聚胺完井液的研制與應用

王 健 鄧義成 苗海龍 胡進軍 耿 鐵 羅健生 張 偉

（中海油田服務股份有限公司油田化學事業(yè)部）

聚胺完井液的研制與應用

王 健 鄧義成 苗海龍 胡進軍 耿 鐵 羅健生 張 偉

（中海油田服務股份有限公司油田化學事業(yè)部）

研制了一種以聚胺抑制劑PF－HAB為主劑的清潔無固相完井液——聚胺完井液。室內評價與現場應用結果表明：聚胺抑制劑PF－HAB具有很好的粘土膨脹抑制性和降低油水界面張力能力，所研制的聚胺完井液呈弱堿性，具有油水界面張力低、防膨能力與高價離子螯合能力強、儲層保護性能與防腐蝕性能好的特點，適用于低孔低滲儲層、酸敏性地層以及疏松砂巖儲層的完井作業(yè)。目前所研制的聚胺完井液已成功應用于LD32－2、SZ36－1、JZ25－1等油田完井作業(yè)，取得了良好的儲層保護效果。

聚胺完井液 性能評價 現場應用 儲層保護

近20年來，新材料、新技術的不斷研發(fā)推動了鉆探技術的發(fā)展，中國海上油田完井液已從無固相清潔鹽水完井液發(fā)展為無固相聚合物鹽水完井液［1－3］。作為國際上第三代高性能水基鉆井液的主劑，有關聚胺抑制劑的研究正在逐年升溫。聚胺抑制劑是一種結構獨特的多元聚胺，含有較多的胺基（－NH2），具有完全水溶、低毒、水溶液呈堿性、可與其它添加劑一起使用等特點，可充填在粘土晶片之間并將晶片束縛在一起，有效地減少頁巖從周圍的溶液中吸附水分子的傾向，從而抑制頁巖膨脹。

針對海上疏松砂巖儲層［4－5］、酸敏性儲層及低孔低滲儲層［6］，結合有關聚胺抑制劑的研究［7］，中海油田服務股份有限公司研制出了一種以聚胺抑制劑PF－HAB［8］為主劑，呈弱堿性、具有較強的高價金屬離子螯合能力和低油水界面張力等特點的新型完井液——聚胺完井液，該聚胺完井液已經獲國家發(fā)明專利［9］，目前已在LD32－2、SZ36－1、JZ25－1等油田應用，取得了良好的儲層保護效果。

圖1 聚胺抑制劑PF－HAB吸附量測試結果

1 聚胺抑制劑PF－HAB性能評價

1．1 吸附量測定

聚胺抑制劑PF－HAB在膨潤土表層的吸附量測試結果見圖1。從圖1可以看出，PF－HAB在膨潤土表層吸附量較大，說明所研制的聚胺能快速吸附在膨潤土表面，有利于阻止泥頁巖的水化。

1．2 XRD測試

吸附了聚胺抑制劑PF－HAB的膨潤土的XRD衍射曲線見圖2。從圖2可知，PF－HAB能進入膨潤土的晶層，從而可以阻止水分的進入，防止泥頁巖的膨脹。

1．3 界面張力測試

油水界面張力采用鉑金環(huán)法測試，油相采用煤油，試驗采用ZLY－01F型自動界面張力測定儀。圖3為不同加量時不同處理劑的油水界面張力測試結果，其中，FC、HAR、SD－905、SATRO、HDR為表面活性劑，UHIB為另一種聚胺抑制劑。從圖3可以看出，PF－HAB具有明顯的降低界面張力的能力。

1．4 防膨抑制性測試

選取聚胺抑制劑PF－HAB、UHIB和粘土穩(wěn)定劑HCS作為測試對象，作防膨抑制性實驗，試驗方法采用離心法，實驗結果如圖4所示。由圖4可以看出，單獨使用時相同加量條件下PF－HAB的防膨效果要好于聚胺抑制劑UHIB和粘土穩(wěn)定劑HCS。

圖2 吸附了PF－HAB的膨潤土（MMT）XRD衍射曲線（MMT層間距為12．51。A，PF－HAB＋MMT層間距為14．00。A，PF－HAB＋MMT＋1%NaCl層間距為14．66。A，PF－HAB＋MMT＋1%KCl層間距為14．42。A，PF－HAB＋MMT＋0．2%CaCl2層間距為14．28。A）

