张林强，赵俊

(中联煤层气有限责任公司临兴-神府项目指挥部，山西 吕梁 033200)

邓义成，张伟

(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，河北 三河 065201)

鄂尔多斯盆地低渗透气藏新型防水锁剂的研制及性能评价

张林强，赵俊

(中联煤层气有限责任公司临兴-神府项目指挥部，山西 吕梁 033200)

邓义成，张伟

(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，河北 三河 065201)

针对鄂尔多斯盆地致密气低渗透储层，研制出一种新型防水锁剂，该防水锁剂属于氟碳表面活性剂类型。通过测定新型防水锁剂与鄂尔多斯区块地层水配伍性、表面张力、岩心自吸、接触角、渗透率恢复值等试验，对其性能进行室内评价。结果表明，防水锁处理剂与地层配伍性良好，可使表面张力达到超低，岩心自吸水质量最低，接触角可达到78.6°，渗透率恢复率可达到89.6%。该新型防水锁处理剂能有效预防水锁伤害的产生，对改善鄂尔多斯盆地低渗透气藏的开发具有指导意义。

防水锁剂；低渗透气藏；水锁伤害；表面张力

通过对鄂尔多斯盆地临兴-神府区块储层岩石组构物性、黏土矿物组分细致分析，临兴-神府地区岩石的矿物成分主要由石英、黏土矿物、铁白云石组成；黏土矿物中伊利石含量最高，其次为高岭石与伊蒙混层及绿泥石；岩石胶结致密，孔隙、裂缝微发育，为典型低孔低渗储层；孔隙度普遍小于10%，气测渗透率在0.1mD左右，气层孔渗条件差，由于孔道狭窄，毛细管效应十分显著，极易造成水锁损害。防止地层水锁是致密气储层全过程保护的关键[1,2]，通过在钻井液、完井液以及修井液中加入防水锁剂可以有效降低滤液表面张力，达到防水锁的目的。因此，针对鄂尔多斯盆地致密气储层研制出一种新型防水锁剂，该防水锁剂能够降低气液两相表面张力，改变岩石润湿性，达到储层保护的目的。

1 防水锁剂机理研究

普通碳氢型表面活性剂中的氢原子被氟原子取代后即为氟碳型表面活性剂，该类表面活性剂具有极好的表面活性。表面活性剂一般由亲水基与疏水基两部分组成，碳氢型的表面活性剂的疏水基团主要为碳氢链，而氟碳型表面活性剂的疏水基团为氟碳链，因此氟碳型表面活性剂特殊的表面活性与氟元素独特的性质相关。

由于氟原子的电负性以及较高的电离能和氧化势，使得氟碳键(F—C)的键能高于碳氢键(C—H)，因而氟碳链具有比碳氢链更稳定的结构。此外，氟原子不易被极化，因此氟碳链极性比碳氢链更弱。氟碳链较稳定的结构以及较弱的极性，使得其疏水作用远比碳氢链强烈，水溶液中氟碳表面活性剂分子在液-气界面上定向聚集排列后，具有比普通碳氢型表面活性剂分子更强的脱离水溶液倾向，使其具有与其他表面活性剂不同的2种特性。

与普通碳氢型表面活性剂相比，氟碳类表面活性剂具有的特性[3～5]：①在极低的浓度下可将水溶液表面张力降低到很低的水平(18～20mN/m)。②具有良好的化学稳定性，是耐强酸、强碱、耐高温、耐氧化介质体系。③具有良好的相容性。因此，选取一种特殊的氟碳型表面活性剂作为该新型防水锁剂的主要成分。其化学组成如下：

式中：R1为C7～C20的烃基；R2为氢原子或C1～C4的烃基。

2 试验方法

2.1 表面张力测定方法

选用ZLY-01F型自动界面张力测定仪测定，将清洗好的拉环挂在吊环上，打开电源开关；按“任意键”进入测试画面，待显示值稳定后按“零点”存零；把清洗好的样品杯装上纯净水(大约25mL)，置于升降台中央，再按“设定键”设定被测样品的相应密度，设定完后按“确认键”；按“上升键”，待其升到顶端后，浸入样品表面以下，仪器自动停止；按“启动键”升降台自动下降，仪器自动捕捉最大张力值，其读数在71～72mN/m表示正常，若读数较低则进一步清洗样品杯和纯化蒸馏水；蒸馏水测试完以后，输入样品密度，重复以上测试；待读完数后，关掉电源，将铂金环用石油醚清洗干净，置于酒精灯上灼烧，挂于仪器上备用，样品杯先用石油醚清洗，再用蒸馏水清洗直到清洗干净为止。

