清洁盐水完井液中抗高温保护剂的作用研究

2012-11-10刘菊泉西南石油大学研究生学院四川成都610500

长江大学学报(自科版) 2012年13期

关键词：抗温井液粘剂

刘菊泉(西南石油大学研究生学院，四川成都 610500)

于立松(中国石油天然气勘探开发公司，北京 100034)

刘平江(渤海钻探工程公司第五钻井分公司，河北河间 062450)

张永斌，赵煊，严成云(青海油田天然气开发公司，青海格尔木 816000)

清洁盐水完井液中抗高温保护剂的作用研究

刘菊泉(西南石油大学研究生学院，四川成都 610500)

于立松(中国石油天然气勘探开发公司，北京 100034)

刘平江(渤海钻探工程公司第五钻井分公司，河北河间 062450)

张永斌，赵煊，严成云(青海油田天然气开发公司，青海格尔木 816000)

室内复配出了一种抗高温保护剂HTS，该处理剂由3种单剂组成，其主要成分是一种改性树脂。该处理剂易溶于水、抗盐抗钙能力强。室内评价了增粘剂XC的抗温性、HTS对XC等增粘剂的水溶液和盐水溶液(NaCl、CaCl2及NaCOOH)的高温保护作用。结果表明，含有HTS的清洁盐水完井液抗温性强、储层保护效果好，有着很强的推广应用前景。

清洁盐水；完井液；抗高温保护剂；增粘剂

钻井液与完井液中的很多处理剂是有机物，它们大部分是高分子物质，如增粘剂(如XC、HEC、PF-VIS)、降滤失剂(如CMC、PAC)、包被剂(如FA367)等。这些有机高分子物质在长期的高温作用下容易发生降解。高温降解包括高分子化合物的主链断裂和亲水基团与主链连接键断裂2种情况。前一种情况会降低处理剂的相对分子质量，失去高分子化合物的特性，如表观粘度大大减小；后一种情况则会降低处理剂的亲水性，使其抗盐、抗钙能力减弱[1]。随着深井、超深井的不断开发，对钻井液完井液的抗温要求越来越高。提高钻井液完井液抗温性的措施是：一方面，使用本身能抗高温的处理剂(如抗高温增粘剂、抗高温稀释剂、抗高温降滤失剂)；另一方面，在体系中加入能够提高其他处理剂抗温能力的专用处理剂——抗高温保护剂。

抗高温保护剂，是指以改善聚合物热稳定性为目的的添加剂，用它来提高体系的抗温性以保持体系在高温时仍具有优良性能并能降低塑性粘度及动切力[2]。不同的学者对之有不同的称呼，其他常见的称呼有：温度稳定剂、高温稳定剂、高温保护剂等。

为了提高钻井液完井液中有机处理剂的抗温性能，国内外研究开发了大量抗高温保护剂。国外的抗高温保护剂主要有铬褐煤、SSMA1000、磺化聚合物、黑色素衍生物的共聚物等。国内方面，有Na2Cr2O7(或K2Cr2O7)、葡萄糖酸、没食子酸、柠檬酸、酒石酸或这些酸和盐的混合物，以及除氧剂(如Na2SO3)和杀菌剂等；另外，相关文献[3-7]报道过HD-1、SS-01、GBH、HT-1及YGB-1等抗高温保护剂。这些处理剂都能提高体系的抗温性能，主要应用在含膨润土的水基钻井液体系。

石油工业界在生产井中通常使用盐水溶液作为完井液[8]。清洁盐水完井液主要由“盐 + 增粘降滤失剂”组成，体系不含膨润土和其他人为加入的固相(如重晶石)，能大大降低固相损害和水敏损害[9]，是完井液(如射孔液、修井液、封隔液)中应用最广泛的一种体系。