圖3 不同加量時不同處理劑的油水界面張力測試結果

圖4 不同處理劑、不同加量時的防膨率關系圖

2 螯合劑優(yōu)選

完井液在作業(yè)中可能與地層水接觸，地層中的鈣、鎂等高價金屬離子在p H值大于7的條件下易形成沉淀而堵塞孔隙，造成固相損害，因此需要在完井液中加入適量的螯合劑對鈣、鎂等離子進行螯合。通過對不同條件下鈣、鎂離子的螯合值的測試與分析選取鈣螯合值進行螯合劑的優(yōu)選，鈣螯合值是指每克試樣螯合的碳酸鈣的毫克數，測試條件為p H值范圍7～9、溫度50～90℃。圖5為90℃時不同螯合劑在不同p H值條件下的鈣螯合值。經過大量試驗，所優(yōu)選出的螯合劑HTAAL在不同溫度和p H＝7～9條件下螯合能力最強。

圖5 90℃時不同螯合劑在不同p H值條件下的鈣螯合值測試結果

3 聚胺完井液配方研制及性能評價

3．1 配方研制

完井液一般由各種功能性處理劑如頁巖穩(wěn)定劑、金屬離子螯合劑、緩蝕劑、p H值調節(jié)劑、加重劑等復合配制而成，各種處理劑的配伍性是完井液開發(fā)的重點。PF－HAB為聚胺抑制劑，水溶液呈堿性，可作為p H值調節(jié)劑使用，同時還可作為頁巖抑制劑和降低油水界面張力的助排劑。聚胺抑制劑PF－HAB與篩選出的堿性螯合劑HTAAL以及緩蝕劑CA－101（海上完井液用緩蝕劑［10］）經過反復多次的配伍性試驗，最終研制出的聚胺完井液體系配方為：過濾海水＋1%PF－HAB＋0．5%HTAAL＋0．5%CA－101（加重到需要密度）。

3．2 基本性能評價

所研制的聚胺完井液基本性能見表1。從表1可以看出，聚胺完井液具有界面張力很低、防膨抑制性強、p H值中性或弱堿性等基本性能特點。

表1 所研制的聚胺完井液基本性能

3．3 儲層保護性能評價

按照石油天然氣行業(yè)標準SY／T6540－2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》，采用巖心流動實驗裝置、高溫高壓動損害實驗儀等模擬鉆井條件，評價了所研制的聚胺完井液儲層保護效果，結果見表2。由表2可以看出，所研制的聚胺完井液巖心滲透率恢復值達到99．89%，具有很好的油氣層保護作用。

表2 所研制的聚胺完井液體系儲層保護實驗結果

3．4 防腐蝕試驗

根據中國GB／10121－88《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》及中國石油行業(yè)標準SY 5273《油田注水緩蝕劑評定方法》，采用腐蝕失重法進行防腐蝕試驗，試驗條件為采用N80鋼、溫度50℃、時間72 h，試驗結果如圖6所示。從圖6可以看出，金屬掛片均勻腐蝕，無點蝕，計算獲得腐蝕速率小于0．076 mm／a，說明所研制的聚胺完井液具有良好的防腐蝕性能。

圖6 金屬掛片經過聚胺完井液腐蝕試驗后照片

4 現場應用

LD32－2稠油油田位于渤海東部海域，主力油層為明化鎮(zhèn)組中高孔滲儲層，完井方式主要是裸眼篩管礫石充填。作業(yè)前，使用所研制的聚胺完井液污染LD32－2油田天然巖心，進行滲透率恢復率試驗，結果見表3。從表3數據來看，所研制的聚胺完井液體系對于LD32－2油田所取巖心儲層保護效果較好。

表3 LD32－2油田天然巖心聚胺完井液儲層保護試驗結果

所研制的聚胺完井液在LD32－2油田進行了現場應用，現場測試的聚胺完井液性能見表4，可見現場測試性能與室內試驗性能基本一致。該油田開發(fā)投產情況見圖7，實際產液量均高于產液量配產，說明所研制的聚胺完井液具有很好的儲層保護效果。目前，所研制的聚胺完井液體系還在渤海SZ36－1、JZ25－1等油田完井作業(yè)中進行了使用，開發(fā)投產效果均很好。

