一種水基完井液體系受殘酸污染程度的評價方法*

聶強勇，杜仕勇，楊蘭平，徐興宇，梁 益，程 鑫

(1 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術服務公司，成都 610051；2 西南石油大學化學化工學院，成都 610500)

在儲層開鉆時選擇與之相配伍的完井液的體系是至關重要的，但在選擇完井液的類型時，既要考慮在鉆井作業全過程中使油氣井保持穩定，又考慮保護生產層使其不受損害，因此，需要著重考慮完井液的抗污染能力，嚴重地污染會導致形成的濾餅虛厚、造成管柱下不到位及濾失量過大等，都會造成對儲層的損害[1-2]。油氣田壓裂酸化技術為油氣進入井筒提供更大的空間，但在壓裂酸化的操作過程中會產生很多的液體廢物、固體廢物和氣體廢物[3-6]，而最常發生的情況就是未完全反應的殘酸侵入井筒，導致完井液流變及濾失性能發生改變，引起井下復雜[7]。因此，針對這種情況，本文研究了一種具體量化殘酸污染水基完井液的評價方法，這樣便可以通過在線采樣分析當前完井液中是否存在殘酸侵入造成污染，并以此來解決相關現場問題。

1 實 驗

1.1 原料及儀器

密度為1.50 g/cm3的水基完井液，取自雙探108井；密度為1.90 g/cm3的水基完井液，取自磨溪132井；密度為2.40 g/cm3的水基完井液，取自簡探1井；密度為2.48 g/cm3的水基完井液，取自龍興1井；配液用水，取自現場水；鹽酸(分析純)，購買自成都市科隆化學品有限公司；

GJS-B12K型高速攪拌器、 GGS42-A2型高溫高壓濾失儀、GRL-BX3型滾子加熱爐、HTD-D6S型六速旋轉粘度計，青島恒泰達機電設備有限公司。

1.2 完井液性能測試

取400 g完井液于高攪機高攪15 min，攪拌完成后加入不同質量濃度的鹽酸用于模擬殘酸污染，殘酸加入完成后高攪15 min后置于滾子加熱爐內老化16 h×170 ℃，最后得到不同污染程度的完井液進行流變及濾失性能測試。

1.3 完井液性能參數計算

使用六速旋轉粘度計對不同污染狀態下的完井液進行流變性能測試，使用高溫高壓濾失儀對不同污染狀態下的濾失性能進行測試，測試完成后使用計算公式計算不同污染狀態下完井液的各性能參數。

(1)表觀粘度AV=0.5Φ600;

(2)塑性粘度PV=Φ600-Φ300;

(3)動切力YP=AV-PV;

(4)動塑比=YP/PV;

(5)初切：τ初=0.5Φ3(600 r/min攪拌10 s，靜置10 s，3 r/min轉速下讀最大值);

(6)終切：τ終=0.5Φ3(600 r/min攪拌10 s，靜置10 min，3 r/min轉速下讀最大值);

(7)FLHTHP=濾液量(30 min)×2;

(8)流性指數n=λ(logQ1/Q2);

式中：λ為常數，計算方式為 1/(logR1-logR2);Q1=Φ600；Q2=Φ300；R1為Φ600對應的剪切速率；R2為Φ300對應的剪切速率；

(9)稠度系數K=(0.5111×Φ300)/511n。

2 結果與討論

2.1 完井液受殘酸污染程度判斷模型

當完井液受殘酸污染后，在性能上體現為表觀粘度AV、塑性粘度PV、動切力YP等參數產生變化，相較未污染時變化較大。因此以未受污染的空白組作為背景值，建立一個可以衡量完井液受殘酸污染等級的分級方法。

(1)流變參數

從完井液性能計算公式的關聯關系我們可以發現，其中關于流變參數中流性指數n、稠度系數k值反映了完井液的流體類型及流變性能，因此從完井液流變性能上綜合分析時可選擇稠度系數k值變化值Δki進行分析：

Δki=k空白-ki

式中：k空白為未污染時完井液的稠度系數；ki為i%殘酸污染加量完井液的稠度系數；Δki為稠度系數K變化值。

(2)濾失參數

濾失性能中包含濾餅形貌、濾餅厚度、濾失量三個參數。其中，完井液高溫高壓濾失后的濾餅形貌大多類似，厚度不一，規律性較差，容易對結果造成誤判產生不必要的誤差。而高溫高壓濾失量按照國家相關標準計時并測試，程序規范，是較為客觀的評判標準。因此可選擇濾失量變化值作為濾失性參數ΔFL：

濾失性參數ΔFLi=FL空白-FLi;

式中:FL空白為未污染時完井液的濾失量；FLi為i%殘酸污染完井液時的濾失量；ΔFLi為濾失量變化值。

(3)污染狀態綜合參數

根據上述的流變參數、濾失參數，將水基完井液當前污染狀態性能的綜合參數設定為α值，則未污染時及收到污染后完井液綜合性能的計算公式如下：

空白組完井液 α=k空白×FL空白；

污染組完井液αi=Δki×ΔFLi；

空白組完井液α與污染組完井液αi進行差距對比，設定完井液污染程度系數為x：

污染指數x=[(α-|αi|)/α]×100%。

2.2 評價方法應用

由表1～表4可知，完井液隨殘酸污染程度的增大，AV、PV等變化規律較不明顯，但污染指數x均是逐漸增大，表明污染指數x能反映完井液受殘酸污染程度：

表1 殘酸對雙探108井1.50 g/cm3完井液體系熱滾后的性能影響

表2 殘酸對磨溪132井1.90 g/cm3完井液體系熱滾后的性能影響

表3 殘酸對龍興1井2.48 g/cm3完井液體系熱滾后的性能影響

圖1 不同密度的完井液受殘酸污染及熱滾后的污染指數x

表4 殘酸對簡探1井2.40 g/cm3完井液體系熱滾后的性能影響

在污染前期，污染指數x居于0～5%；

在污染中期，污染指數x居于5%～15%；

在污染后期，污染指數大于了15%。

因此我們可以將，污染指數0≤x≤5%，定義為輕度污染；污染指數 515%，定義為重度污染；

由圖1可知，雙探108井(1.50 g/cm3)、磨溪132井(1.90 g/cm3)、龍興1井(2.48 g/cm3)、簡探1井(2.40 g/cm3)隨著密度的逐漸增大，完井液受殘酸污染后的污染指數x上升的越來越快，表明了完井液密度越大，對殘酸污染越敏感，抗殘酸污染的能力越差。

3 結 論

通過對比完井液的AV、PV、YP等屬性反映的完井液性能特征，最終選擇稠度系數K、濾失量FL兩個屬性綜合反映完井液的受殘酸污染程度，對于密度在1.5 g/cm3與2.4 g/cm3之間的水基完井液，可使用污染指數x進行表示：

污染指數0≤ x ≤ 5%，定義為輕度污染；

污染指數5

污染指數 x>15%，定義為重度污染；

水基完井液的密度越大，受殘酸污染后完井液的污染指數x上升的越快，完井液對殘酸污染越敏感，抗殘酸污染的能力越差。