鄂爾多斯盆地低滲透氣藏新型防水鎖劑的研制及性能評價

張林強，趙俊

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司臨興-神府項目指揮部，山西 呂梁 033200)

鄧義成，張偉

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，河北 三河 065201)

鄂爾多斯盆地低滲透氣藏新型防水鎖劑的研制及性能評價

張林強，趙俊

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司臨興-神府項目指揮部，山西 呂梁 033200)

鄧義成，張偉

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，河北 三河 065201)

針對鄂爾多斯盆地致密氣低滲透儲層，研制出一種新型防水鎖劑，該防水鎖劑屬于氟碳表面活性劑類型。通過測定新型防水鎖劑與鄂爾多斯區(qū)塊地層水配伍性、表面張力、巖心自吸、接觸角、滲透率恢復(fù)值等試驗，對其性能進行室內(nèi)評價。結(jié)果表明，防水鎖處理劑與地層配伍性良好，可使表面張力達到超低，巖心自吸水質(zhì)量最低，接觸角可達到78.6°，滲透率恢復(fù)率可達到89.6%。該新型防水鎖處理劑能有效預(yù)防水鎖傷害的產(chǎn)生，對改善鄂爾多斯盆地低滲透氣藏的開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

防水鎖劑；低滲透氣藏；水鎖傷害；表面張力

通過對鄂爾多斯盆地臨興-神府區(qū)塊儲層巖石組構(gòu)物性、黏土礦物組分細致分析，臨興-神府地區(qū)巖石的礦物成分主要由石英、黏土礦物、鐵白云石組成；黏土礦物中伊利石含量最高，其次為高嶺石與伊蒙混層及綠泥石；巖石膠結(jié)致密，孔隙、裂縫微發(fā)育，為典型低孔低滲儲層；孔隙度普遍小于10%，氣測滲透率在0.1mD左右，氣層孔滲條件差，由于孔道狹窄，毛細管效應(yīng)十分顯著，極易造成水鎖損害。防止地層水鎖是致密氣儲層全過程保護的關(guān)鍵[1,2]，通過在鉆井液、完井液以及修井液中加入防水鎖劑可以有效降低濾液表面張力，達到防水鎖的目的。因此，針對鄂爾多斯盆地致密氣儲層研制出一種新型防水鎖劑，該防水鎖劑能夠降低氣液兩相表面張力，改變巖石潤濕性，達到儲層保護的目的。

1 防水鎖劑機理研究

普通碳氫型表面活性劑中的氫原子被氟原子取代后即為氟碳型表面活性劑，該類表面活性劑具有極好的表面活性。表面活性劑一般由親水基與疏水基兩部分組成，碳氫型的表面活性劑的疏水基團主要為碳氫鏈，而氟碳型表面活性劑的疏水基團為氟碳鏈，因此氟碳型表面活性劑特殊的表面活性與氟元素獨特的性質(zhì)相關(guān)。

由于氟原子的電負性以及較高的電離能和氧化勢，使得氟碳鍵(F—C)的鍵能高于碳氫鍵(C—H)，因而氟碳鏈具有比碳氫鏈更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。此外，氟原子不易被極化，因此氟碳鏈極性比碳氫鏈更弱。氟碳鏈較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以及較弱的極性，使得其疏水作用遠比碳氫鏈強烈，水溶液中氟碳表面活性劑分子在液-氣界面上定向聚集排列后，具有比普通碳氫型表面活性劑分子更強的脫離水溶液傾向，使其具有與其他表面活性劑不同的2種特性。

與普通碳氫型表面活性劑相比，氟碳類表面活性劑具有的特性[3～5]：①在極低的濃度下可將水溶液表面張力降低到很低的水平(18～20mN/m)。②具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是耐強酸、強堿、耐高溫、耐氧化介質(zhì)體系。③具有良好的相容性。因此，選取一種特殊的氟碳型表面活性劑作為該新型防水鎖劑的主要成分。其化學(xué)組成如下：

式中：R1為C7～C20的烴基；R2為氫原子或C1～C4的烴基。

2 試驗方法

2.1 表面張力測定方法

選用ZLY-01F型自動界面張力測定儀測定，將清洗好的拉環(huán)掛在吊環(huán)上，打開電源開關(guān)；按“任意鍵”進入測試畫面，待顯示值穩(wěn)定后按“零點”存零；把清洗好的樣品杯裝上純凈水(大約25mL)，置于升降臺中央，再按“設(shè)定鍵”設(shè)定被測樣品的相應(yīng)密度，設(shè)定完后按“確認鍵”；按“上升鍵”，待其升到頂端后，浸入樣品表面以下，儀器自動停止；按“啟動鍵”升降臺自動下降，儀器自動捕捉最大張力值，其讀數(shù)在71～72mN/m表示正常，若讀數(shù)較低則進一步清洗樣品杯和純化蒸餾水；蒸餾水測試完以后，輸入樣品密度，重復(fù)以上測試；待讀完數(shù)后，關(guān)掉電源，將鉑金環(huán)用石油醚清洗干凈，置于酒精燈上灼燒，掛于儀器上備用，樣品杯先用石油醚清洗，再用蒸餾水清洗直到清洗干凈為止。

2.2 巖心自吸測定方法

圖1 毛細管自吸裝置示意圖

毛細管自吸裝置如圖1所示。參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5336—2006對巖心進行預(yù)處理，選取鄂爾多斯盆地致密砂巖氣儲層巖心，烘干，稱量巖心質(zhì)量。利用皂泡法測量儲層巖樣滲透率。室溫條件下，將巖心懸掛在電子天平下面的掛鉤上，同時將盛有試液的容器放在巖心的正下方，天平歸零；通過移動天平下方升降臺，將巖心浸入試液液面1mm，此時試液受毛細管力作用侵入巖心；記錄吸水量(天平讀數(shù))隨時間的變化。

