清潔鹽水完井液中抗高溫保護劑的作用研究

劉菊泉(西南石油大學(xué)研究生學(xué)院，四川 成都 610500)

于立松(中國石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京 100034)

劉平江(渤海鉆探工程公司第五鉆井分公司，河北 河間 062450)

張永斌，趙 煊，嚴成云(青海油田天然氣開發(fā)公司，青海 格爾木 816000)

清潔鹽水完井液中抗高溫保護劑的作用研究

劉菊泉(西南石油大學(xué)研究生學(xué)院，四川 成都 610500)

于立松(中國石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京 100034)

劉平江(渤海鉆探工程公司第五鉆井分公司，河北 河間 062450)

張永斌，趙 煊，嚴成云(青海油田天然氣開發(fā)公司，青海 格爾木 816000)

室內(nèi)復(fù)配出了一種抗高溫保護劑HTS，該處理劑由3種單劑組成，其主要成分是一種改性樹脂。該處理劑易溶于水、抗鹽抗鈣能力強。室內(nèi)評價了增粘劑XC的抗溫性、HTS對XC等增粘劑的水溶液和鹽水溶液(NaCl、CaCl2及NaCOOH)的高溫保護作用。結(jié)果表明，含有HTS的清潔鹽水完井液抗溫性強、儲層保護效果好，有著很強的推廣應(yīng)用前景。

清潔鹽水；完井液；抗高溫保護劑；增粘劑

鉆井液與完井液中的很多處理劑是有機物，它們大部分是高分子物質(zhì)，如增粘劑(如XC、HEC、PF-VIS)、降濾失劑(如CMC、PAC)、包被劑(如FA367)等。這些有機高分子物質(zhì)在長期的高溫作用下容易發(fā)生降解。高溫降解包括高分子化合物的主鏈斷裂和親水基團與主鏈連接鍵斷裂2種情況。前一種情況會降低處理劑的相對分子質(zhì)量，失去高分子化合物的特性，如表觀粘度大大減小；后一種情況則會降低處理劑的親水性，使其抗鹽、抗鈣能力減弱[1]。隨著深井、超深井的不斷開發(fā)，對鉆井液完井液的抗溫要求越來越高。提高鉆井液完井液抗溫性的措施是：一方面，使用本身能抗高溫的處理劑(如抗高溫增粘劑、抗高溫稀釋劑、抗高溫降濾失劑)；另一方面，在體系中加入能夠提高其他處理劑抗溫能力的專用處理劑——抗高溫保護劑。

抗高溫保護劑，是指以改善聚合物熱穩(wěn)定性為目的的添加劑，用它來提高體系的抗溫性以保持體系在高溫時仍具有優(yōu)良性能并能降低塑性粘度及動切力[2]。不同的學(xué)者對之有不同的稱呼，其他常見的稱呼有：溫度穩(wěn)定劑、高溫穩(wěn)定劑、高溫保護劑等。

為了提高鉆井液完井液中有機處理劑的抗溫性能，國內(nèi)外研究開發(fā)了大量抗高溫保護劑。國外的抗高溫保護劑主要有鉻褐煤、SSMA1000、磺化聚合物、黑色素衍生物的共聚物等。國內(nèi)方面，有Na2Cr2O7(或K2Cr2O7)、葡萄糖酸、沒食子酸、檸檬酸、酒石酸或這些酸和鹽的混合物，以及除氧劑(如Na2SO3)和殺菌劑等；另外，相關(guān)文獻[3-7]報道過HD-1、SS-01、GBH、HT-1及YGB-1等抗高溫保護劑。這些處理劑都能提高體系的抗溫性能，主要應(yīng)用在含膨潤土的水基鉆井液體系。

石油工業(yè)界在生產(chǎn)井中通常使用鹽水溶液作為完井液[8]。清潔鹽水完井液主要由“鹽 + 增粘降濾失劑”組成，體系不含膨潤土和其他人為加入的固相(如重晶石)，能大大降低固相損害和水敏損害[9]，是完井液(如射孔液、修井液、封隔液)中應(yīng)用最廣泛的一種體系。

增粘劑的降解，導(dǎo)致體系性能遭到破壞，這將對各種完井作業(yè)造成不利影響，最終損害儲層。提高鹽水中增粘劑的抗溫性能是一個舉足輕重的問題。

針對當(dāng)前國內(nèi)眾多抗高溫保護劑在清潔鹽水中的應(yīng)用局限性現(xiàn)狀，探索研究出一種適合在清潔鹽水完井液中應(yīng)用的抗高溫保護劑有著非常重要的意義。

1 抗高溫保護劑HTS

室內(nèi)復(fù)配出了一種抗高溫保護劑HTS，該處理劑由3種單劑組成，其主要成分是一種改性樹脂。HTS有以下特點：①水溶性很好，其水溶液的pH約為11(加量3%左右)，滿足鉆井液與完井液要求較強堿性的要求；②抗溫能力強，能抗200℃的高溫而不發(fā)生分解；③不增粘(加量5%的情況)、熱滾后其粘度也不增加；④與各種處理劑配伍性好，抗鹽抗鈣能力強；⑤不含任何重金屬離子，既不傷害人體，也不污染環(huán)境。

2 室內(nèi)評價

下面筆者在室內(nèi)評價HTS對XC等增粘劑的水溶液、鹽水(NaCl、CaCl2或NaCOOH)的高溫保護作用。所用XC和CMC由新疆福利精細化工廠提供，PF-VIS由荊州嘉華科技有限公司提供，NaCl、CaCl2和NaCOOH都是分析純，是成都科龍化工試劑廠的產(chǎn)品。

