新型防水鎖劑的研究與評(píng)價(jià)

閆方平

(承德石油高等?？茖W(xué)校，河北承德 067000)

在油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，鉆井液、完井液及壓裂液等外來(lái)流體進(jìn)入儲(chǔ)層后，由于毛細(xì)管力的滯留作用，地層壓力不能將滯留液完全排出地層，導(dǎo)致儲(chǔ)層的含水飽和度增加，油氣相滲透率降低，這種現(xiàn)象稱為水鎖傷害。國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，引起水鎖傷害的主要原因是毛細(xì)管力自吸作用和液相滯留作用[1-3]。

低滲透油氣藏在我國(guó)分布廣泛，在這些油氣藏的勘探和開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在著很嚴(yán)重的水鎖傷害，嚴(yán)重地影響了低滲透油氣藏的高效開(kāi)發(fā)。研究表明，水鎖傷害是低孔低滲儲(chǔ)層最主要、最嚴(yán)重的損害類型，損害率達(dá)到70%～90%[4-7]。因此，尋找能抑制或解除水鎖傷害的高效防水鎖劑，對(duì)保護(hù)油氣藏有重要意義。

1 防水鎖劑作用機(jī)理及分類

防水鎖劑主要是通過(guò)增大液相與巖石表面的接觸角，降低滯留液界面張力，加快排液速率來(lái)解除儲(chǔ)層水鎖傷害。目前使用的防水鎖劑主要是以下兩大類：表面活性劑和低級(jí)醇。使用表面活性劑作防水鎖劑可以降低液相界面張力，改變巖石表面的潤(rùn)濕性，增大液相與巖石表面的潤(rùn)濕角，從而降低毛細(xì)管阻力；使用低級(jí)醇作防水鎖劑，醇能與水互溶且易揮發(fā)，揮發(fā)時(shí)可將地層滯留水帶出。這兩種物質(zhì)都能提高滯留水的返排能力，從而抑制或解除水鎖傷害[8]。

選擇表面活性劑作為防水鎖劑時(shí)，應(yīng)滿足以下條件：(1)有強(qiáng)的降低界面張力及表面張力能力，能更好地吸附于界面，在井下條件下保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定；(2)表面活性劑能使巖石表面由水濕轉(zhuǎn)變?yōu)闅鉂窕虿糠炙疂瘢?3)具有一定的抗鹽抗溫能力；(4)加入鉆井液后基本不起泡[9]。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

GJS-B12K變頻高速攪拌機(jī)，ZNG-3泥餅失水量測(cè)定儀，ZNN-D6旋轉(zhuǎn)黏度儀，WHF-203三用紫外分析儀，LD-10離心機(jī)，GPR-7變頻式滾子加熱爐，TX550A全量程界面張力及接觸角測(cè)定儀。

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

3%基漿，膨潤(rùn)土、有機(jī)硅醚類防水鎖劑G-1、G-2、G-3、G-4、G-5、G-6、G-7、G-8、G-9、G-10，脂肪酸乙二醇酯類防水鎖劑 D-1、D-2、D-3、D-4。

3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

3.1 有機(jī)硅醚類防水鎖劑篩選

在3%基漿中對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其中G-2、G-3、G-6、G-8、G-9、G-10 防水鎖劑起泡嚴(yán)重，氣泡會(huì)影響鉆井液的密度，給正常鉆進(jìn)及井下安全帶來(lái)危害。因此選擇 G-1、G-4、G-5、G-7在常溫及 140℃×16 h的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表1、表2)。

從表1、表2可以看出，常溫下G-1增加了基漿的黏度和濾失量，而G-4、G-5、G-7對(duì)基漿的性能影響較??；在140℃下老化16 h后，G-4不僅增加基漿的黏度、濾失量、靜切力，而且起泡嚴(yán)重；G-1增加了基漿的黏度、濾失量及靜切力；G-5、G-7則對(duì)基漿的性能影響較小，相對(duì)來(lái)說(shuō)，G-7性能更好。

3.2 脂肪酸乙二醇酯類篩選

在3%基漿中對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其中D-1、D-2在常溫下起泡嚴(yán)重，因此選擇D-3、D-4在常溫及140℃×16 h的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表3、表4)。

從表3、表4中可以看出，在常溫、高溫老化后D-3、D-4對(duì)基漿的流變性、濾失量影響都較小，相對(duì)來(lái)說(shuō)，D-4性能更好。

表1 有機(jī)硅醚在基漿中的性能(常溫)

