井筒桥塞清扫液的开发与应用

2021-12-27王改红安子轩闫朝辉

石油化工应用 2021年11期

王改红，安子轩，闫朝辉

（川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司，陕西西安 710018）

目前，国内外可溶桥塞主体材料为铝基或镁基可溶合金，其原理为利用Al 或Mg 在一定温度下的水解反应，实现在盐水溶液中溶解；镁基可溶合金具有密度小、比强度高、易熔炼、溶解率高等优点[1-5]，随着温度升高，可溶桥塞的溶解率提高；Cl-质量浓度升高，可溶合金表面的钝化膜破坏加剧，溶解率相应提高。为保证压裂施工期间桥塞的可靠封隔，通常溶解时间大于3 d。但由于施工异常及加快投产等需求，需要在尽短的时间内加速桥塞溶解，经文献调研，目前用于可溶桥塞的溶解液研究较少，国内西南油气田为解决可溶桥塞在页岩气井中溶解速度慢、溶解残渣多且大的问题，减少连续油管通井钻塞时的遇卡风险，研制出了以盐酸和铁离子缓蚀剂为主的可溶桥塞缓蚀助溶剂[6，7]。

国内外桥塞钻磨工作液主体为滑溜水（减阻水），一般黏度为8～10 mPa·s。特殊工艺下使用滑溜水和线性胶组合工艺，以便于同时满足降低施工泵压和携带钻屑功能[8-10]。长庆地区则普遍采用0.1%～0.2%线性胶作为钻磨液，受生产成本制约，钻磨液需要循环使用，但在反复利用过程中，线性胶由于受到井筒温度及钻磨过程的持续剪切，导致黏度大幅降低，携屑性能不稳定，摩阻增大，泵压上升，对连续油管和井下工具损伤很大[10]。针对低压井、易漏失井等卡钻风险高的情况，西南石油大学、新疆油田等单位均开发了连续油管泡沫钻塞技术，但现场应用报道较少[11]。

针对以上技术难点，室内从桥塞溶解率及井内管材腐蚀速率出发，优化开发出井筒桥塞清扫用桥塞溶解液及钻磨液体系，实现了桥塞溶解率较常规桥塞溶解液提高3 倍以上，腐蚀速率降低72%，钻磨液降阻能力提高15%以上。

1 可溶桥塞溶解液实验

开展可溶桥塞溶解率测试及对P110 套管及管内电缆管材的腐蚀速率测试，以验证桥塞溶解液的助溶性能及对井内管材的缓蚀性能。室内实验依据标准SY/T 5405-2019《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》，实验材料均为长庆区块用可溶桥塞及酸液缓蚀剂。

1.1 溶解剂优选

结合可溶桥塞溶解液技术现状调研，测试了不同溶解剂配方在60 ℃恒温浸泡2 h、4 h 前后质量，计算其溶解率，以筛选溶解剂配方。现场施工可溶桥塞切块在不同溶解剂配方中溶解4 h 后外观（见图1）。溶解率测试数据（见图2）。

图1 可溶桥塞切块在不同溶解剂配方溶解后外观

图2 不同溶解剂配方下的溶解率测试

从图2 结果可以看出，2 h 溶解率较高的溶解剂配方为：10%HCl、5%HCl、CH3COOH，溶解率分别为：733.15 g/（m2·h）、453.77 g/（m2·h）、355.29 g/（m2·h），因此，初步优选5%HCl、10%HCl 及CH3COOH 为溶解剂。

1.2 腐蚀速率测试

在上述溶解剂溶液配方中，分别加入缓蚀剂HJF-94，测试其在60 ℃下对P110 套管挂片、铠装电缆的腐蚀速率，实验结果（见表1）。

表1 60 ℃下不同溶解液配方下的腐蚀速率测试结果

从表1 结果可以看出，P110 管材在CH3COOH+1.5%缓蚀剂溶解液中，腐蚀速率为2.92 g/（m2·h），电缆的腐蚀速率为3.13 g/（m2·h），仅为10%HCl+1.5%缓蚀剂中的18%，表明该溶解液配方能有效降低井内管材腐蚀速率。

1.3 桥塞溶解液配方确定

测试了60 ℃下可溶桥塞切块在CH3COOH+1.5%HJF-94 溶解液中4 h 的溶解率为295.15 g/（m2·h），结合图2 溶解率测试数据可知，该溶解液配方的溶解率为5%KCl 常规桥塞溶解液的4 倍以上。

因此，确定可溶桥塞溶解液配方为：CH3COOH+1.5%HJF-94。

2 桥塞钻磨液实验

2.1 钻磨液用增稠剂的开发

基于聚合物乳液在水中的增黏原理，设计引入AMPS 抗盐功能单体，按照不同比例复配OP-10、溶剂油，按一定的合成方法制成了钻磨液用阴离子聚丙烯酰胺增稠剂XYZM-1，实现该增稠剂在清水及返排液盐水中的快速溶解增黏，从而保证钻磨液体系的携屑及降阻效果。

2.2 钻磨液体系配方确定

结合现场桥塞钻磨工作液黏度，通过测试不同XYZM-1 加量下液体黏度以确定桥塞钻磨液体系配方，黏度测试数据（见表2）。

表2 钻磨液表观黏度测试数据

从表2 数据可以看出，随着增稠剂XYZM-1 加量的增加，钻磨液黏度随着升高，且当XYZM-1 加量为0.6%时，钻磨液黏度12 mPa·s，与现场钻磨液黏度接近，确定钻磨液配方为：配液水+0.6%XYZM-1。且从表观黏度测试数据可以看出，随着XYZM-1 加量的增大，钻磨液黏度随之升高，易于满足现场钻塞初期对钻磨液高降阻性能及钻磨后期对钻磨液高黏携屑的需求，可有效降低卡钻风险，提高钻磨效率[10]。

2.3 钻磨液体系综合性能评价

2.3.1 降阻性能钻磨液需要具备较好的降阻性能，以进一步降低液体摩阻提高钻塞效率。室内利用摩阻仪测定该钻磨液通过圆管两端时的压差，与清水标定数据对比得出相应降阻率，降阻率数据（见图3）。

图3 钻磨液减阻性能测试

由图3 测试结果可知，随着注入排量增加，钻磨液体系降阻率最高为67.5%，降阻效果较常规线性胶降阻率提高15%以上。

2.3.2 耐温耐剪切性能钻磨液在现场往往循环泵注，因此需要其具备良好的耐温耐剪切性能，室内测试了0.6%XYZM-1 钻磨液的耐温耐剪切性，并与现场常规0.15%线性胶性能进行对比，数据（见图4）。由图4可知，60 ℃下持续剪切60 min 后，0.6%XYZM-1 钻磨液黏度8.57 mPa·s，0.15%线性胶黏度为4 mPa·s。2.3.3 携屑性能采用密度与合金材料密度接近的体积密度为1.85 g/cm3的高密度陶粒支撑剂，进行5%、10%、15%砂比下钻磨液的携屑性能测试。室温下静置15 min 支撑剂未出现明显沉降，结果表明该钻磨液体系携屑性能良好。