高密度無固相修井液用提切劑性能評(píng)價(jià)及應(yīng)用

麻洪霞，王 歡，羅俊杰，羅米娜

1.成都西油華巍科技有限公司，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610500

完井、修井過程中常使用無固相清潔鹽水體系，如無機(jī)鹽（如NaCl、KCl、CaCl2、CaBr2和ZnBr2等）和有機(jī)鹽（如NaCOOH、KCOOH、CsCOOH、Weigh2、Weigh3和Weigh4等）［1-3］。宋芳［4］開發(fā)的HWJZ-1高密度無固相加重劑是一種復(fù)合鹽，所配制的鹽水與常規(guī)無固相鹽水體系相比，具有密度更高（最高可達(dá)1.82 g/cm3）、腐蝕更小、高溫穩(wěn)定性好、儲(chǔ)層保護(hù)性好、低結(jié)晶溫度適合冬季施工等優(yōu)勢(shì)［5］，作為完井液、修井液，已在東海、塔里木、川渝等油氣區(qū)域應(yīng)用。HWJZ-1高密度無固相加重劑的表觀黏度隨流體密度提高而增大，但其結(jié)構(gòu)黏度（動(dòng)切力、靜切力）極低、攜帶和懸浮能力差，作為修井液使用，不利于井下作業(yè)中攜帶及懸浮泥砂和鐵屑等雜垢［6-10］。因此，需要一種提切劑，能改善HWJZ-1高密度無固相修井液的流變特性，使之具有較好的攜巖能力和井眼凈化能力。筆者曾評(píng)價(jià)過多種用于修井液的增黏提切劑，包括羧甲基纖維素、聚陰離子纖維素、改性瓜膠、黃原膠以及合成的丙烯酰胺類聚合物，它們?cè)贖WJZ-1高密度無固相修井液中極易析出，不能發(fā)揮提切作用。為此，針對(duì)HWJZ-1高密度無固相修井液，本研究開發(fā)一種專用增黏提切劑ZNAD，以期使其具有提高高密度無固相修井液黏度及動(dòng)切力的功能，具有較強(qiáng)的抗溫能力，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ZN-AD提切劑的制備

HWJZ-1高密度無固相修井液用提切劑ZNAD［11］是由混合金屬氧化物水化聚合而成，其制備過程為：①在反應(yīng)釜中，先加入配方量的水，再加入配方量的金屬鹽，溶解，混合均勻；②緩慢加入配方量的堿度調(diào)節(jié)劑，pH維持在9～10；③加入流型調(diào)節(jié)劑，加熱至45℃，攪拌3 h反應(yīng)完成；④產(chǎn)物經(jīng)過過濾、干燥、粉碎，得到最終提切劑ZNAD。

1.2 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

通過實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)提切劑ZN-AD在HWJZ-1高密度無固相修井液中的提切性能、抗溫抗鹽性、高溫穩(wěn)定性等性能指標(biāo)。

1.2.1 提切性能

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、2%、3%、4%的ZN-AD水溶液，養(yǎng)護(hù)24 h備用。在攪拌狀態(tài)下，將HWJZ-1加入ZN-AD水溶液中并調(diào)節(jié)HWJZ-1的用量使密度增至1.6 g/cm3，形成ZN-AD增黏型HWJZ-1無固相修井液（標(biāo)記為ZN-AD@HWJZ-1修井液，下同）。在25℃條件下，按照GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第1部分：水基鉆井液》的規(guī)定，在六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)上測(cè)試樣品溶液φ600、φ300、φ200、φ100、φ6和φ3時(shí)的黏度及10 s、10 min的靜切力，計(jì)算表觀黏度（AV）和動(dòng)切力（YP）。

1.2.2 抗溫抗鹽性

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的ZN-AD水溶液，養(yǎng)護(hù)24 h，再加入HWJZ-1并調(diào)節(jié)HWJZ-1的用量使密度增至1.8 g/cm3，形成ZN-AD@HWJZ-1修井液。與未加ZN-AD的密度為1.8 g/cm3的HWJZ-1高密度無固相修井液一起，分別裝入陳化釜（內(nèi)置內(nèi)襯筒），放入恒溫干燥箱中，于160、170、180、190和200℃溫度下恒溫靜置16 h，然后取出冷卻至室溫，開罐觀察，記錄樣品溶液表面是否析液、是否有分層，并用玻璃棒自由落體于容器底部觀察是否有沉淀；在25℃條件下，按照GB/T 16783.1—2014的規(guī)定，用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試樣品溶液的黏度和切力。