表4 所研制的聚胺完井液在LD32－2油田現場性能測試結果

圖7 聚胺完井液在LD32－2油田使用后的開發(fā)投產情況

5 結論

（1）研制了一種以聚胺抑制劑PF－HAB為主劑的聚胺完井液。室內評價結果表明，聚胺抑制劑PF－HAB具有很好的粘土膨脹抑制性和降低油水界面張力能力，所研制的聚胺完井液呈弱堿性，油水界面張力低，具有較強的防膨能力、高價金屬離子螯合能力以及很好的儲層保護性能和防腐蝕性能。

（2）現場應用結果表明，所研制的聚胺完井液適用于酸敏性儲層、疏松砂巖儲層和低孔低滲儲層的完井作業(yè)，目前已在LD32－2、SZ36－1、JZ25－1等油田取得成功應用，儲層保護效果好。

［1］ 李銀素，陳淑生．無固相完井液的研究與應用［J］．中國海上油氣（工程），1991，3（2）：59－62．

［2］ 王昌軍，曾繁滌，向興金．隱形酸完井液體系的研究和應用［J］．湖北化工，2000（2）：28－29．

［3］ 王昌軍，向興金，劉良躍，等．隱形酸完井液在綏中36－1油田的應用［J］．鉆井液與完井液，2001，18（2）：36－38．

［4］ 舒福昌，向興金，李蔚萍，等．活性鹽水完井液的研究［J］．中國海上油氣，2010，22（4）：262－264．

［5］ 姜偉．加拿大稠油開發(fā)技術現狀及我國渤海稠油開發(fā)新技術應用思考［J］．中國海上油氣，2006，18（4）：123－125．

［6］ 李禮，鄢捷年，舒勇，等．保護低滲透油氣層的鉆井液完井液體系［J］．鉆井液與完井液，2008，25（8）：28－31．

［7］ 羅健生，耿鐵，李自立，等．快吸附強抑制HEM鉆井液［J］．鉆井液與完井液，2011，28（3）：19－23．

［8］ 耿鐵，羅健生，徐博韜，等．快吸附、強抑制、低傷害的高效水基鉆井液：中國，200910238156．2［P］．2010－06－02．

［9］ 范白濤，張曉誠，何瑞兵，等．一種海水基聚胺完井液及其制備方法：中國，201010542986．7［P］．2011－04－06．

［10］ 劉慧明．新型完井防腐抑制劑CA－101［J］．中國海上油氣（工程），1993，5（6）：54－57．

（編輯：孫豐成）

Research and application of polyamine completion fluids

Wang Jian Deng Yicheng Miao Hailong Hu Jinjun Geng Tie Luo Jiansheng Zhang Wei
（Oilfield Chemicals Department of China Offshore Service Limited，Hebei，065201）

A new system of solid free clean completion fluids was developed with the host agent polyamine inhibition——PF－HAB，which is named polyamine completion fluid．Lab research and the field application results show：polyamine inhibiter PF－HAB has strong ability to inhibit the clay swelling and reduce the oil／water interfacial tension；the polyamine completion fluids are characterized by weak alkaline，strong inhibition，low oil／water interfacial tension，strong antis welling ability and polyvalent ions chelating ability，and protection and corrosion control of the reservoir，so that they can be applied to the completion operations in the low－porosity and low－permeability reservoir，acid sensitive reservoir and loose sand reservoir．So far，the polyamine completion fluids have been used successfully in completion operations in the LD32－2，SZ36－1 and JZ25－1 oilfields，with excellent reservoir protection effect．

polyamine completion fluids；performance evaluation；field application；reservoir protection

王健，男，工程師，2007年畢業(yè)于天津大學應用化學專業(yè)，獲碩士學位，目前從事鉆完井液及儲層保護研究工作。地址：天津市紅橋區(qū)芥園道明華里17號樓A座503（郵編：300000）。

2011－11－03 改回日期：2012－03－01