旅大特稠油鉆開液體系的制備與性能評價*

賈立新，許 杰，何瑞兵，董平華，陳 毅

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 前言

旅大某油田儲層段原油具有密度、黏度、膠質(zhì)瀝青質(zhì)和凝固點(diǎn)高的特性，無法通過常規(guī)開采手段采出，需要采用熱力采油的方式開發(fā)［1-3］。常用的熱采手段為蒸汽吞吐開發(fā)，注入蒸汽溫度為350℃。由于目前旅大稠油熱采井通常采用水平裸眼井優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填的完井防砂方式，且完井過程中鉆開液不返排，故鉆井液受熱后的儲層保護(hù)是必須考慮的問題。稠油儲層壓力系數(shù)低、埋深較淺，儲層巖石膠結(jié)疏松，孔隙發(fā)育，連通性好，以粒間孔為主，粒間充填物以伊/蒙混層為主，故熱采井鉆開液的低密度、濾失性和抑制性是鉆開液構(gòu)建的重點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)效益差一直是制約旅大稠油高效規(guī)?；_發(fā)的難題，低成本鉆開液體系的構(gòu)建是稠油開發(fā)的必由之路。

儲層巖石具有強(qiáng)水敏、弱酸敏、弱堿敏、強(qiáng)鹽敏的特性，在鉆井過程中，儲層可能存在嚴(yán)重出砂、水敏損害、儲層堵塞、堿敏損害等相關(guān)潛在損害［4-9］。解決這些損害的主要措施是采用強(qiáng)抑制性、弱堿性的無固相易降解鉆開液體系。而針對注入高溫蒸汽造成的損害也需從強(qiáng)抑制性、防乳化、控制pH值、控制儲層溫度驟熱驟冷等方面綜合考慮［10-12］。

因而，熱采井鉆開液體系構(gòu)建的基本思路是強(qiáng)抑制、低濾失、低密度、高溫條件下仍可保證良好的儲層保護(hù)效果以及低成本。結(jié)合特稠油鉆開液體系構(gòu)建思路，本文在現(xiàn)有鉆開液體系基礎(chǔ)上，對添加劑的種類及加量進(jìn)行了優(yōu)化，并對新構(gòu)建的特稠油鉆開液體系開展配伍性、抑制性、儲層保護(hù)等實(shí)驗(yàn)評價，構(gòu)建了滿足稠油井高溫注熱、無返排等特殊施工工藝需求，同時可以實(shí)現(xiàn)水平段鉆完井作業(yè)安全、儲層保護(hù)及成本降低的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

聚胺防膨劑PF-UHIB、聚胺防膨劑PF-HAB、黏土穩(wěn)定劑PF-HCS（陽離子共聚物）、有機(jī)防膨劑CFP、降黏劑FN-1#、降濾失劑EZFLO、流型調(diào)節(jié)劑改性胍膠EZVIS、標(biāo)準(zhǔn)鉆屑Holeplug、膨潤土、煤油、NaOH、pH 值穩(wěn)定劑ACA，中海油田服務(wù)股份有限公司；降黏劑FN-2#，山東淄博市淄川華?；S；降黏劑FN-3#，山東東營東方化學(xué)工業(yè)有限公司；降黏劑FN-4#，山東聚鑫化工有限公司；降黏劑FN-5#，安徽淮南市科迪化工科技有限公司；降黏劑FN-6#，河南新鄉(xiāng)市凱源環(huán)保材料有限公司；旅大特稠油，渤海油田旅大區(qū)塊；模擬地層水礦化度10250 mg/L，無機(jī)鹽質(zhì)量濃度（單位mg/L）為：CaCl22500、MgCl2455、NaHCO3600、Na2SO4135、NaCl 5300、KCl 1260；人造填砂巖心，長60 cm、直徑3.8 cm；模擬海水礦化度31.38 g/L，無機(jī)鹽組成（單位g/L）為：NaCl 21.86、Na2SO43.23、MgCl24.53、CaCl20.93、KCl 0.64、NaHCO30.17、Na2CO30.02。