2.2 岩心自吸测定方法

图1 毛细管自吸装置示意图

毛细管自吸装置如图1所示。参照中国石油天然气行业标准SY/T 5336—2006对岩心进行预处理，选取鄂尔多斯盆地致密砂岩气储层岩心，烘干，称量岩心质量。利用皂泡法测量储层岩样渗透率。室温条件下，将岩心悬挂在电子天平下面的挂钩上，同时将盛有试液的容器放在岩心的正下方，天平归零；通过移动天平下方升降台，将岩心浸入试液液面1mm，此时试液受毛细管力作用侵入岩心；记录吸水量(天平读数)随时间的变化。

3 新型防水锁剂性能评价

3.1 与地层水配伍性结果

取临兴-神府区块配浆水100mL置于烧杯中，加入0.5g新型防水锁剂，充分搅匀后放置24h，溶液呈透明状，无沉淀生成，说明防水锁处理剂与临兴-神府区块配浆水的配伍性良好。将防水锁处理剂溶液与LX-103井地层水以一定浓度混合，在70℃水浴中搅拌10min，静置0.5h，测定溶液浊度变化。LX-103井地层水浊度为8.9，地层水+新型防水锁剂的浊度为9.2，浊度测定试验结果表明，防水锁处理剂与地层水混合后无沉淀产生，浊度无明显变化。由此可知，防水锁处理剂与临兴-神府区块地层水的配伍性良好。

3.2 表面张力测定结果

新型防水锁剂与常用的表面活性剂作比较，用蒸馏水配制质量分数为0.5%的溶液，测量其表面张力，试验结果如表1所示。新型防水锁剂降低表面张力能力最强，这是由于新型水锁剂的非极性基团为氟碳链，极性远比碳氢链小的多，表现出更强的疏水作用。表1中同类产品为市场上常用的氟碳表面活性剂，该类产品的表面活性不如新型防水锁剂的活性高，因此降低表面张力的能力不如新型防水锁剂强。

表1 表面张力测定结果

表2 自吸试验结果

3.3 岩心自吸测定结果

选用鄂尔多斯盆地致密储层岩心，将新型防水锁剂与同类产品做比较，岩心自吸试验结果如表2所示。在相同时间里，加入新型防水锁剂的试液自吸水质量最低，说明该防水锁剂降低表面张力的能力最强。

3.4 岩心接触角试验测定结果

分别进行自吸前、自吸去离子水、自吸质量分数1%的同类产品1溶液、自吸质量分数1%的同类产品2溶液、自吸质量分数1%的新型防水锁剂溶液的岩心接触角测定，试验结果如图2所示。经新型防水锁剂溶液浸泡前后的岩样，接触角由23.7°变为78.6°，这是由于新型防水锁剂溶液的表面张力较低，且可有效地改变岩石界面的润湿性，使岩样由亲水性改变为中性润湿，从而降低溶液所受到的毛细管力，可极大地削弱储层岩石的自吸效应。

图2 自吸水后的岩心接触角测定

3.5 岩心渗透率恢复试验评价

在模拟地层条件(70℃)下进行岩心渗透率恢复试验。利用不同溶液分别饱和鄂尔多斯盆地临兴-神府区块致密气储层砂岩层岩心，岩心饱和后开始用气体驱替，气测渗透率试验结果如表3所示。加入新型防水锁剂以后，岩心渗透率恢复率可以达到89.6%，能够明显提高地层渗透率，保护储层。

表3 渗透率恢复试验结果

4 结论

1)新型防水锁剂是一种氟碳结构的表面活性剂，具有良好的化学稳定性与热稳定性、低表面张力、高表面活性。

2)该新型防水锁剂与临兴-神府区块配浆水及地层水配伍性好，适合在该区块应用。与同类产品相比，其降低表面张力能力最强，岩心自吸液量明显降低，并改变储层岩石表面性质，能将岩心表面润湿性变为中性润湿，减轻储层水锁伤害。

3)该新型防水锁剂能大幅提高渗透率恢复值，说明具有很好的储层保护性能。

[1]丁伟，王娇，谢建波，等.新型表面活性剂在大庆油田低渗透储层的应用[J].石油化工高等学校学报，2014，27(1)：71～74.

[2]徐同台，赵忠举，徐云英.国内外钻井液技术新进展及对21世纪的展望(1)[J].钻井液与完井液，2000，17(6)：30～34.

[3]柳敏，吴茜.防水锁剂的研究进展与展望[J].广州化工，2013，41(5)：32～33.

[4]张琰，崔迎春.低渗气藏主要损害机理及保护方法的研究[J].地质与勘探，2009，36(5)：76～78.

[5]舒勇，鄢捷年，李志勇，等.低孔低渗高压砂岩储层损害机理及保护技术研究[J].钻井液与完井液，2008，25(6)：17～19.

[编辑] 帅群

2016-11-02

张林强(1982-)，男，工程师，从事钻完井研究及工程管理工作，zhanglq6@cnooc.com.cn。

TE254.4

A

1673-1409(2017)11-0043-03

[引著格式]张林强，赵俊，邓义成，等.鄂尔多斯盆地低渗透气藏新型防水锁剂的研制及性能评价[J].长江大学学报(自科版), 2017,14(11):43～45.