基于W130-S的新型隱形酸完井液室內(nèi)研究

南 閣，李建林，王昌軍

（長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北荊州 434000）

隱形酸完井液由于其對高價金屬陽離子的螯合作用，可以減少一般堿性工作液所出現(xiàn)的各種有機、無機的沉淀以及近井壁的屏蔽環(huán)。并且隱形酸完井液的酸性特質(zhì)可以使地層中一些酸溶性礦物和膠體產(chǎn)生溶蝕反應，有利于改善儲層，提高油層滲透率，從而達到油井增產(chǎn)的效果[1，2]。隱形酸完井液已在國內(nèi)油田得到廣泛的應用[3-5]，并取得了良好效果。而目前隱形酸加重劑大多是甲酸鹽[6-8]，在應用時出現(xiàn)產(chǎn)生大量CO的現(xiàn)象。CO具有毒性和可燃性，當濃度過高時，會危害到現(xiàn)場施工人員[9]，需研究出新型加重劑，從而對隱形酸完井液進行優(yōu)化，解決現(xiàn)場井底產(chǎn)生CO問題。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器型號及名稱

浮式密度計：分度值為0.001 g/mL；光電濁度計：WZT-2型或同類型儀器；石油產(chǎn)品低溫性能測定儀：BLYF-1B型或其他同類型儀器；溫度計：-50℃～50℃，0℃～100 ℃；循環(huán)水式真空泵：SHZ-D（III）型或其他同類型儀器；布氏漏斗：100 mm；抽濾瓶：500 mL；六速旋轉(zhuǎn)黏度計：ZNN-D6S型或同類儀器；便攜式CO檢測儀；陳化釜（帶內(nèi)襯）：LHG-2A或其他同類型儀器和高溫滾子加熱爐：XGRL-4A。

1.2 實驗藥品

氯化鈉（工業(yè)級）；甲酸鉀（工業(yè)級）；甲酸鈉（工業(yè)級）；黏土穩(wěn)定劑HCS；隱形酸螯合劑HTA；緩蝕劑CA101；W130-S等。

1.3 實驗方法

1.3.1 濁度測定方法 取適量試樣，用布氏漏斗在循環(huán)水式真空泵上進行抽濾，收集濾液，按照光電濁度計的使用方法測定濾液及原液在室溫下的濁度。

1.3.2 完井液緩蝕性評價方法 按照中國石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5329-94《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法》對完井液的腐蝕性以及緩蝕劑性能進行評價。實驗前，用砂紙逐級打磨N80鋼片至1000#，然后使用丙酮和無水乙醇進行脫水脫脂，用冷風吹干后進行稱重。每組實驗平行試樣為3個。在泥漿老化罐內(nèi)分別倒入含緩蝕劑和不含緩蝕劑的腐蝕溶液，將試片懸掛于溶液中，在實驗溫度分別為80℃、90℃和120℃下靜置48 h或72 h。根據(jù)試片失重計算腐蝕速率K，進而計算緩蝕效率E。

其中：ΔG-試片的失重量，g；s-試片的表面積，m2，t-實驗時間，h；ρ-金屬材料的密度，g/cm3，碳鋼的密度為7.85 g/cm3；K、K'-含緩蝕劑、不含緩蝕劑時試片在完井液中的腐蝕速率，mm/a。

1.3.3 完井液防膨性能評價方法 篩取通過100目但不通過200目篩的膨潤土粉，放入電熱恒溫箱烘干備用，取一定量的完井液配成1%的溶液。稱取0.50 g烘干后的膨潤土粉，裝入10 mL離心管，加入配好的抑制劑溶液，充分搖勻，靜置2 h，裝入離心機，在1 500 r/min轉(zhuǎn)速條件下離心15 min，讀出膨潤土體積V1。分別用煤油和自來水代替抑制劑溶液，重復第3步操作，記錄膨潤土體積V0和V2。按照防膨率計算公式：

計算防膨率。

式中：B1-防膨率，%；V0-膨潤土在煤油中的體積，mL；V1-膨潤土在抑制劑中的膨脹體積，mL；V2-膨潤土在水中的體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 甲酸鹽溶液熱解產(chǎn)生CO機理分析

室內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場配方對產(chǎn)生CO原因進行分析，實驗按配方配制隱形酸完井液并用甲酸鹽加重，130℃老化16 h后測所產(chǎn)生CO濃度，結(jié)果（見圖1）。

圖1 不同甲酸鹽加重劑老化后產(chǎn)生CO濃度Fig.1 CO concentration after aging of different formate weighting agents

由圖1可見，甲酸鈉和甲酸鉀溶液在130℃老化后都會產(chǎn)生CO氣體，而且甲酸鈉溶液產(chǎn)生CO更多。并且甲酸鹽溶液在加入其他處理劑后，產(chǎn)生的CO量更大，說明處理劑對甲酸鹽產(chǎn)生CO有一定的催化作用，其中以HTA催化效果最為明顯。即可推斷甲酸鹽是現(xiàn)場產(chǎn)生CO的主要原因。