OFI150-80-1高溫高壓動態(tài)線性頁巖膨脹儀、滲透性堵塞儀，美國OFI 公司；DV-II+PRO 布氏黏度計(jì)、低剪切速率儀，美國Brookfield公司；2100AN臺式濁度儀，貝爾分析儀器（大連）有限公司；CLD-II高溫高壓巖心流動儀，南通儀創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；FANN MODEL 802P 高溫滾子爐、六速黏度計(jì)、JH-III多量程巖心流動試驗(yàn)儀、JHDS-III高溫高壓動態(tài)失水儀，青島恒泰達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司；5000 VP II X射線光電子能譜儀，日本ULVAC-PHI公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 稠油儲層鉆開液體系構(gòu)建

（1）強(qiáng)抑制劑優(yōu)選。取干燥的膨潤土粉末0.5 g置于10 mL 離心管中，加入不同濃度的防膨劑水溶液，充分搖勻，室溫下靜置后，將離心管裝入離心機(jī)，在1500 r/min下離心15 min，記錄膨潤土膨脹后的體積；用同樣的方法分別測定膨潤土在蒸餾水和煤油中的膨脹體積，按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5971—94《注水用黏土穩(wěn)定劑性能評價方法》中的防膨公式計(jì)算防膨劑的防膨率。

（2）降黏劑優(yōu)選。在50℃下，將市面上常見的6種降黏劑分別以1%的體積比加入旅大特稠油與海水的混合液中，按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6316—1997《稠油油藏流體物性分析方法原油黏度測定》測定其混合后的黏度，計(jì)算降黏率。將降黏劑置于老化罐中，260℃下熱滾16 h后加入原油中，攪拌均勻后，在50℃下用低剪切速率儀測定降黏劑對原油的降黏率，通過降黏率反映降黏劑的抗溫性。

（3）處理劑加量優(yōu)化。降濾失劑EZFLO和流型調(diào)節(jié)劑EZVIS 對鉆開液流變性能和濾失量的影響較大。測定不同加量EZFLO、EZVIS對鉆開液流變性及濾失量的影響；并通過Drillbench軟件（美國斯倫貝謝公司），以實(shí)際井為例，根據(jù)鉆開液流變參數(shù)及鉆井工程參數(shù)，模擬攜巖效率達(dá)到90%時，所需處理劑的最少加量。

1.2.2 稠油儲層鉆開液體系性能評價

（1）配伍性。根據(jù)區(qū)塊地層水資料，配制模擬地層水。將模擬地層水與鉆開液濾液（本實(shí)驗(yàn)中鉆開液濾液即鉆開液，若在實(shí)際井中由于鉆進(jìn)過程中混入固相，因此需要用濾紙過濾）按不同體積比混合，用濁度儀測定混合后的濁度值，并觀察是否出現(xiàn)沉淀，評價鉆開液濾液與地層水的配伍性；將原油與鉆開液濾液按不同體積比混合，觀察其配伍性。

（2）抑制性。在60℃熱滾16 h 的條件下，測定鉆開液體系加入強(qiáng)抑制劑前后的鉆屑滾動回收率，評價其抑制性。

（3）熱降解性。將優(yōu)化后的鉆開液60℃熱滾16 h后置于高溫老化爐中，在120數(shù)260℃下進(jìn)行熱降解實(shí)驗(yàn)，用六速黏度計(jì)測定降解1數(shù)7 d后鉆開液的黏度，黏度不再發(fā)生變化即為鉆開液高溫下完全降解的時間，通過X射線光電子能譜分析（XPS）分析產(chǎn)物成分，測定加熱老化后鉆開液的儲層保護(hù)效果。

（4）儲層保護(hù)性。按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6540—2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價方法》和SY/T 6384—1999《稠油油藏高溫相對滲透率測定》，將鉆開液在260℃下熱滾16 h 進(jìn)行降解，在50℃下采用高溫高壓動態(tài)失水儀將降解產(chǎn)物注入巖心，對比損害前后巖心滲透率恢復(fù)值。

