隱形酸HTA 的油田適應性研究
——以渤海C 油田為例

孔慶勝，呂 鵬，趙 鵬，宋 鑫，魯 鵬

（1.中海油田服務股份有限公司,天津 300452；2.中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津 300452）

渤海C 油田勘探發(fā)現(xiàn)的一個大型整裝油田，儲層油層厚度較厚，儲層巖性為砂巖、粉砂巖及泥巖交互層。該油田地層水為碳酸氫鈉型，勘探開發(fā)過程易與鉆完井液中的Ca2+、Mg2+結垢，發(fā)生沉淀反應，造成生產管線或設備阻塞，影響正常生產[1]。作業(yè)過程中鉆完井液不可避免地會侵入儲層，將損害油氣儲層、造成滲透率下降，導致油氣井產能降低[2]。鉆完井液還易使鋼材力學性能退化[3]，造成井下注采系統(tǒng)損壞，嚴重影響油田的正常生產和經營[4,5]。為將勘探開發(fā)過程對儲層的傷害將至最低，需要開發(fā)低傷害性鉆完井液體系。

為了解決水基鉆井液與海水中的Ca2+、Mg2+的結垢趨勢，提高水基鉆井液油田適應性，在傳統(tǒng)完井液配方基礎上，研究了一種隱形酸螯合劑HTA。該螯合劑可以減緩結垢、腐蝕等問題。本文通過濁度測試儀、原子吸收分光光度計、萬能材料試驗機等設備，通過溶解度測試、緩蝕測試等實驗手段，考察了該螯合劑在C 油田上的適應性，為水基鉆井液的現(xiàn)場使用提供理論支持與指導。

1 材料與儀器

一種隱形酸螯合劑（HTA 天津中海油服化學公司）；人工海水（26.518g·L-1NaCl，3.305g·L-1Mg－SO4，22.227g·L-1MgCl2，10.725g·L-1CaCl2，0.202g·L-1NaHCO3，0.725g·L-1KCl，0.083g·L-1NaBr）。

HWS-26 型恒溫水浴鍋（上海一恒儀器有限公司）；DZF-6056 型真空干燥箱（上海一恒儀器有限公司）；2100Q 型便攜式濁度儀（美國哈希公司）；GGX-600 型原子吸收分光光度計（北京海光公司）；漢密爾頓三軸攪拌器（美國OFITE 公司）；D100 型屏顯萬能材料試驗機（廣東越聯(lián)儀器有限公司）；燒杯（500mL）；量筒（100mL）；電子天平（精度0.001g）。

2 結果與討論

2.1 HTA 濃度對濁度的影響

按1∶9 比例取C 油田地層水模擬水與水基鉆井液濾液于燒杯中，混合、搖勻后，分為6 份，記為方案1～6。方案1 為空白對比方案，分別向方案2～6 的混合液中加入濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的HTA，搖勻充分溶解，測量方案1～6 的濁度。

不同方案下的濁度測試結果，見表1。

表1 HTA 濃度與濁度的關系Tab.1 Relationship between HTA concentration and turbidity

由表1 可以看出，不添加HTA 的方案中濁度達181，隨著HTA 濃度的增加，混合液的濁度不斷下降。

2.2 HTA 濃度與無機垢溶解率的關系

水基鉆井液與地層水容易形成無機垢樣，堵塞地層。取具有代表性的CaCO3和MgCO3垢樣為模擬垢樣，與HTA 混合后高速攪拌10min，靜止0.5h。用原子吸收光譜測定濃度為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的HTA 水溶液中CaCO3和MgCO3垢樣的濃度。

不同HTA 濃度、不同垢樣濃度下，溶解率結果見表2。

仿制藥企業(yè)所提的專利挑戰(zhàn)中，大多數(shù)針對的是非活性成分專利。極高的專利挑戰(zhàn)成功率激勵更多的仿制藥企業(yè)對非活性成分專利提出專利挑戰(zhàn)。而從原研藥企業(yè)角度而言，非活性成分專利極高的挑戰(zhàn)成功率又“迫使”其在桔皮書登記更多的專利，從而通過數(shù)量的優(yōu)勢來彌補非活性成分專利在保護效果上的不足。桔皮書中更多的非活性成分專利又必然會導致更多的針對非活性成分專利的挑戰(zhàn)。這樣就形成了一個“怪圈”，使得雙方都需要付出更多的精力和資源來維護或挑戰(zhàn)改進型的非活性成分專利。

表2 HTA 濃度與無機垢溶解率的關系Tab.2 Relationship between HTA concentration and the dissolution rate of inorganic scale

當CaCO3垢樣濃度為508.4mg·L-1時，0.1%的HTA 即可達到90%以上的溶解率；當CaCO3垢樣濃度達到3101.6mg·L-1，需要0.4%的HTA 才可達到90%以上的溶解率。當MgCO3垢樣濃度為53.8mg·L-1時，0.1%的HTA 即可達到100%的溶解率；當MgCO3垢樣濃度達到805.6mg·L-1，需要0.3%的HTA 才可達到90%以上的溶解率。HTA 濃度增加可有效改善CaCO3垢和MgCO3垢的溶解作用。