3 新型防水鎖劑性能評價

3.1 與地層水配伍性結(jié)果

取臨興-神府區(qū)塊配漿水100mL置于燒杯中，加入0.5g新型防水鎖劑，充分攪勻后放置24h，溶液呈透明狀，無沉淀生成，說明防水鎖處理劑與臨興-神府區(qū)塊配漿水的配伍性良好。將防水鎖處理劑溶液與LX-103井地層水以一定濃度混合，在70℃水浴中攪拌10min，靜置0.5h，測定溶液濁度變化。LX-103井地層水濁度為8.9，地層水+新型防水鎖劑的濁度為9.2，濁度測定試驗結(jié)果表明，防水鎖處理劑與地層水混合后無沉淀產(chǎn)生，濁度無明顯變化。由此可知，防水鎖處理劑與臨興-神府區(qū)塊地層水的配伍性良好。

3.2 表面張力測定結(jié)果

新型防水鎖劑與常用的表面活性劑作比較，用蒸餾水配制質(zhì)量分數(shù)為0.5%的溶液，測量其表面張力，試驗結(jié)果如表1所示。新型防水鎖劑降低表面張力能力最強，這是由于新型水鎖劑的非極性基團為氟碳鏈，極性遠比碳氫鏈小的多，表現(xiàn)出更強的疏水作用。表1中同類產(chǎn)品為市場上常用的氟碳表面活性劑，該類產(chǎn)品的表面活性不如新型防水鎖劑的活性高，因此降低表面張力的能力不如新型防水鎖劑強。

表1 表面張力測定結(jié)果

表2 自吸試驗結(jié)果

3.3 巖心自吸測定結(jié)果

選用鄂爾多斯盆地致密儲層巖心，將新型防水鎖劑與同類產(chǎn)品做比較，巖心自吸試驗結(jié)果如表2所示。在相同時間里，加入新型防水鎖劑的試液自吸水質(zhì)量最低，說明該防水鎖劑降低表面張力的能力最強。

3.4 巖心接觸角試驗測定結(jié)果

分別進行自吸前、自吸去離子水、自吸質(zhì)量分數(shù)1%的同類產(chǎn)品1溶液、自吸質(zhì)量分數(shù)1%的同類產(chǎn)品2溶液、自吸質(zhì)量分數(shù)1%的新型防水鎖劑溶液的巖心接觸角測定，試驗結(jié)果如圖2所示。經(jīng)新型防水鎖劑溶液浸泡前后的巖樣，接觸角由23.7°變?yōu)?8.6°，這是由于新型防水鎖劑溶液的表面張力較低，且可有效地改變巖石界面的潤濕性，使巖樣由親水性改變?yōu)橹行詽櫇?，從而降低溶液所受到的毛細管力，可極大地削弱儲層巖石的自吸效應(yīng)。

圖2 自吸水后的巖心接觸角測定

3.5 巖心滲透率恢復(fù)試驗評價

在模擬地層條件(70℃)下進行巖心滲透率恢復(fù)試驗。利用不同溶液分別飽和鄂爾多斯盆地臨興-神府區(qū)塊致密氣儲層砂巖層巖心，巖心飽和后開始用氣體驅(qū)替，氣測滲透率試驗結(jié)果如表3所示。加入新型防水鎖劑以后，巖心滲透率恢復(fù)率可以達到89.6%，能夠明顯提高地層滲透率，保護儲層。

表3 滲透率恢復(fù)試驗結(jié)果

4 結(jié)論

1)新型防水鎖劑是一種氟碳結(jié)構(gòu)的表面活性劑，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性、低表面張力、高表面活性。

2)該新型防水鎖劑與臨興-神府區(qū)塊配漿水及地層水配伍性好，適合在該區(qū)塊應(yīng)用。與同類產(chǎn)品相比，其降低表面張力能力最強，巖心自吸液量明顯降低，并改變儲層巖石表面性質(zhì)，能將巖心表面潤濕性變?yōu)橹行詽櫇?，減輕儲層水鎖傷害。

3)該新型防水鎖劑能大幅提高滲透率恢復(fù)值，說明具有很好的儲層保護性能。

[1]丁偉，王嬌，謝建波，等.新型表面活性劑在大慶油田低滲透儲層的應(yīng)用[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報，2014，27(1)：71～74.

[2]徐同臺，趙忠舉，徐云英.國內(nèi)外鉆井液技術(shù)新進展及對21世紀(jì)的展望(1)[J].鉆井液與完井液，2000，17(6)：30～34.

[3]柳敏，吳茜.防水鎖劑的研究進展與展望[J].廣州化工，2013，41(5)：32～33.

[4]張琰，崔迎春.低滲氣藏主要損害機理及保護方法的研究[J].地質(zhì)與勘探，2009，36(5)：76～78.

[5]舒勇，鄢捷年，李志勇，等.低孔低滲高壓砂巖儲層損害機理及保護技術(shù)研究[J].鉆井液與完井液，2008，25(6)：17～19.

[編輯] 帥群

2016-11-02

張林強(1982-)，男，工程師，從事鉆完井研究及工程管理工作，zhanglq6@cnooc.com.cn。

TE254.4

A

1673-1409(2017)11-0043-03

[引著格式]張林強，趙俊，鄧義成，等.鄂爾多斯盆地低滲透氣藏新型防水鎖劑的研制及性能評價[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2017,14(11):43～45.