1.2.3 高溫穩(wěn)定性能

分別配制4份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的ZN-AD水溶液，養(yǎng)護(hù)24 h后再用HWJZ-1調(diào)節(jié)密度，形成密度為1.8 g/cm3的ZN-AD@HWJZ-1修井液。與未加ZN-AD的密度為1.8 g/cm3的HWJZ-1高密度無固相修井液一起，分別裝入陳化釜（內(nèi)置內(nèi)襯筒）中，放入恒溫干燥箱中，于160℃溫度下分別靜置恒溫老化1、5、7和10 d，然后取出樣本溶液冷卻至室溫，在25℃條件下，按照GB/T 16783.1—2014的規(guī)定，用泥漿密度計(jì)測(cè)試上層液體密度及下層液體密度，并計(jì)算上下密度差，見式（1）。

式中：Δρ為上下層液體密度差，g/cm3；ρ下為下層液體密度，g/cm3；ρ上為上層液體密度，g/cm3。

將上述樣品溶液整體混合均勻后，按照GB/T 16783.1—2014的規(guī)定，用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試樣品溶液的黏度及切力，然后向老化10 d后的樣品溶液中補(bǔ)加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的ZN-AD提切劑，用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試其黏度和切力；將其置于160℃溫度下靜置老化5 d，測(cè)試其流變性。

2 結(jié)果與分析

2.1 ZN-AD對(duì)HWJZ-1高密度無固相修井液提切性能的影響

實(shí)驗(yàn)考察不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)ZN-AD對(duì)HWJZ-1高密度無固相修井液的表觀黏度（AV）、動(dòng)切力（YP）、10 s和10 min靜切力的影響，結(jié)果見表1。

由表1可知：不加提切劑時(shí)，HWJZ-1高密度無固相修井液初切力、終切力均為0；加入ZN-AD提切劑后，HWJZ-1高密度無固相修井液的表觀黏度、動(dòng)切力、靜切力均隨ZN-AD提切劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加。當(dāng)ZN-AD提切劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)3%和4%時(shí)，動(dòng)切力增加明顯，提切效果顯著提高，表明ZN-AD在HWJZ-1高密度無固相修井液中具有明顯的增黏提切效果。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)ZN-AD對(duì)HWJZ-1高密度無固相修井液增黏提切效果的影響

2.2 ZN-AD對(duì)HWJZ-1高密度無固相修井液抗溫、抗鹽性能的影響

ZN-AD提切劑用于無固相修井液中，修井液的抗溫、抗鹽能力至關(guān)重要［12］。HWJZ-1高密度無固相修井液和ZN-AD@HWJZ-1修井液是用HWJZ-1高密度復(fù)合鹽配制而成，故具有抗鹽能力。對(duì)比評(píng)價(jià)HWJZ-1高密度無固相修井液和ZN-AD@HWJZ-1修井液在160、170、180、190、200℃溫度下的抗溫、抗鹽性能，結(jié)果見表2。

表2 兩種修井液的抗溫、抗鹽性能對(duì)比

由表2可知：未加ZN-AD的HWJZ-1高密度無固相修井液抗溫、抗鹽能力強(qiáng)，但是切力低。添加ZN-AD提切劑的ZN-AD@HWJZ-1修井液，切力明顯得到提高。在160～170℃時(shí)，ZNAD@HWJZ-1修井液無分層、無沉淀、無結(jié)晶析出，黏度和切力變化不大；在180℃時(shí)，其黏度和動(dòng)切力小幅降低；超過190℃高溫后，修井液表面有輕微析液，但流變參數(shù)仍可滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求，表明ZN-AD提切劑具有優(yōu)良的抗溫、抗鹽性能，可抗180℃高溫，可抗高密度鹽水。

