新型高密度清潔復合鹽水完井液

吳若寧，　熊漢橋，　岳超先，　朱杰，　孫運昌，　王啟任

（西南石油大學石油與天然氣工程學院，成都610500）

相比于傳統的完井液，清潔復合鹽水完井液具有固相含量低、礦化度高、抑制能力強、抗鹽性能良好、防水鎖效果好、保護油氣層的效果好等特點[1-3]。但是對于無固相清潔鹽水完井液來說，用價格低廉的鹽類進行加重的完井液密度一般偏低，達不到深井的完井要求。目前來說，想要將無固相清潔鹽水完井液的密度提高到1.8 g/cm3以上，一般通過使用溴化鋅和溴化鈣等價格昂貴的鹽類來完成，完井液的成本很高[4-8]。筆者通過大量實驗，研究出了一種價格低廉的新型抗高溫高密度清潔復合鹽水完井液。該完井液密度可以在一定范圍內進行調節，具有良好的流變性能和儲層保護性能。

1　實驗材料與儀器

1）實驗材料：無水氯化鈣，氯化鋅，抗高溫增黏劑80A-51，陰離子增溶劑LAS-30和非離子表面活性劑SLF-4，抗高溫降濾失劑AMPS，緩蝕劑CS，堿度調節劑Betz-800，蒸餾水。

2）實驗儀器：磁力攪拌機，六速黏度計，DTSH-IV泥漿動態損害評價儀，液體密度計。

2　實驗結果與分析

2.1　無機鹽最大加重密度

通過調研和實驗，筆者選取了溶解量相對較大的無機鹽氯化鈣和氯化鋅作為完井液的無機鹽加重劑。首先進行無機鹽CaCl2和ZnCl2對體系的最大加重密度測試。因為選取的2種無機鹽溫度越高溶解度越大，所以在室溫下分別將無機鹽CaCl2和ZnCl2按照不同用量加入50 mL蒸餾水中，用磁力攪拌機攪拌，直至溶液出現渾濁，并測試室溫下不同用量鹽水體系的密度[9-12]，其結果如圖1所示。

圖1　不同無機鹽加量下的鹽水密度（50 mL）

從圖1可以看出，在室溫下，當50 mL水中加入35 g CaCl2時鹽水體系飽和，此時的密度為1.354 g/cm3；當50 mL蒸餾水中加入90 g ZnCl2時鹽水體系飽和，此時的密度為1.692 g/cm3。為了進一步研究2種無機鹽復合使用對鹽水體系密度的影響，在室溫下將其中一種無機鹽加入到另一種無機鹽的飽和鹽水中，直至鹽水體系再次飽和出現渾濁，測試鹽水密度，實驗結果如圖2、圖3所示。

圖2　飽和ZnCl2鹽水中加入CaCl2后體系密度（50 mL）

從圖2和圖3可以看出，在室溫下向50 mL飽和ZnCl2鹽水中加入CaCl2時，CaCl2的最大加量為35 g，此時的復合鹽水密度為1.765 g/cm3。向飽和50 mLCaCl2鹽水中加入ZnCl2時，ZnCl2的最大加量為45 g，此時的復合鹽水密度為1.610 g/cm3。綜合來說，2種無機鹽CaCl2和ZnCl2復合使用時，鹽水體系能達到的最大密度為1.765 g/cm3，依然達不到深井的完井要求。

2.2　增溶劑對鹽水體系密度的影響

為了在不增加鹽水體系固相含量的條件下增大鹽水體系的密度，筆者通過使用增溶劑的方法來提高無機鹽在鹽水體系中的溶解量，從而達到提高鹽水體系密度的目的[13-14]。通過大量實驗篩選出增溶效果良好的2種增溶劑LAS-30和SLF-4對鹽水體系進行增溶實驗，實驗結果如表1、表2所示。從表1和表2可以看出，增溶劑LAS-30和SLF-4對2種無機鹽都有良好的增溶效果，不同的是增溶劑LAS-30在用量為2%的條件下增溶效果最好，而SLF-4在1%的用量下增溶效果最好。這是因為增溶劑能在水中形成膠團，膠團是微小的膠體粒子，其分散體系屬于膠體溶液， 從而使剩余未溶固相被包藏或吸附， 增大溶解量[4]。為了進一步提高增溶效果，將2種增溶劑按不同用量進行了復配，復配后增溶效果評價結果如表3所示。