2.1XC的抗溫性評價

表1 XC純水溶液的抗溫性

筆者在室內(nèi)評價了XC純水溶液的抗溫性，XC的加量均為0.6%。對熱滾前、熱滾后溶液的AV(表觀粘度)進行了測量，并用“AV保持量”來評價XC的抗溫情況，見表1。分析表1可知，隨著熱滾溫度的升高，XC溶液的AV保持量逐漸減小。當(dāng)熱滾條件分別是120℃×24h和130℃×24h時，XC溶液的AV保持量僅為6.7%和2.3%。說明溫度越高，XC降解越多。因此要提高XC的抗溫能力，必須加入抗高溫保護劑。

2.2HTS對增粘劑純水溶液的高溫保護

表2 HTS對增粘劑純水溶液的高溫保護

在熱滾條件120℃×16h下室內(nèi)評價了抗高溫保護劑HTS對XC、CMC及PF-VIS等3種增粘劑的高溫保護作用，見表2。由表2可知，XC、CMC及PF-VIS等3種增粘劑的純水溶液在熱滾后，其表觀粘度普遍大幅度下降，喪失應(yīng)有的增粘性能；而加有一定HTS后，熱滾后的溶液粘度保持在一個可觀的數(shù)值上。HTS對XC、CMC及PF-VIS等3種增粘劑的純水溶液有很強的高溫保護作用。

2.3基液中HTS對增粘劑的高溫保護

“基液”是指“清潔鹽水完井液基液”，具體指在國內(nèi)完井液中廣泛應(yīng)用的NaCl、CaCl2及NaCOOH鹽水。

表3 NaCl鹽水中HTS對增粘劑的高溫保護

1)NaCl 以NaCl為加重劑的鹽水常用作完井液。在熱滾條件120℃×16h下評價了NaCl鹽水中HTS對XC、CMC及PF-VIS的高溫保護作用，結(jié)果見表3。

2)CaCl2CaCl2鹽水體系也是一種常用的完井液體系，使用CaCl2能夠配制密度高達1.40g/cm3左右的完井液。在熱滾條件120℃×16h下分別評價了CaCl2鹽水中HTS對XC、PF-VIS的高溫保護作用，結(jié)果如表4所示。分析表3和表4結(jié)果可得，不論是NaCl鹽水中XC、CMC或PF-VIS，還是CaCl2鹽水中XC或PF-VIS，HTS都對其起到了良好的高溫保護作用。

表4 CaCl2鹽水中HTS對增粘劑的高溫保護

3)NaCOOH 近年來，用甲酸鹽(NaCOOH、KCOOH、CsCOOH等)配制的完井液收到了很好的儲層保護效果，其中NaCOOH的應(yīng)用最廣。甲酸鹽水能減緩許多調(diào)稠劑和降失水劑在高溫高壓下的水解和氧化速度，從而增強其高溫穩(wěn)定性[9]。在熱滾條件120℃×16h下分別評價了HTS對NaCOOH鹽水中XC和PF-VIS的高溫保護作用，見表5。分析表5數(shù)據(jù)可得，甲酸鹽水抑制聚合物降解的作用是有限的，添加HTS后，聚合物(XC、PF-VIS)的降解速度得到了減緩。NaCOOH鹽水中HTS也能起高溫保護作用。

表5 NaCOOH鹽水中HTS對增粘劑的高溫保護

3 結(jié) 論

1)隨著熱滾溫度的升高，XC降解的程度越來越大。無固相清潔鹽水完井液在高溫環(huán)境下應(yīng)用時需要專門的抗高溫保護劑對增粘劑進行高溫保護。

2)不論是純水溶液，還是NaCl鹽水中，抗高溫保護劑HTS對XC、CMC及PF-VIS等增粘劑均有良好的高溫保護作用。在CaCl2及NaCOOH鹽水中，抗高溫保護劑HTS能對增粘劑XC和PF-VIS起到良好的高溫保護作用。

3)抗高溫保護劑HTS易溶于水，抗鹽抗鈣能力強，對NaCl、CaCl2及NaCOOH鹽水中各種增粘劑抗高溫保護作用強，在無固相清潔鹽水中有著廣泛的應(yīng)用價值。

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[3]熊漢橋,王洪福,肖靖,等.新型抗高溫?zé)o固相完井液實驗研究[J].鉆井液與完井液,2011,22(2):45-46.

[4]許娟.新型抗高溫高密度水基鉆井液體系研究[D].成都:西南石油學(xué)院,2004.

[5]楊澤星,孫金聲.高溫(220℃)高密度(2.3g/cm3)水基鉆井液技術(shù)研究[J].鉆井液與完井液,2007,42(5):15-17.

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[7]郭光輝.大慶深探井水基鉆井液體系研究[D]. 大慶:大慶石油學(xué)院,2006.

[8]徐同臺,趙忠舉.21世紀初國外鉆井液和完井液技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004.

[9]徐同臺,熊友明,康毅力.保護油氣層技術(shù)[M].第3版.北京:石油工業(yè)出版社,2010.

[10]鄭力會,張金波,楊虎.新型環(huán)空保護液的腐蝕性研究與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2004,26(2):13-16.

[編輯] 洪云飛

TE254.3

A

1673-1409(2012)05-N093-03

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.05.030

2012-02-12

劉菊泉(1982-)，男，2007年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事儲層保護和完井液方面的研究工作。