一種新型低成本防結(jié)垢復(fù)合鹽高密度無(wú)固相壓井液

強(qiáng)杰 ，董軍，尹瑞新，楊建林，韓恩軍，劉恩山，張祖峰，邵彥峰

（1.大港油田公司石油工程研究院，天津 300280；2.大港油田公司第三采油廠，天津 300280；3.大港油田公司第五采油廠，天津 300280；4.大港油田公司第六采油廠，天津 300280）

0 引言

高密度修井液主要用于中高壓油氣井修井作業(yè)，以滿足平衡地層壓力并具有保護(hù)油氣層作用。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的中高密度修井液主要分為3 種體系，高密度鉆井液體系，密度可達(dá)2.6 g/cm3以上；無(wú)固相鹽水體系，密度可達(dá)2.30 g/cm3；高密度油包水修井液，密度在1.40～2.0 g/cm3[1-4]。

高密度鉆井液體系主要依靠黏土的懸浮能力，添加碳酸鈣粉、鐵礦粉、重晶石粉等提高密度，通過(guò)添加其他處理劑維護(hù)其流變性能，具有價(jià)格相對(duì)較低，密度高的特點(diǎn)，但存在加重劑容易沉淀及固相含量過(guò)高等問(wèn)題[5-9]。

無(wú)固相鹽水體系主要利用溴化鈣、溴化鋅、氯化鋅、甲酸鹽加重，形成最高密度為2.3 g/cm3的無(wú)固相鹽水修井液，具有價(jià)格昂貴、漏失大、腐蝕嚴(yán)重、容易結(jié)垢等特點(diǎn)，其中甲酸鹽體系可以克服腐蝕和結(jié)垢難題，是高密度修井液的主要發(fā)展方向。

高密度油包水修井液以高密度鹽水為基液，添加乳化劑及相關(guān)油品形成，必要時(shí)添加固體加重劑。應(yīng)用于高溫、嚴(yán)重水敏性地層，存在環(huán)保性能、體系穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)。

大港油田以往修井過(guò)程中存在許多難題：如普遍采用鹵水壓井造成地層損害，以及板橋注水井壓力高作業(yè)困難等，歧口深層高溫高壓均需要保護(hù)油層的高密度修井液以解決現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)問(wèn)題。目前針對(duì)中高壓力井普遍采用1.4 g/cm3液鈣中密度修井液壓井，不僅容易結(jié)晶不穩(wěn)定，而且還會(huì)與地層水不配伍造成結(jié)垢損害地層導(dǎo)致減產(chǎn)。

1 新型加重劑的研制

新型無(wú)固相加重劑是一種復(fù)合鹽,因?yàn)閱慰恳环N鹽的溶解度不可能達(dá)到所配無(wú)固相壓井液的密度要求，所以必須優(yōu)選溶解度相對(duì)較高的2 種以上的鹽來(lái)復(fù)配組成復(fù)合鹽。該加重劑是由無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽組成,但是如果靠這2 種鹽的自然溶解度來(lái)達(dá)到所配液體的密度是不可能的。

室內(nèi)廣泛選取廉價(jià)的無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)鹽并通過(guò)取代反應(yīng)對(duì)2 種物質(zhì)進(jìn)行改性以及助溶技術(shù)[9]增加了無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)鹽的溶解度，形成可溶性分子間的絡(luò)合物、締合物或復(fù)鹽等來(lái)增大其溶解度。例如：復(fù)鹽是同晶型化合物，由2 種以上的簡(jiǎn)單鹽類(lèi)組成，因?yàn)榫Ц衲茌^大,復(fù)鹽晶體較之組成它的簡(jiǎn)單鹽類(lèi)更穩(wěn)定。組成復(fù)鹽的簡(jiǎn)單鹽所電離出的離子與其在水中溶解所電離出的離子相同。復(fù)鹽可以通過(guò)2 種簡(jiǎn)單鹽的混合溶液處于飽和狀態(tài)下結(jié)晶制得，如硫酸銅銨[（NH4）2SO4·CuSO4·6H2O]可以通過(guò)CuSO4和（NH4）2SO4的溶液混合結(jié)晶而制得。通過(guò)該方法研制了新型無(wú)固相加重劑，該加重劑最高密度可達(dá)1.70 g/cm3（見(jiàn)表1），減少了成本昂貴的甲酸鹽的使用，較同級(jí)別的甲酸鹽體系降低成本50%以上，按甲酸鹽高密度壓井液市場(chǎng)價(jià)計(jì)算單井可節(jié)約成本上百萬(wàn)元[14-19]。

表1 新型加重劑溶液密度隨濃度的變化規(guī)律

2 新型壓井液體系研制

室內(nèi)廣泛選用廉價(jià)的工業(yè)鹽為基液，以降低壓井液體系的綜合成本，同時(shí)添加少量的表面活性劑起增溶作用，使溶質(zhì)進(jìn)入膠束環(huán)境,增溶質(zhì)進(jìn)入膠束的位置和狀態(tài)具體由表面活性劑類(lèi)型和增溶質(zhì)性質(zhì)決定。在此基礎(chǔ)上添加自行研制的新型加重劑，二者復(fù)配后新型加重劑加量由400 g 降到380 g，可進(jìn)一步降低成本，見(jiàn)表2。

表2 兩種鹽類(lèi)優(yōu)化復(fù)配

同時(shí)配套研發(fā)新型阻垢技術(shù)，使體系具有一定的抗鈣鎂離子污染能力，研制了具有分散阻垢作用的復(fù)合藥劑，形成高效防垢壓井液，見(jiàn)表3。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓井液體系中加入適當(dāng)濃度的復(fù)配阻垢劑Fc 后防垢效果比不加明顯，見(jiàn)圖1。