增粘剂的降解，导致体系性能遭到破坏，这将对各种完井作业造成不利影响，最终损害储层。提高盐水中增粘剂的抗温性能是一个举足轻重的问题。

针对当前国内众多抗高温保护剂在清洁盐水中的应用局限性现状，探索研究出一种适合在清洁盐水完井液中应用的抗高温保护剂有着非常重要的意义。

1 抗高温保护剂HTS

室内复配出了一种抗高温保护剂HTS，该处理剂由3种单剂组成，其主要成分是一种改性树脂。HTS有以下特点：①水溶性很好，其水溶液的pH约为11(加量3%左右)，满足钻井液与完井液要求较强碱性的要求；②抗温能力强，能抗200℃的高温而不发生分解；③不增粘(加量5%的情况)、热滚后其粘度也不增加；④与各种处理剂配伍性好，抗盐抗钙能力强；⑤不含任何重金属离子，既不伤害人体，也不污染环境。

2 室内评价

下面笔者在室内评价HTS对XC等增粘剂的水溶液、盐水(NaCl、CaCl2或NaCOOH)的高温保护作用。所用XC和CMC由新疆福利精细化工厂提供，PF-VIS由荆州嘉华科技有限公司提供，NaCl、CaCl2和NaCOOH都是分析纯，是成都科龙化工试剂厂的产品。

2.1XC的抗温性评价

表1 XC纯水溶液的抗温性

笔者在室内评价了XC纯水溶液的抗温性，XC的加量均为0.6%。对热滚前、热滚后溶液的AV(表观粘度)进行了测量，并用“AV保持量”来评价XC的抗温情况，见表1。分析表1可知，随着热滚温度的升高，XC溶液的AV保持量逐渐减小。当热滚条件分别是120℃×24h和130℃×24h时，XC溶液的AV保持量仅为6.7%和2.3%。说明温度越高，XC降解越多。因此要提高XC的抗温能力，必须加入抗高温保护剂。

2.2HTS对增粘剂纯水溶液的高温保护

表2 HTS对增粘剂纯水溶液的高温保护

在热滚条件120℃×16h下室内评价了抗高温保护剂HTS对XC、CMC及PF-VIS等3种增粘剂的高温保护作用，见表2。由表2可知，XC、CMC及PF-VIS等3种增粘剂的纯水溶液在热滚后，其表观粘度普遍大幅度下降，丧失应有的增粘性能；而加有一定HTS后，热滚后的溶液粘度保持在一个可观的数值上。HTS对XC、CMC及PF-VIS等3种增粘剂的纯水溶液有很强的高温保护作用。

2.3基液中HTS对增粘剂的高温保护

“基液”是指“清洁盐水完井液基液”，具体指在国内完井液中广泛应用的NaCl、CaCl2及NaCOOH盐水。

表3 NaCl盐水中HTS对增粘剂的高温保护

1)NaCl 以NaCl为加重剂的盐水常用作完井液。在热滚条件120℃×16h下评价了NaCl盐水中HTS对XC、CMC及PF-VIS的高温保护作用，结果见表3。

2)CaCl2CaCl2盐水体系也是一种常用的完井液体系，使用CaCl2能够配制密度高达1.40g/cm3左右的完井液。在热滚条件120℃×16h下分别评价了CaCl2盐水中HTS对XC、PF-VIS的高温保护作用，结果如表4所示。分析表3和表4结果可得，不论是NaCl盐水中XC、CMC或PF-VIS，还是CaCl2盐水中XC或PF-VIS，HTS都对其起到了良好的高温保护作用。

表4 CaCl2盐水中HTS对增粘剂的高温保护

3)NaCOOH 近年来，用甲酸盐(NaCOOH、KCOOH、CsCOOH等)配制的完井液收到了很好的储层保护效果，其中NaCOOH的应用最广。甲酸盐水能减缓许多调稠剂和降失水剂在高温高压下的水解和氧化速度，从而增强其高温稳定性[9]。在热滚条件120℃×16h下分别评价了HTS对NaCOOH盐水中XC和PF-VIS的高温保护作用，见表5。分析表5数据可得，甲酸盐水抑制聚合物降解的作用是有限的，添加HTS后，聚合物(XC、PF-VIS)的降解速度得到了减缓。NaCOOH盐水中HTS也能起高温保护作用。