高密度无固相修井液用提切剂性能评价及应用

2023-01-16麻洪霞罗俊杰罗米娜

精细石油化工进展 2022年6期

麻洪霞，王欢，罗俊杰，罗米娜

1.成都西油华巍科技有限公司，四川成都 610500；2.西南石油大学化学化工学院，四川成都 610500

完井、修井过程中常使用无固相清洁盐水体系，如无机盐（如NaCl、KCl、CaCl2、CaBr2和ZnBr2等）和有机盐（如NaCOOH、KCOOH、CsCOOH、Weigh2、Weigh3和Weigh4等）［1-3］。宋芳［4］开发的HWJZ-1高密度无固相加重剂是一种复合盐，所配制的盐水与常规无固相盐水体系相比，具有密度更高（最高可达1.82 g/cm3）、腐蚀更小、高温稳定性好、储层保护性好、低结晶温度适合冬季施工等优势［5］，作为完井液、修井液，已在东海、塔里木、川渝等油气区域应用。HWJZ-1高密度无固相加重剂的表观黏度随流体密度提高而增大，但其结构黏度（动切力、静切力）极低、携带和悬浮能力差，作为修井液使用，不利于井下作业中携带及悬浮泥砂和铁屑等杂垢［6-10］。因此，需要一种提切剂，能改善HWJZ-1高密度无固相修井液的流变特性，使之具有较好的携岩能力和井眼净化能力。笔者曾评价过多种用于修井液的增黏提切剂，包括羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素、改性瓜胶、黄原胶以及合成的丙烯酰胺类聚合物，它们在HWJZ-1高密度无固相修井液中极易析出，不能发挥提切作用。为此，针对HWJZ-1高密度无固相修井液，本研究开发一种专用增黏提切剂ZNAD，以期使其具有提高高密度无固相修井液黏度及动切力的功能，具有较强的抗温能力，能够满足现场施工要求。

1 实验部分

1.1 ZN-AD提切剂的制备

HWJZ-1高密度无固相修井液用提切剂ZNAD［11］是由混合金属氧化物水化聚合而成，其制备过程为：①在反应釜中，先加入配方量的水，再加入配方量的金属盐，溶解，混合均匀；②缓慢加入配方量的碱度调节剂，pH维持在9～10；③加入流型调节剂，加热至45℃，搅拌3 h反应完成；④产物经过过滤、干燥、粉碎，得到最终提切剂ZNAD。

1.2 实验评价方法

通过实验评价提切剂ZN-AD在HWJZ-1高密度无固相修井液中的提切性能、抗温抗盐性、高温稳定性等性能指标。

1.2.1 提切性能

配制质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%的ZN-AD水溶液，养护24 h备用。在搅拌状态下，将HWJZ-1加入ZN-AD水溶液中并调节HWJZ-1的用量使密度增至1.6 g/cm3，形成ZN-AD增黏型HWJZ-1无固相修井液（标记为ZN-AD@HWJZ-1修井液，下同）。在25℃条件下，按照GB/T 16783.1—2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》的规定，在六速旋转黏度计上测试样品溶液φ600、φ300、φ200、φ100、φ6和φ3时的黏度及10 s、10 min的静切力，计算表观黏度（AV）和动切力（YP）。

1.2.2 抗温抗盐性

配制质量分数为4%的ZN-AD水溶液，养护24 h，再加入HWJZ-1并调节HWJZ-1的用量使密度增至1.8 g/cm3，形成ZN-AD@HWJZ-1修井液。与未加ZN-AD的密度为1.8 g/cm3的HWJZ-1高密度无固相修井液一起，分别装入陈化釜（内置内衬筒），放入恒温干燥箱中，于160、170、180、190和200℃温度下恒温静置16 h，然后取出冷却至室温，开罐观察，记录样品溶液表面是否析液、是否有分层，并用玻璃棒自由落体于容器底部观察是否有沉淀；在25℃条件下，按照GB/T 16783.1—2014的规定，用六速旋转黏度计测试样品溶液的黏度和切力。

1.2.3 高温稳定性能

分别配制4份质量分数为4%的ZN-AD水溶液，养护24 h后再用HWJZ-1调节密度，形成密度为1.8 g/cm3的ZN-AD@HWJZ-1修井液。与未加ZN-AD的密度为1.8 g/cm3的HWJZ-1高密度无固相修井液一起，分别装入陈化釜（内置内衬筒）中，放入恒温干燥箱中，于160℃温度下分别静置恒温老化1、5、7和10 d，然后取出样本溶液冷却至室温，在25℃条件下，按照GB/T 16783.1—2014的规定，用泥浆密度计测试上层液体密度及下层液体密度，并计算上下密度差，见式（1）。

式中：Δρ为上下层液体密度差，g/cm3；ρ下为下层液体密度，g/cm3；ρ上为上层液体密度，g/cm3。

将上述样品溶液整体混合均匀后，按照GB/T 16783.1—2014的规定，用六速旋转黏度计测试样品溶液的黏度及切力，然后向老化10 d后的样品溶液中补加质量分数为1%的ZN-AD提切剂，用六速旋转黏度计测试其黏度和切力；将其置于160℃温度下静置老化5 d，测试其流变性。