表3 常溫下新型壓井液防垢實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1 阻垢對(duì)比實(shí)驗(yàn)

圖1 中未加阻垢劑的29#樣品混濁，底部有沉淀；而加入阻垢劑27#、28#樣品清澈，未見(jiàn)沉淀物。

由于全部采用廉價(jià)材料作為加重劑相比單一甲酸鹽體系成本要低很多，可以大幅降低成本，而常規(guī)甲酸鉀壓井液最高密度只能達(dá)到1.57g/cm3，而且單方價(jià)格就要1.6 萬(wàn)元，超過(guò)1.57g/cm3的甲酸鹽體系就要用到價(jià)格昂貴的甲酸銫，溴鹽和鋅鹽因?yàn)橛卸居泻η腋g嚴(yán)重成本也高、油層保護(hù)效果差易結(jié)垢，與國(guó)家新安全環(huán)保法不一致，應(yīng)用受到局限性具體對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 國(guó)內(nèi)外常用的高密度壓井液對(duì)比

從表4 可以看出，新型壓井液在各個(gè)指標(biāo)方面都具備較大的優(yōu)勢(shì)，且外觀清澈透明（見(jiàn)圖1），具備廣闊的應(yīng)用空間。

圖2 壓井液外觀圖

3 新型無(wú)固相壓井液綜合性能評(píng)價(jià)

1）良好的穩(wěn)定性。該壓井液技術(shù)密度突破了1.40 g/cm3的上限，可達(dá)1.70 g/cm3，具有良好的穩(wěn)定性,在140～-1 ℃范圍內(nèi)較穩(wěn)定無(wú)結(jié)晶與沉淀出現(xiàn)，見(jiàn)表5。

該技術(shù)不含固相成分，不含鈣鎂等二價(jià)離子，全部采用一價(jià)鹽材料，見(jiàn)表6。表6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，同時(shí)通過(guò)濾紙過(guò)濾稱(chēng)重雜質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，雜質(zhì)含量極低，表明該技術(shù)不含固相成分，不含鈣鎂等二價(jià)離子，全部采用一價(jià)鹽材料。

表6 不同密度的新型壓井液雜質(zhì)測(cè)試

2）良好的抗溫性。新型壓井液在180 ℃熱滾前后密度未發(fā)生變化。

3）良好的油層保護(hù)性能。該壓井液具有較強(qiáng)的抑制頁(yè)巖膨脹的特性，較好的油層保護(hù)性能，巖心滲透率恢復(fù)率大于85%，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表7 巖心傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

4）良好的配伍性和無(wú)毒特性。該技術(shù)全部采用一價(jià)鹽離子，具有良好的配伍性，與碳酸氫鈉型的地層水不同比例混合未出現(xiàn)沉淀結(jié)垢現(xiàn)象（見(jiàn)圖2）。

圖3 該壓井液與地層水配伍性實(shí)驗(yàn)

5）良好的流變性。由圖3 可以看出，該壓井液黏度隨著溫度的升高黏度降低且具有適宜的黏度，既能提高壓井液的流變性，又不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)的泵入難度。

圖4 該壓井液黏溫曲線圖

6）較低的腐蝕性。該壓井液雖然具有較高的礦化度，但是具有低腐蝕的特性，腐蝕率控制在0.1 mm/a 以內(nèi)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)要求，見(jiàn)表9。

表9 壓井液腐蝕性評(píng)價(jià)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前該壓井液在大港油田西40-18 井成功應(yīng)用，該井之前采用重鈣壓井出現(xiàn)了大量的結(jié)垢現(xiàn)象，對(duì)地層以及管柱造成了堵塞。之后采用了1.60 g/cm3的該壓井液體系現(xiàn)場(chǎng)順利完成了作業(yè)，無(wú)結(jié)垢產(chǎn)生，作業(yè)后平均恢復(fù)期1 d，平均恢復(fù)率100%，日產(chǎn)油6 t，油層保護(hù)效果顯著。目前該項(xiàng)技術(shù)已得到海上油田的青睞，市場(chǎng)應(yīng)用空間廣泛。

5 結(jié)論

1.新型壓井液穩(wěn)定性較強(qiáng)，抗溫達(dá)180 ℃。

2.密度突破了常規(guī)無(wú)固相體系的1.4 g/cm3，上限可達(dá)1.70 g/cm3。與同密度甲酸鹽無(wú)固相高密度體系相比成本降低了50%。

3.具有低腐蝕特性，符合標(biāo)準(zhǔn)要求,解決了高礦化度對(duì)工具的腐蝕難題。做到了高密度、低成本、低腐蝕，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破。

4.不含固相成分，不含鈣鎂等易結(jié)垢二價(jià)離子，全部為一價(jià)鹽，不存在產(chǎn)生沉淀堵塞儲(chǔ)層孔喉以及堵卡井下工具的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還具有較強(qiáng)的抗二價(jià)離子結(jié)垢能力，具有良好的抑制頁(yè)巖膨脹的能力，與地層水和儲(chǔ)層巖石及礦物具有良好的配伍性，不會(huì)污染儲(chǔ)層導(dǎo)致減產(chǎn)，巖心滲透率恢復(fù)率大于85%以上。

5.所用處理劑經(jīng)檢測(cè)無(wú)毒，滿足環(huán)保要求。