有機(jī)胺抑制劑WAN-1室內(nèi)評(píng)價(jià)及應(yīng)用

劉 偉,鄭志成,郭 輝，仇博識(shí)

(中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司，山東東營(yíng) 257061)

有機(jī)胺水溶性好、低毒，與其它添加劑兼容性強(qiáng)，不易水解。有機(jī)胺的分子結(jié)構(gòu)獨(dú)特，可充填在黏土層間，并把它們束縛在一起，可有效地降低黏土水化膨脹；有機(jī)胺水基鉆井液最核心的部分是新型胺基抑制劑的應(yīng)用[1-2]。通過在常規(guī)水基鉆井液中加入有機(jī)胺作為抑制劑，有機(jī)胺與水作用產(chǎn)生堿性的同時(shí)，有機(jī)胺自身解離為一類具有能與黏土負(fù)電性顆粒吸附性能的陽離子化合物，抑制黏土的水化分散[3-5]。目前常用的氨基抑制劑有多種，且性能指標(biāo)不同，加量范圍也有差異，因此，在新型的有機(jī)胺抑制劑WAN-1應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)之前，需要通過大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其性能特點(diǎn)，并確定其合適的加量。

1 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

1.1 有機(jī)胺WAN-1對(duì)黏土造漿性的影響

抑制膨潤(rùn)土造漿和維持鉆井液流變性的能力是評(píng)價(jià)抑制劑最適用的方法。實(shí)驗(yàn)選用6%的膨潤(rùn)土漿為基漿，加入不同量的有機(jī)胺抑制劑WAN-1后，在120 ℃條件下，高溫滾動(dòng)16 h，自然冷卻后高速攪拌5 min，測(cè)其性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的膨潤(rùn)土含量下，加有WAN-1的實(shí)驗(yàn)漿中，鉆井液表觀黏度和切力明顯低于不加抑制劑的鉆井液，說明WAN-1能有效抑制膨潤(rùn)土的造漿。有機(jī)胺抑制劑WAN-1加量越大，對(duì)黏土的抑制性越強(qiáng)，但有聚結(jié)黏土顆粒的負(fù)效應(yīng)。當(dāng)有機(jī)胺WAN-1加量大于1%時(shí)，實(shí)驗(yàn)漿的塑性黏度、動(dòng)切力、初終切都相應(yīng)減小，濾失量大幅增加。由此，確定有機(jī)胺抑制劑WAN-1的加量范圍為0.5%～1.0%。

1.2 有機(jī)胺對(duì)鉆井液體系流變和濾失性能的影響

實(shí)驗(yàn)選用4%膨潤(rùn)土+2%LV-CMC+2%SMP-1作為1#實(shí)驗(yàn)基漿，6%膨潤(rùn)土+2%LV-CMC+2%SMP-1作為2#實(shí)驗(yàn)基漿，兩種實(shí)驗(yàn)漿中分別加入0.1%、0.2%、0.5%和1%的有機(jī)胺WAN-1，測(cè)其常溫和150 ℃老化16 h后的性能(表1)，從中可看出，隨著有機(jī)胺WAN-1加量的增加，兩種基漿的各項(xiàng)流變參數(shù)都相應(yīng)增加，失水也有增加，但是高溫老化16 h后，各項(xiàng)流變參數(shù)略有降低，且黏土含量的增加對(duì)流變參數(shù)影響不大，這說明有機(jī)胺WAN-1的加入可有效抑制黏土分散。

1.3 頁巖滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)

泥頁巖的水化分散、剝蝕掉塊是其主要特性，因此，測(cè)定泥頁巖的分散狀態(tài)是評(píng)價(jià)抑制劑抑制性能的重要手段和方法。頁巖的分散性能直接關(guān)系到井壁的穩(wěn)定性，因此，它是對(duì)井壁穩(wěn)定性進(jìn)行宏觀評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

選取鹽227-1HF井的巖屑為評(píng)價(jià)巖樣，選用蒸餾水、6%KCl、1%有機(jī)胺WAN-1溶液、2%甲酸鉀和2%硅酸鈉溶液作為被評(píng)價(jià)溶液，將巖樣放入盛有被評(píng)價(jià)溶液的老化罐中，在120℃下，熱滾16h，再將巖樣和被評(píng)價(jià)溶液倒入40目的標(biāo)準(zhǔn)篩，將篩余物清洗、干燥后稱重，最后進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見圖1。

從中可以看出，1%有機(jī)胺WAN-1溶液有較高的頁巖回收率，特別是二次回收率較高，說明有機(jī)胺具有高濃度的胺基基團(tuán)密度，保證有機(jī)胺良好的吸附性能和抑制效果。有機(jī)胺的弱堿性及弱離解性能使得有機(jī)胺作用濃度一直處于平衡狀態(tài)，胺基持續(xù)與地層孔隙表面黏土中最易于水化的基團(tuán)吸附，覆蓋在黏土表面，可進(jìn)一步地防止水化膨脹因素的影響，能夠明顯提高一次回收率和二次回收率[6-7]，有利于保證井壁穩(wěn)定以及保護(hù)油氣層。

表1 有機(jī)胺WAN-1對(duì)黏土鉆井液體系流變性和濾失性能的影響情況

圖1 頁巖滾動(dòng)回收率情況

1.4 巖心浸泡實(shí)驗(yàn)