表2 有機(jī)硅醚在基漿中的性能(140℃×16 h)

表3 脂肪酸乙二醇酯在基漿中的性能(常溫)

表4 脂肪酸乙二醇酯在基漿中的性能(140℃×16 h)

圖1 防水鎖劑在5%基漿中的潤(rùn)滑系數(shù)

圖2 防水鎖劑在5%基漿中的降低率

3.3 潤(rùn)滑性實(shí)驗(yàn)研究

防水鎖劑的加入會(huì)在一定程度上影響鉆井液的潤(rùn)滑性，因此對(duì)篩選出的2種樣品與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的2種產(chǎn)品進(jìn)行了潤(rùn)滑性對(duì)比評(píng)價(jià)。防水鎖劑濃度為0.3%，膨潤(rùn)土含量為5%，所用儀器為極限壓力潤(rùn)滑儀，140℃老化前后的潤(rùn)滑系數(shù)及降低率情況(見(jiàn)圖1、圖2)。

從圖1、圖2可以看出，四種防水鎖劑都具有一定的潤(rùn)滑性，能夠不同程度地降低基漿的潤(rùn)滑系數(shù)。其中防水鎖劑D-4的潤(rùn)滑系數(shù)降低率在常溫和老化后均在50%以上，老化后的潤(rùn)滑性更為明顯，潤(rùn)滑系數(shù)為0.055，降低率達(dá)到了87.1%，潤(rùn)滑效果最好，加量為0.3%時(shí)就能夠滿足油田對(duì)鉆井液潤(rùn)滑系數(shù)的要求(一般為≤0.1)；防水鎖劑匯聚豐、漢科的潤(rùn)滑效果較好，潤(rùn)滑系數(shù)降低率在10%左右；防水鎖劑G-7潤(rùn)滑效果最差。

3.4 表面/界面張力研究

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了水與分析純級(jí)煤油的表面/界面張力，防水鎖劑濃度為0.3%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)圖3)。

圖3 不同防水鎖劑0.3%濃度下油水表面/界面張力

從圖3可以看出，四種防水鎖劑都能夠顯著降低水溶液的表面/界面張力，界面張力降低的尤為明顯。其中，防水鎖劑D-4降低油水表面/界面張力的能力最顯著，水的表面張力由65.964 mN/m降低到15.271 mN/m，油水界面張力由25.866 mN/m降低到1.359 mN/m；防水鎖劑G-7效果最差。

4 結(jié)論

(1)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究表明，防水鎖劑G-7、D-4性能較好，在常溫及140℃老化后對(duì)膨潤(rùn)土漿流變性、濾失量影響較小。

(2)防水鎖劑D-4在加量0.3%時(shí)就能夠顯著降低膨潤(rùn)土漿的潤(rùn)滑系數(shù)，潤(rùn)滑效果明顯；同時(shí)降低油水表面/界面張力能力較強(qiáng)，有利于鉆井液濾液的返排，從而有利于地層滲透性的恢復(fù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］張敏諭，毛美利.長(zhǎng)慶低滲氣藏水鎖效應(yīng)與抑制對(duì)策［J］.低滲透油氣田，1994，4(2)：65－68.

［2］張文斌，李叢峰，施曉雯.醇酸酸化在青海油田的應(yīng)用［J］.油田化學(xué)，2009，26(1)：24－28.

［3］Xue Jinlin，GRIFTTE，HANSENAC.Effect of biodiesel on engine performances and emissions ［J］.Renew Sustain Energy Rev，2011，15(2)：1098-1116.

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

［5］林光榮，邵創(chuàng)國(guó)，徐振鋒，等.低滲氣藏水鎖傷害及解除方法研究［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2003，30(6)：117-118.

［6］耿嬌嬌，鄢捷年，鄧田青，等.低滲透凝析氣藏儲(chǔ)層損害特征及鉆井液保護(hù)技術(shù)［J］.石油學(xué)報(bào)，2011，32(5)：893-899.

［7］李穎穎，蔣官澄，宣揚(yáng)，等.低孔低滲儲(chǔ)層鉆井液防水鎖劑的研制與性能評(píng)價(jià)［J］.鉆井液與完井液，2014，31(2)：9-12.

［8］柳敏，吳茜.防水鎖劑的研究進(jìn)展與展望［J］.廣州化工，2013，41(5)：32-33+42.

［9］歐彪，梁大川，孫勇，等.低滲透氣藏防水鎖劑FS研究及效果評(píng)價(jià)［J］.鉆采工藝，2014，37(3)：98-100.