2 結(jié)果與討論

2.1 稠油儲層鉆開液體系構(gòu)建

2.1.1 強(qiáng)抑制劑優(yōu)選

防膨劑可以有效防止黏土礦物質(zhì)的水化膨脹和分散運(yùn)移，避免對儲層滲透率造成損害，保持油氣井產(chǎn)量。結(jié)合前期對市面現(xiàn)有抑制劑的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，選擇PF-UHIB、PF-HCS、PF-HAB、CFP 4 種防膨劑進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。由4種防膨劑對膨潤土的防膨效果（表1）可見，CFP的防膨效果最好，說明CFP的抑制性相對最強(qiáng)；且隨著防膨劑濃度變大，防膨效果變好。

表1 4種防膨劑對膨潤土的防膨率

常規(guī)井所用鉆開液體系通常采用KCl 加重，同時提供鉆開液抑制性。渤海稠油油田埋深普遍較淺，地層壓力較低，故需適當(dāng)降低KCl的用量以減小鉆開液密度，避免壓裂地層?？紤]特稠油油田鉆開液體系強(qiáng)抑制性的要求，應(yīng)加入有機(jī)防膨劑CFP。

2.1.2 降黏劑優(yōu)選

與常規(guī)油藏相比，水平段鉆開液與稠油油藏長時間接觸，并在鉆桿攪拌下易發(fā)生乳化增黏現(xiàn)象，降黏劑的加入可有效避免鉆開液的增黏。同時降黏劑可以通過減小地層原油黏度、降低注蒸汽過程的啟動壓力梯度，解決特超稠油投產(chǎn)初期注汽壓力高、注汽量小的矛盾，并能降低生產(chǎn)過程中原油的黏度和流動阻力，從而達(dá)到提高采收率的目的。6種降黏劑高溫老化前后對旅大稠油的降黏效果見表2。降黏劑高溫處理前均能降低原油黏度，其中FN-3#降黏劑的效果最好，1%加量時原油黏度降低率達(dá)到99%。

表2 6種降黏劑老化前后對旅大稠油的降黏率*

降黏劑高溫老化后，只有FN-3#降黏劑的抗溫性符合要求，其余5 種在260℃基本失效，達(dá)不到儲層溫度要求。FN-3#降黏劑高溫老化前后對稠油的降黏效果最好，加量為1%。

2.1.3 處理劑加量優(yōu)化

（1）降濾失劑EZFLO加量優(yōu)化

EZFLO 加量對鉆開液流變性和濾失量的影響見表3。隨著EZFLO加量從0.5%增至3.0%，鉆開液表觀黏度（AV）、塑性黏度（PV）、屈服強(qiáng)度（YP）顯著升高，濾失量大幅降低，API 濾失量（FL（API））從8.8 mL 降至4.4 mL，高溫高壓濾失量（FL（HTHP））從50.8 mL 降至32.0 mL。當(dāng)EZFLO 加量為1.5%時，濾失量降幅最大。EZFLO 適宜的加量為1.0%數(shù)1.5%。

表3 EZFLO加量對鉆開液流變性和濾失量的影響

（2）流型調(diào)節(jié)劑EZVIS加量優(yōu)化

EZFLO 加量對鉆開液流變性和濾失量的影響見表4。隨著EZVIS加量從0.1%增至0.6%，鉆開液AV、PV、YP顯著升高，濾失量逐漸降低，F(xiàn)L（API）從8.8 mL 降至 5.2 mL，F(xiàn)L（HTHP）從 40.4 mL 降至24.8 mL。EZVIS適宜的加量為0.3%數(shù)0.4%。

表4 EZVIS加量對鉆開液流變性和濾失量的影響

通過Drillbench 軟件模擬計(jì)算得出，對于例井，當(dāng)EZVIS 加量為0.3%數(shù)0.4%時，對應(yīng)的EZFLO 的加量至少為1.0%，則攜砂效率可達(dá)90%以上，滿足施工要求。