巖心浸泡實(shí)驗(yàn)是將配制的人工巖心放置到含有不同抑制劑的溶液中，浸泡一段時(shí)間后觀察巖心，根據(jù)巖心的完整程度來評(píng)價(jià)不同抑制劑的抑制防塌能力。將人造巖心分別放入蒸餾水、7%KCl溶液、2%硅酸鈉溶液和1%有機(jī)胺WAN-1溶液中，浸泡48 h，然后進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，巖心在1%有機(jī)胺WAN-1溶液中浸泡48 h后的完整度最高，接近95%，其次為7%KCl溶液中浸泡的巖心，完整度為80%左右。這充分說明1%有機(jī)胺WAN-1溶液的抑制性最好。

1.5 有機(jī)胺WAN-1對(duì)蒙脫土黏土顆粒Zeta的影響

實(shí)驗(yàn)測(cè)定了吸附平衡后的蒙脫土黏土顆粒的Zeta電位隨有機(jī)胺濃度的變化趨勢(shì)，如圖2所示。隨有機(jī)胺WAN-1溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黏土顆粒Zeta電勢(shì)絕對(duì)值先降低，然后緩慢增加，但總體變化幅度不大，均在-45 mV到-30 mV之間，沒有出現(xiàn)典型陽離子活性劑在黏土顆粒上吸附時(shí)所發(fā)生的電荷符號(hào)反轉(zhuǎn)。

圖2 蒙脫土黏土顆粒Zeta電勢(shì)隨有機(jī)胺加量的變化

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)胺WAN-1具有良好的抑制黏土造漿能力和抑制泥頁巖分散能力，且不影響蒙脫土黏土顆粒的Zeta電位。

2 在非常規(guī)油氣藏水平井的應(yīng)用

鹽227區(qū)塊位于勝利油田濟(jì)陽坳陷東營(yíng)凹陷北部陡坡構(gòu)造帶，該地區(qū)沙三中下泥巖微裂縫、層理發(fā)育，極易發(fā)生坍塌掉塊，造成起下鉆憋泵，甚至井塌。因此，確保井壁穩(wěn)定是該地區(qū)鉆井施工成功的關(guān)鍵。

常規(guī)解決地層坍塌的主要技術(shù)是加入足量的防塌材料以加強(qiáng)封堵，提高密度以平衡坍塌壓力，提高黏度以減輕沖刷。隨著技術(shù)的提高，人們認(rèn)識(shí)到抑制黏土分散也是解決地層坍塌的關(guān)鍵[10]。當(dāng)鉆井液中的自由水侵入泥巖裂縫時(shí)，泥巖必定水化分散，嚴(yán)重時(shí)造成井壁坍塌。如果鉆井液中加入適量的抑制劑，抑制劑伴隨自由水侵入地層后，抑制劑抑制泥巖的水化分散，從而減輕井壁失穩(wěn)的可能性。

基于上述理論，結(jié)合實(shí)際情況經(jīng)驗(yàn)和大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)鹽227區(qū)塊非常規(guī)油氣藏水平井，優(yōu)選配制出的WAN-1為主劑封堵防塌鉆井液體系。體系主要配方為：(5%～7%)膨潤(rùn)土+(0.3%～0.5%)PAM +1%有機(jī)胺WAN-1 +(2%～3%)抗鹽抗高溫防塌降濾失劑+(1%～2%)磺化酚醛樹脂+(3%～4%)磺化瀝青+3%超細(xì)碳酸鈣+(6%～8%)原油，并在室內(nèi)對(duì)該體系進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，性能參數(shù)見表2。

表2 有機(jī)胺強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系性能參數(shù)

該體系成功完成鹽227區(qū)塊8口非常規(guī)油氣藏水平井的鉆井，8口井水平位移均大于1 000 m，三開裸眼段最長(zhǎng)的為2 736 m，沙三中下泥巖段長(zhǎng)達(dá)1 150 m左右?，F(xiàn)以鹽227-5HF井為例，介紹有機(jī)胺強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系的應(yīng)用。

鹽227-5HF井完鉆井深4 740m，垂深3 919.35m，水平位移1 429.82m，最大井斜67.95°，三開裸眼段長(zhǎng)2 438m，沙三中下泥巖段長(zhǎng)1 140 m。三開開鉆前將聚合物防塌鉆井液體系轉(zhuǎn)化為有機(jī)胺強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系，該井三開井段鉆井液性能見表3。

表3 鹽227-5HF井三開鉆井液性能

三開井段施工過程中，有機(jī)胺WAN-1抑制作用具有長(zhǎng)效性，鉆井作業(yè)結(jié)束后也具有長(zhǎng)時(shí)間的地層抑制效果。有機(jī)胺抑制劑WAN-1的作用程度不同于季銨鹽類化合物，沒有出現(xiàn)季銨鹽類抑制劑引起的鉆井液性能突變、甚至絮凝現(xiàn)象。

有機(jī)胺抑制劑具有較高的胺基濃度和較高的酸中和當(dāng)量濃度，能吸附在鉆具表面，減輕鉆具的腐蝕；同時(shí)能中和地層酸性氣體，且具有較好的緩沖容量，保證了鉆井液的性能穩(wěn)定[9-10]，這充分說明有機(jī)胺強(qiáng)抑制劑WAN-1有優(yōu)良的抑制性能和防塌能力。

3 結(jié)論

(1)有機(jī)胺強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系具有長(zhǎng)期高效的抑制黏土分散的性能，可保證井壁的穩(wěn)定。

(2)蒙脫土黏土顆粒Zeta的影響實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了有機(jī)胺WAN-1是一種優(yōu)良的抑制劑。

(3)有機(jī)胺強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系，沒有出現(xiàn)季銨鹽類鉆井液性能突變、甚至絮凝現(xiàn)象，能減輕鉆具的腐蝕，保證鉆井液的性能穩(wěn)定。

(4)在勝利油田鹽227區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，有機(jī)胺強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系具有優(yōu)良的抑制性能和防塌能力。

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