較多的水化和吸附基團，會與黏土形成強吸附，改變黏土粒子的粒徑分布，從而形成薄而致密的濾餅，達到降高溫高壓濾失量的目的。總體來說，性能優(yōu)異的聚合單體賦予接枝共聚物良好的綜合性能。這些性能在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，為井試的成功提供了技術(shù)保障。

2 FSL在CSH1井的現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 基本情況

CSH1井是中石化部署在四川盆地川中隆起北部斜坡帶柏埡鼻狀構(gòu)造的一口勘探井，井型為直井，設(shè)計井深8690 m，完鉆層位為震旦系燈影組。該井地理位置位于四川省閬中市，由西南石油工程有限公司承擔鉆井施工任務(wù)。抗高溫改性淀粉FSL180-LV應(yīng)用井段為8154～8380 m，井底溫度為187 ℃。井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 CSH1井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計表

2.2 五開鉆井液技術(shù)難點

CSH1井為超深預(yù)探井，實鉆五開8060 m開鉆，井溫達180 ℃，鉆遇地層是筇竹寺組～燈影組，其中燈影組為主要目的層。燈影組四段巖性為以不等厚灰色細砂巖、灰白色硅質(zhì)白云巖、灰黑色含云碳質(zhì)粉砂巖及灰黑色碳質(zhì)灰?guī)r、灰色硅質(zhì)巖為主；燈影組三段巖性為黃灰色中-厚層狀含礫白云質(zhì)長石石英砂巖、質(zhì)粉砂巖及含硅質(zhì)泥巖。

地質(zhì)預(yù)測該井段井底溫度180～187 ℃。該井段的鉆井液維護重點是鉆井液高溫穩(wěn)定性、防漏堵漏、儲層保護，抗高溫材料應(yīng)提前一個溫度臺階入井，防止因長時間使用老化造成的鉆井液高溫增稠或減稠發(fā)生性能惡化。

KCl抗高溫聚磺鉆井液體系：上部鉆井液+2% SMT+4%SMP-3+3%SPNH+1%HPA+2%JM-2+2%RHJ-3+2%NS-1+7%KCl+重晶石

改性淀粉實驗配方：井漿+2%FSL180-LV。

2.3 試驗效果分析

2.3.1 入井前現(xiàn)場小型實驗

實驗前已鉆至8154 m，根據(jù)四開測井目前井底溫度182 ℃左右，對抗溫材料要求較高。改性淀粉入井前實驗情況見表2。井漿中加入FSL180-LV后高溫高壓濾失量明顯下降，泥餅質(zhì)量有所改善，有一定的增黏提切作用。

表2 改性淀粉入井前實驗情況老化測其性能(185 ℃、24 h)

2.3.2 入井現(xiàn)場試驗效果

現(xiàn)場根據(jù)小型實驗為依據(jù)循環(huán)一周加入5 t抗高溫改性淀粉FSL180-LV充分循環(huán)三周后，后又循環(huán)加入2 t抗高溫改性淀粉FSL180-LV，充分循環(huán)后，各項性能如下。

表3 改性淀粉入井性能情況

現(xiàn)場在加入2%的FSL180-LV后，鉆井液的黏切略微上漲，但在控制范圍之內(nèi)，經(jīng)過8個循環(huán)周充分循環(huán)后，鉆井液的流變性逐漸恢復，高溫高壓濾失量進一步降低，且泥餅質(zhì)量有明顯改善，在后期的施工作業(yè)中無淀粉發(fā)酵的氣味、起泡出現(xiàn)，鉆井液體系表現(xiàn)出良好的高溫穩(wěn)定性。

3 FSL在AF1井的現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 基本情況

AF1井是中石化部署的一口重點探井，位于四川盆地川西坳陷廣漢-中江斜坡帶崇州構(gòu)造，以雷口坡組為主要目的層，設(shè)計井深5860 m。該井地理位置位于四川省崇州市羊馬鎮(zhèn)，由西南石油工程有限公司承擔鉆井施工，抗高溫改性淀粉應(yīng)用時已鉆至5713 m，應(yīng)用井段為5713～5810 m。井底溫度146 ℃。井身結(jié)構(gòu)如表4所示。

表4 AF1井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計表

四開井段鉆進主要鉆遇馬鞍塘組一段底部及雷口坡組四段，馬一段主要以泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主；雷四段主要以灰色白云巖、砂屑白云巖、膏質(zhì)白云巖為主，局部含石膏。四開井段為小井眼施工，卡鉆風險高，雷四段為本井目的層，可能鉆遇裂縫性氣層，注意防噴；雷四段含石膏，易造成鉆井液污染；四開井段井底溫度高達140 ℃，要求鉆井液具有良好的抗高溫能力及流變性。故在四開井段施工過稱中，防塌、防卡、防噴、防漏、鉆井液抗污染能力及抗高溫能力是本井段鉆井液施工的重點與難點。

3.2 鉆井液類型及配方

上部井漿+3%磺化酚醛樹脂-II+3%褐煤樹脂+0.8%聚合物降濾失劑+3%可變形防塌封堵劑+ 4%磺化瀝青類防塌劑+重晶石。

3.3 實驗效果分析

3.3.1 入井前現(xiàn)場小型實驗

從表5數(shù)據(jù)可知，井漿中加入FSL180-LV后高溫高壓濾失量明顯下降，泥餅質(zhì)量有所改善，泥餅光滑、致密、韌性較好，對流變性影響較小，流型有明顯改善。

表5 改性淀粉入井前實驗情況（146 ℃、24 h）

3.3.2 入井效果

現(xiàn)場根據(jù)小型實驗為依據(jù)，將FSL180-LV配制成800 kg膠液加入井漿中，充分循環(huán)三周后，性能見表6。現(xiàn)場在加入1%FSL180-LV后，降高溫高壓濾失量效果較明顯，泥餅質(zhì)量有所改善，泥餅光滑、致密、韌性較好，對流變性影響較小。小型實驗數(shù)據(jù)與現(xiàn)場加入處理后的數(shù)據(jù)，吻合性高，效果顯著。

表6 加入FSL180-LV前后鉆井液性能

4 結(jié)論

1.抗高溫改性淀粉產(chǎn)品FSL180-LV成功應(yīng)用于CSH1井和AF1井高溫井段，表現(xiàn)出優(yōu)異的降濾失、改善流變性，而且高溫穩(wěn)定性好。

2.目前改性淀粉FSL的應(yīng)用還是在現(xiàn)有聚磺體系基礎(chǔ)上替代部分磺化材料。為了充分考察改性淀粉的穩(wěn)定性，為鉆井領(lǐng)域提供真正環(huán)保的抗高溫改性淀粉功能體系，很多研究工作還需進一步完善。