綜上，結(jié)合旅大特稠油鉆開液體系強(qiáng)抑制、稠油降黏策略，根據(jù)強(qiáng)抑制劑、降黏劑優(yōu)選結(jié)果，及降濾失劑和流型調(diào)節(jié)劑加量優(yōu)化結(jié)果，構(gòu)建滿足旅大某特稠油油田作業(yè)的鉆開液體系：海水+0.2%NaOH+0.2% ACA+1.0%數(shù)1.5% EZFLO+0.3%數(shù)0.4% EZVIS+1% FN-3#+KCl+CFP（根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)用量）。

2.2 稠油儲層鉆開液體系性能

2.2.1 配伍性

地層水與鉆開液濾液以不同比例混合后的濁度值見表5。鉆開液與地層水混合后無沉淀，二者配伍性較好。

表5 地層水與鉆開液濾液之間的配伍性

原油與鉆開液濾液以10∶0、8∶2、5∶5、2∶8、0∶10體積比混合后，油水分層明顯，未見沉淀產(chǎn)生和乳化分散等現(xiàn)象。鉆開液濾液與原油配伍性良好。

2.2.2 抑制性

鉆開液加入1.5%CFP 前后的鉆屑滾動回收率分別為91.00%、95.40%；不加CFP 的鉆開液滾動后鉆屑成顆粒狀，棱角分明，表明鉆開液抑制鉆屑分散能力較強(qiáng)。這是由于鉆開液采用了KCl 加重，大量的KCl 本身就是一種良好的抑制劑，因此鉆開液用KCl加重后，可以考慮不加CFP，兩者可選其一加入，也可同時加入。

2.2.3 降解性

對比鉆開液在120、150、180、200 和260℃下的熱降解性能，鉆開液在180、200、260℃下靜置1 d完全降解（完全降解后的鉆開液和清水的表觀黏度均為2 mPa·s），在150℃靜置1 d已降解、靜置2 d后完全降解并分層，而在120℃靜置7 d后并未降解。其中，溫度越高，降解產(chǎn)物顏色越深，趨于黑色沉淀顆粒狀，表明降解產(chǎn)物受高溫的影響部分碳化。經(jīng)XPS 檢測可知黑色產(chǎn)物為碳單質(zhì)。碳在高溫下較穩(wěn)定，不會對儲層帶來影響，可滿足鉆開液不返排的施工需求。

2.2.4 儲層保護(hù)性

由鉆開液儲層保護(hù)評價結(jié)果（表6）可見，降黏劑的加入有利于提高儲層保護(hù)效果（溫度為260℃時，當(dāng)實(shí)驗(yàn)開展至35 min 時即有較大量漏失，無法繼續(xù)實(shí)驗(yàn)）；高溫降解后的鉆開液對儲層巖心的損害程度較小，巖心滲透率恢復(fù)值均大于85%，具有良好的儲層保護(hù)效果。

表6 鉆開液儲層保護(hù)性能評價結(jié)果

新構(gòu)建的鉆開液體系由于添加劑用量等的優(yōu)化，大大降低了鉆開液成本投入。以每口熱采井（井深2500 m）260 方鉆開液用量計(jì)算，單井可降低鉆開液費(fèi)用49%，有效促進(jìn)稠油油田的規(guī)?；?jīng)濟(jì)化開發(fā)。

3 結(jié)論

適合旅大某特稠油油田的鉆開液應(yīng)為強(qiáng)抑制性、降黏性、儲層保護(hù)性的無固相弱堿性鉆開液體系。通過對添加劑種類和加量的優(yōu)化得到適合旅大某稠油油田儲層的鉆開液配方：海水+0.2%NaOH+0.2% ACA+1.0%數(shù)1.5% EZFLO+0.3%數(shù)0.4%EZVIS+1%降黏劑+KCl+CFP（根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)用量）。優(yōu)化的鉆開液濾液與地層流體的配伍性良好，無沉淀、無乳化堵塞損害；降黏劑的加入有利于提高儲層保護(hù)效果；高溫條件下對儲層的損害較小，滿足儲層保護(hù)需求。

優(yōu)化的鉆開液體系可滿足特稠油油田熱采開發(fā)及無返排的作業(yè)需求，為旅大特稠油熱采井安全高效鉆進(jìn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。