表1　增溶劑LAS-30的增溶效果

表2　增溶劑SLF-4的增溶效果

表3　增溶劑復配增溶效果

從表3來看，2種增溶劑復配后的增溶效果更好，這是因為隨著一種表面活性劑加人到另一種帶電荷的表面活性劑中，混合膠團的聚合數會急劇增加，同時膠團過渡到棒狀結構，這種棒狀膠團對增溶于膠團內核的被增溶物具有較大的增溶能力。2種增溶劑的最佳復配用量為2%LAS-30+ 2%SLF-4。

為了進一步提高鹽水體系的密度，室溫下在增溶劑的最佳加量下分別向2種無機鹽的飽和鹽水中加入另外一種無機鹽，直至鹽水體系再次渾濁，并測量鹽水體系的密度， 實驗結果如圖4、圖5所示。

圖4　增溶后飽和CaCl2鹽水中加入ZnCl2的密度（50 mL）

圖5　增溶后飽和ZnCl2鹽水中加入CaCl2的密度（50 mL）

從圖4和圖5可以看出，在2種增溶劑的最優復配用量下，向飽和CaCl2鹽水體系中加入ZnCl2時，體系的最大密度為1.926 g/cm3，向飽和ZnCl2鹽水體系中加入CaCl2時，體系的最大密度為1.884 g/cm3。綜合來看2種無機鹽一起加重時，鹽水體系的最大密度可以達到1.926 g/cm3，此時的增溶劑和無機鹽的用量為2%LAS-30+2%SLF-4+102%CaCl2+180%ZnCl2。并且可以通過調節ZnCl2和CaCl2的加量來調節密度，密度的可調范圍為1.508～1.926 g/cm3。

2.3　高密度無機鹽體系性能評價

在完成鹽水體系的基漿篩選后，按照以下配方配制完井液，然后分別評價完井液的流變性和儲層保護性能。

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完井液流變性能

將配制好的完井液用6速旋轉黏度儀做完井液的流變性能評價，并且用液體密度計測量完井液密度，用pH值試紙測量基漿pH值，結果見表4。

表4　高密度無機鹽完井液流變性能

由表4可以看出，新型完井液熱滾后的表觀黏度為33 mPa·s，能夠很好地完成巖屑等物體的攜帶工作。密度最高達到1.926 g/cm3，在140 ℃的高溫下仍然具有良好的流變性能，能夠滿足深井的完井要求。

2.3.2完井液抗污染能力

在完井過程中可能會遇到鉆屑污染等，所以用某區塊巖屑對新型完井液進行抗巖屑污染能力評價，實驗結果如表5所示。

表5　高密度無機鹽抗巖屑污染實驗

由表5可以看出，在鉆屑加量達10%時，新型完井液體系流動性仍然很好，黏度、切力增加的幅度不是太大，能夠保證完井工作的順利進行。

2.3.3保護儲層性能

使用同一區塊的2塊巖心，采用DTSH-IV泥漿動態損害評價儀對新型完井液和該區塊原來使用的完井液的儲層保護性能進行評價，評價結果如表6所示。從表6可以看出，新型完井液對巖心的損害程度很小，鉆井液污染后的滲透率恢復值可以達到94.2%，保護儲層性能很好，相比于其他體系來說可以很大程度上減小儲層損害[10]。

3　結論

1.在不使用增溶劑的條件下CaCl2和ZnCl2復合鹽水體系的最大密度為1.765 g/cm3，此時2種無機鹽的用量分別為（90 g ZnCl2+35 g CaCl2）/50 mL水。

2.通過增溶劑LAS-30和SLF-4的增溶作用，使用CaCl2和ZnCl2配制的新型無固相清潔鹽水的密度可以達到1.900 g/cm3以上，其配方是2%LAS-30+2%SLF-4+102%CaCl2+180%ZnCl2+ 0.5%80A-51+1%AMPS+1%CS+0.5%Betz-800。

3.新型無固相鹽水完井液具有良好的流變性能和抗高溫性能，沉降穩定性好，能抵抗完井過程中的污染，其滲透率恢復值高達94.2%，相比于其他完井液能更好地保護儲層，減小完井過程中的儲層損害。