2.3 HTA 濃度對石英、長石的溶解作用

渤海C 油田屬砂巖油藏，巖石組分以石英、長石為主。為了研究HTA 對地層巖石的影響作用，以石英、長石為代表，考察了不同濃度HTA 濃度對二者的溶解作用。

在分析天平上分別稱取1.00g 石英和長石各4份，加入到濃度分別為0.1%、0.3%、0.5%和1.0%的HTA 溶液中，在80℃恒溫水浴中浸泡24h 后，過濾、烘干、稱重，并計算HTA 對石英和長石的溶解率。

HTA 對各種巖石礦物的影響，見表3。

表3 HTA 對各種巖石礦物的影響Tab.3 Influence of HTA on various rock minerals

由表3 可以看出，HTA 對石英、長石的溶解作用很小，濃度0.3%的HTA，對二者的溶解作用均小于0.5%。實際使用過程中，對地下巖石的影響較小。

2.4 HTA 對N80 鋼的腐蝕評價影響

為了考察HTA 對管柱的腐蝕影響，以N80 鋼為代表，參考實驗標準[6-8]進行緩蝕實驗。

在80℃條件下，采用靜態(tài)掛片失重法考察HTA在完井液、射孔液中對金屬的緩蝕作用。采用人工海水配置的完井液、射孔液各兩份，向每種樣品其中一份中加入0.3%HTA，記為試液1～4，備用。利用無水乙醇清洗8 組金屬掛件，烘干2h 后量取金屬掛件尺寸及質量。將金屬掛件完全浸沒懸掛于試液1～4 中，在80℃條件下恒溫靜置5d，取出金屬掛件用無水乙醇漂洗、擦干掛件表面，恒溫箱中烘干4h。取出掛件用清水沖洗干凈，觀察表面腐蝕情況，清理掛件表面腐蝕處，并用乙醇漂洗，再次烘干2h。量取金屬掛件的質量，利用公式（1）計算腐蝕速率。

式中 v：腐蝕速率，mm·a-1；M：實驗前試樣質量，精確到0.0001g，g；M1：實驗后試樣質量，精確到0.0001g，g；S：試樣的總表面積，cm2；T：實驗時間，h；D：試樣材料的密度，kg·m-3。

利用公式（2）計算緩蝕劑的緩蝕率R。

式中 v0與v 分別為同種樣品空白溶液和添加HTA 后金屬的腐蝕速率，mm·a-1。

HTA 對掛片腐蝕影響見表4。

表4 HTA 的掛片腐蝕影響Tab.4 Corrosion effects of HTA coupons

從表4 可以看出，完井液、射孔液中加入HTA后，會使作業(yè)液酸性增強，在完井液和射孔液中加入0.3%HTA 后，平均腐蝕率小于0.076mm·a-1,其腐蝕性能滿足水質腐蝕標準要求[9]。

2.5 HTA 對N80 鋼的材料力學性能影響

目標作業(yè)液不僅對N80 的緩蝕有影響，還可能影響鋼材的材料力學性能。在緩蝕性能實驗基礎上，進一步研究HTA 對N80 鋼材料力學的影響。

將試片先用濾紙擦凈，然后放入盛有沸程為60～90℃的石油醚或丙酮器皿中，用脫脂棉除去試片表面油脂后，再放入無水乙醇中浸泡5min，進一步脫脂和脫水。取出試片放在濾紙上，用冷風吹干后再用濾紙將試片包好，貯于干燥器中，放置1h 后再測量尺寸和質量，精確至0.1mg。

在80℃條件下，考察HTA 在完井液對金屬鋼材的力學影響。采用人工海水配置完井液兩份，向其中一份中加入0.3%HTA 備用。利用無水乙醇清洗9組金屬掛件，烘干2h 后量取金屬掛件尺寸及質量。將金屬掛件完全浸沒懸掛于試液中，在80℃條件下恒溫靜置5d，取出金屬掛件用無水乙醇漂洗、擦干掛件表面，恒溫箱中烘干4h。

用D100 型屏顯萬能材料試驗機測定其拉伸力學性能，并與未經腐蝕的試件進行對比。結果見表5。

由表5 可以看出，完井液中添加HTA 后對鋼材強度損失率進一步增大，但仍然符合使用要求。

表5 HTA 對N80 鋼的力學性能的影響Tab.5 Influence of HTA on the mechanical properties of A3 steel

3 結論

（1）HTA 可有效改善完井液與地層水的配伍性，添加HTA 后，二者混合液的濁度不斷下降。

（2）HTA 濃度增加，可有效改善CaCO3垢和Mg-CO3垢的溶解作用。

（3）HTA 對石英、長石類的溶解不顯著，不會引起孔道的坍塌，能夠保持儲層孔道的完整性。

（4）添加HTA 的完井液，對鋼材的腐蝕符合行業(yè)要求，對材料的力學性能無明顯影響。