2.3 ZN-AD對(duì)HWJZ-1高密度無固相修井液高溫穩(wěn)定性的影響

修井過程中，修井液需要在井下高溫高壓條件下長(zhǎng)時(shí)間靜置，這對(duì)修井液沉降穩(wěn)定性提出了很高的要求。為此，考察修井液在160℃分別恒溫靜置老化1、5、7和10 d的高溫穩(wěn)定性，結(jié)果見表3。

表3 兩種修井液160℃恒溫靜置不同時(shí)間的性能對(duì)比

由表3可知：HWJZ-1高密度無固相修井液本身具有很好的高溫穩(wěn)定性，在160℃溫度下長(zhǎng)時(shí)間靜置無分層、無沉淀、無結(jié)晶，黏度、切力變化不大，上下層不存在密度差，沉降穩(wěn)定性好。ZNAD@HWJZ-1修井液經(jīng)不同時(shí)間高溫老化后，修井液整體性能良好，上下密度差≤0.01 g/cm3，可滿足修井作業(yè)需要。室內(nèi)通過向老化10 d后的ZNAD@HWJZ-1修井液中補(bǔ)加1% ZN-AD提切劑，再次于160℃恒溫靜置老化5 d，修井液性能恢復(fù)情況見表4。由表4可知：補(bǔ)加ZN-AD提切劑的性能可以得到有效恢復(fù)，且再次老化5 d后，其黏度、動(dòng)切力不但沒下降，反而有所增加。

表4 修井液（補(bǔ)加1%ZN-AD）性能恢復(fù)情況

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

河嘉203井是四川川東北一口開發(fā)試驗(yàn)水平井。按照《HJ203H井修井方案》，本井采用無固相修井液體系修井。在修井過程中，為增強(qiáng)壓井/修井液的懸浮固相，攜帶沉砂、雜垢及套銑鉆磨所產(chǎn)生的鐵屑，凈化井眼，防止起下鉆掛卡復(fù)雜情況和卡鉆事故發(fā)生，確保施工安全，設(shè)計(jì)使用ZN-AD增黏型HWJZ-1無固相修井液體系。

配漿罐中殘留有原先施工剩余的少許沖洗液（含有黃原膠、羧甲基纖維素鈉（CMC）等），考慮到現(xiàn)場(chǎng)排放涉及環(huán)保，現(xiàn)場(chǎng)沒有清理配漿罐，而是在罐中直接配制修井液?，F(xiàn)場(chǎng)采用河水配制60 m3ZN-AD@HWJZ-1修井液，其配比為河水+4%ZN-AD提切劑+HWJZ-1高密度無固相加重劑，測(cè)試其入井前后的常規(guī)性能，結(jié)果見表5。

表5 現(xiàn)場(chǎng)修井液常規(guī)性能

入井循環(huán)幾周后，循環(huán)罐表面漂浮大量黃色針孔狀氣泡（圖1），這是由于罐內(nèi)原沖洗液中的聚合物（黃原膠、CMC等）在高密度鹽水中析出，降低了修井液的脫氣能力，致使大量的泡沫聚集在罐內(nèi)液體表面。由表5可知：雖然修井液遭受沖洗液污染，但返出的ZN-AD增黏型HWJZ-1無固相修井液性能依然能滿足設(shè)計(jì)要求，可有效攜帶井底巖屑，保證施工順利。

圖1 循環(huán)罐表面漂浮的泡沫

4 結(jié)論

1）采用混合金屬氧化物水化聚合制備了ZNAD高密度無固相修井液用提切劑，其具有良好的提切效果，能增加HWJZ-1高密度無固相修井液的黏度及動(dòng)切力，具有優(yōu)良的抗溫、抗鹽性能及高溫穩(wěn)定性，能夠滿足施工要求。

2）在四川河嘉203 井進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明：以ZN-AD 為提切劑，在采用河水配制增黏型HWJZ-1 無固相修井液的情況下，該體系仍具有良好的懸浮攜砂能力，保證了修井施工安全順利，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3）現(xiàn)場(chǎng)配制清潔修井液應(yīng)盡可能使用清潔干凈的水，泥漿罐及其循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)盡可能清洗干凈。否則，易影響加重劑溶解，特別是配制高密度無固相修井液時(shí)，易產(chǎn)生氣泡，且氣泡不易消除，影響修井液性能。