2 结果与分析

2.1 ZN-AD对HWJZ-1高密度无固相修井液提切性能的影响

实验考察不同质量分数ZN-AD对HWJZ-1高密度无固相修井液的表观黏度（AV）、动切力（YP）、10 s和10 min静切力的影响，结果见表1。

由表1可知：不加提切剂时，HWJZ-1高密度无固相修井液初切力、终切力均为0；加入ZN-AD提切剂后，HWJZ-1高密度无固相修井液的表观黏度、动切力、静切力均随ZN-AD提切剂质量分数的增加而增加。当ZN-AD提切剂质量分数达3%和4%时，动切力增加明显，提切效果显著提高，表明ZN-AD在HWJZ-1高密度无固相修井液中具有明显的增黏提切效果。

表1 不同质量分数ZN-AD对HWJZ-1高密度无固相修井液增黏提切效果的影响

2.2 ZN-AD对HWJZ-1高密度无固相修井液抗温、抗盐性能的影响

ZN-AD提切剂用于无固相修井液中，修井液的抗温、抗盐能力至关重要［12］。HWJZ-1高密度无固相修井液和ZN-AD@HWJZ-1修井液是用HWJZ-1高密度复合盐配制而成，故具有抗盐能力。对比评价HWJZ-1高密度无固相修井液和ZN-AD@HWJZ-1修井液在160、170、180、190、200℃温度下的抗温、抗盐性能，结果见表2。

表2 两种修井液的抗温、抗盐性能对比

由表2可知：未加ZN-AD的HWJZ-1高密度无固相修井液抗温、抗盐能力强，但是切力低。添加ZN-AD提切剂的ZN-AD@HWJZ-1修井液，切力明显得到提高。在160～170℃时，ZNAD@HWJZ-1修井液无分层、无沉淀、无结晶析出，黏度和切力变化不大；在180℃时，其黏度和动切力小幅降低；超过190℃高温后，修井液表面有轻微析液，但流变参数仍可满足现场施工需求，表明ZN-AD提切剂具有优良的抗温、抗盐性能，可抗180℃高温，可抗高密度盐水。

2.3 ZN-AD对HWJZ-1高密度无固相修井液高温稳定性的影响

修井过程中，修井液需要在井下高温高压条件下长时间静置，这对修井液沉降稳定性提出了很高的要求。为此，考察修井液在160℃分别恒温静置老化1、5、7和10 d的高温稳定性，结果见表3。

表3 两种修井液160℃恒温静置不同时间的性能对比

由表3可知：HWJZ-1高密度无固相修井液本身具有很好的高温稳定性，在160℃温度下长时间静置无分层、无沉淀、无结晶，黏度、切力变化不大，上下层不存在密度差，沉降稳定性好。ZNAD@HWJZ-1修井液经不同时间高温老化后，修井液整体性能良好，上下密度差≤0.01 g/cm3，可满足修井作业需要。室内通过向老化10 d后的ZNAD@HWJZ-1修井液中补加1% ZN-AD提切剂，再次于160℃恒温静置老化5 d，修井液性能恢复情况见表4。由表4可知：补加ZN-AD提切剂的性能可以得到有效恢复，且再次老化5 d后，其黏度、动切力不但没下降，反而有所增加。

表4 修井液（补加1%ZN-AD）性能恢复情况

3 现场应用

河嘉203井是四川川东北一口开发试验水平井。按照《HJ203H井修井方案》，本井采用无固相修井液体系修井。在修井过程中，为增强压井/修井液的悬浮固相，携带沉砂、杂垢及套铣钻磨所产生的铁屑，净化井眼，防止起下钻挂卡复杂情况和卡钻事故发生，确保施工安全，设计使用ZN-AD增黏型HWJZ-1无固相修井液体系。

配浆罐中残留有原先施工剩余的少许冲洗液（含有黄原胶、羧甲基纤维素钠（CMC）等），考虑到现场排放涉及环保，现场没有清理配浆罐，而是在罐中直接配制修井液。现场采用河水配制60 m3ZN-AD@HWJZ-1修井液，其配比为河水+4%ZN-AD提切剂+HWJZ-1高密度无固相加重剂，测试其入井前后的常规性能，结果见表5。

表5 现场修井液常规性能

入井循环几周后，循环罐表面漂浮大量黄色针孔状气泡（图1），这是由于罐内原冲洗液中的聚合物（黄原胶、CMC等）在高密度盐水中析出，降低了修井液的脱气能力，致使大量的泡沫聚集在罐内液体表面。由表5可知：虽然修井液遭受冲洗液污染，但返出的ZN-AD增黏型HWJZ-1无固相修井液性能依然能满足设计要求，可有效携带井底岩屑，保证施工顺利。