新型高密度清洁复合盐水完井液

2018-06-13吴若宁熊汉桥岳超先朱杰孙运昌王启任

钻井液与完井液 2018年2期

吴若宁，　熊汉桥，　岳超先，　朱杰，　孙运昌，　王启任

（西南石油大学石油与天然气工程学院，成都610500）

相比于传统的完井液，清洁复合盐水完井液具有固相含量低、矿化度高、抑制能力强、抗盐性能良好、防水锁效果好、保护油气层的效果好等特点[1-3]。但是对于无固相清洁盐水完井液来说，用价格低廉的盐类进行加重的完井液密度一般偏低，达不到深井的完井要求。目前来说，想要将无固相清洁盐水完井液的密度提高到1.8 g/cm3以上，一般通过使用溴化锌和溴化钙等价格昂贵的盐类来完成，完井液的成本很高[4-8]。笔者通过大量实验，研究出了一种价格低廉的新型抗高温高密度清洁复合盐水完井液。该完井液密度可以在一定范围内进行调节，具有良好的流变性能和储层保护性能。

1　实验材料与仪器

1）实验材料：无水氯化钙，氯化锌，抗高温增黏剂80A-51，阴离子增溶剂LAS-30和非离子表面活性剂SLF-4，抗高温降滤失剂AMPS，缓蚀剂CS，碱度调节剂Betz-800，蒸馏水。

2）实验仪器：磁力搅拌机，六速黏度计，DTSH-IV泥浆动态损害评价仪，液体密度计。

2　实验结果与分析

2.1　无机盐最大加重密度

通过调研和实验，笔者选取了溶解量相对较大的无机盐氯化钙和氯化锌作为完井液的无机盐加重剂。首先进行无机盐CaCl2和ZnCl2对体系的最大加重密度测试。因为选取的2种无机盐温度越高溶解度越大，所以在室温下分别将无机盐CaCl2和ZnCl2按照不同用量加入50 mL蒸馏水中，用磁力搅拌机搅拌，直至溶液出现浑浊，并测试室温下不同用量盐水体系的密度[9-12]，其结果如图1所示。

图1　不同无机盐加量下的盐水密度（50 mL）

从图1可以看出，在室温下，当50 mL水中加入35 g CaCl2时盐水体系饱和，此时的密度为1.354 g/cm3；当50 mL蒸馏水中加入90 g ZnCl2时盐水体系饱和，此时的密度为1.692 g/cm3。为了进一步研究2种无机盐复合使用对盐水体系密度的影响，在室温下将其中一种无机盐加入到另一种无机盐的饱和盐水中，直至盐水体系再次饱和出现浑浊，测试盐水密度，实验结果如图2、图3所示。

图2　饱和ZnCl2盐水中加入CaCl2后体系密度（50 mL）

从图2和图3可以看出，在室温下向50 mL饱和ZnCl2盐水中加入CaCl2时，CaCl2的最大加量为35 g，此时的复合盐水密度为1.765 g/cm3。向饱和50 mLCaCl2盐水中加入ZnCl2时，ZnCl2的最大加量为45 g，此时的复合盐水密度为1.610 g/cm3。综合来说，2种无机盐CaCl2和ZnCl2复合使用时，盐水体系能达到的最大密度为1.765 g/cm3，依然达不到深井的完井要求。

2.2　增溶剂对盐水体系密度的影响

为了在不增加盐水体系固相含量的条件下增大盐水体系的密度，笔者通过使用增溶剂的方法来提高无机盐在盐水体系中的溶解量，从而达到提高盐水体系密度的目的[13-14]。通过大量实验筛选出增溶效果良好的2种增溶剂LAS-30和SLF-4对盐水体系进行增溶实验，实验结果如表1、表2所示。从表1和表2可以看出，增溶剂LAS-30和SLF-4对2种无机盐都有良好的增溶效果，不同的是增溶剂LAS-30在用量为2%的条件下增溶效果最好，而SLF-4在1%的用量下增溶效果最好。这是因为增溶剂能在水中形成胶团，胶团是微小的胶体粒子，其分散体系属于胶体溶液，从而使剩余未溶固相被包藏或吸附，增大溶解量[4]。为了进一步提高增溶效果，将2种增溶剂按不同用量进行了复配，复配后增溶效果评价结果如表3所示。

表1　增溶剂LAS-30的增溶效果

表2　增溶剂SLF-4的增溶效果

表3　增溶剂复配增溶效果

从表3来看，2种增溶剂复配后的增溶效果更好，这是因为随着一种表面活性剂加人到另一种带电荷的表面活性剂中，混合胶团的聚合数会急剧增加，同时胶团过渡到棒状结构，这种棒状胶团对增溶于胶团内核的被增溶物具有较大的增溶能力。2种增溶剂的最佳复配用量为2%LAS-30+ 2%SLF-4。

为了进一步提高盐水体系的密度，室温下在增溶剂的最佳加量下分别向2种无机盐的饱和盐水中加入另外一种无机盐，直至盐水体系再次浑浊，并测量盐水体系的密度，实验结果如图4、图5所示。

图4　增溶后饱和CaCl2盐水中加入ZnCl2的密度（50 mL）

图5　增溶后饱和ZnCl2盐水中加入CaCl2的密度（50 mL）

从图4和图5可以看出，在2种增溶剂的最优复配用量下，向饱和CaCl2盐水体系中加入ZnCl2时，体系的最大密度为1.926 g/cm3，向饱和ZnCl2盐水体系中加入CaCl2时，体系的最大密度为1.884 g/cm3。综合来看2种无机盐一起加重时，盐水体系的最大密度可以达到1.926 g/cm3，此时的增溶剂和无机盐的用量为2%LAS-30+2%SLF-4+102%CaCl2+180%ZnCl2。并且可以通过调节ZnCl2和CaCl2的加量来调节密度，密度的可调范围为1.508～1.926 g/cm3。

2.3　高密度无机盐体系性能评价

在完成盐水体系的基浆筛选后，按照以下配方配制完井液，然后分别评价完井液的流变性和储层保护性能。

2%LAS-30+2%SLF-4+102%CaCl2+180%ZnCl2+0.5%80A-51+1%AMPS+1%CS+0.5%Betz-800

2.3.1完井液流变性能

将配制好的完井液用6速旋转黏度仪做完井液的流变性能评价，并且用液体密度计测量完井液密度，用pH值试纸测量基浆pH值，结果见表4。

表4　高密度无机盐完井液流变性能

由表4可以看出，新型完井液热滚后的表观黏度为33 mPa·s，能够很好地完成岩屑等物体的携带工作。密度最高达到1.926 g/cm3，在140 ℃的高温下仍然具有良好的流变性能，能够满足深井的完井要求。

2.3.2完井液抗污染能力

在完井过程中可能会遇到钻屑污染等，所以用某区块岩屑对新型完井液进行抗岩屑污染能力评价，实验结果如表5所示。

表5　高密度无机盐抗岩屑污染实验

由表5可以看出，在钻屑加量达10%时，新型完井液体系流动性仍然很好，黏度、切力增加的幅度不是太大，能够保证完井工作的顺利进行。

2.3.3保护储层性能

使用同一区块的2块岩心，采用DTSH-IV泥浆动态损害评价仪对新型完井液和该区块原来使用的完井液的储层保护性能进行评价，评价结果如表6所示。从表6可以看出，新型完井液对岩心的损害程度很小，钻井液污染后的渗透率恢复值可以达到94.2%，保护储层性能很好，相比于其他体系来说可以很大程度上减小储层损害[10]。