經(jīng)文獻調(diào)研，甲酸鹽溶液熱分解已經(jīng)做了許多研究[10-12]。甲酸鹽的分解主要分為兩步，以甲酸鈉為例：

由于兩個反應都是可逆反應，（1）（2）反應的逆反應可用于制備甲酸鈉，反應條件也比較容易達到，其中反應（1）溫度為93℃、壓力為1.5 MPa，同樣，在一定溫度和壓強情況下，反應（2）也可以發(fā)生。所以說明甲酸鈉溶液在該條件下能夠分解并產(chǎn)生CO。

2.2 W130-S理化性能分析

分別配制密度為1.304 g/cm3W130-S、甲酸鈉、甲酸鉀溶液，參照上述濁度測定方法以及GB/T3535-2006《石油產(chǎn)品傾點測定方法》測試各項理化性能，將理化性能進行對比，結(jié)果（見表1）。

由表1可知，W130-S溶液與甲酸鈉和甲酸鉀等常用于隱形酸完井液無固相加重劑溶液理化性能相差較小。可以說明W130-S可以滿足作為隱形酸完井液加重劑基礎性能要求。

2.3 W130-S配伍性研究

實驗室根據(jù)隱形酸完井液配方，向密度為1.30 g/cm3W130-S鹽水中逐步加入隱形酸螯合劑HTA、黏土穩(wěn)定劑HCS和緩蝕劑CA101并在室溫測量其pH和濁度，實驗結(jié)果（見表2）。

由表2可知，在向W130-S鹽水中加入隱形酸螯合劑HTA、黏土穩(wěn)定劑HCS后性能變化較小，繼續(xù)加入緩蝕劑CA101后變化較大，但仍小于濁度的工業(yè)標準。說明無固相加重劑W130-S與隱形酸HTA、黏土穩(wěn)定劑HCS和緩蝕劑CA101配伍性良好，能夠滿足該體系要求。

2.4 W130-S鹽水完井液性能評價

2.4.1 W130-S鹽水完井液防膨性評價 根據(jù)完井液配方，使用W130-S加重配制不同密度的隱形酸完井液。并根據(jù)上述防膨性能評價方法測量膨潤土在不同密度下的隱形酸完井液中的防膨效果，結(jié)果（見表3）。

由表3可知，用W130-S加重的不同密度下的隱形酸完井液的防膨率都在80%以上，說明W130-S所配制隱形酸完井液防膨性能優(yōu)異，能夠滿足現(xiàn)場作業(yè)要求。

2.4.2 W130-S隱形酸完井液緩蝕性評價 實驗利用N80鋼片，參照上述完井液緩蝕性評價方法，評價了W130-S所配成密度為1.30 g/cm3隱形酸完井液的腐蝕速率，該實驗條件為80℃靜止48 h，實驗結(jié)果（見表4）。

由表4可知，無固相加重劑W130-S所配成的隱形酸完井液對N80鋼片腐蝕速率為0.039 7 mm/a，該腐蝕速率遠小于行業(yè)標準0.076 mm/a；腐蝕實驗進行48 h后鋼片仍然均勻光亮，說明該隱形酸完井液緩蝕性優(yōu)良。

表1 無固相加重劑W130-S理化性能Tab.1 Physical and chemical properties of solid-free weighting agent W130-S

表2 W130-S與隱形酸配伍性能Tab.2 Compatibility of W130-S with stealth acid

表3 不同密度的W130-S隱形酸完井液防膨效果Tab.3 Anti-swelling effect of different density W130-S implicit acid completion fluid

表4 W130-S隱形酸完井液腐蝕性與緩蝕效果Tab.4 Corrosion inhibition effect of W130-S implicit acid completion fluid

表5 不同加重劑的完井液儲層保護效果Tab.5 Protective effect of completion fluid reservoirs with different weighting agents

2.4.3 W130-S隱形酸完井液儲層保護性評價 實驗準備一定滲透率大小的人造巖心，參照石油天然氣行業(yè)標準SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價方法》，評價不同無固相加重劑所配成的隱形酸完井液的儲層保護效果。將巖心測直徑和長度，然后放到烘箱中105℃恒溫，直到巖樣恒重，待冷卻稱重，放入干燥器保存以待用。用煤油正向測定巖心油相滲透率K0，再在溫度80℃，壓力3.5 MPa，用完井液反向污染時間2 h，最后測定污染后的巖心油相滲透率K1，計算巖心滲透率恢復值K1/K0，實驗結(jié)果（見表5）。

結(jié)果表明，無固相加重劑W130-S所配成的完井液污染巖心2 h后，滲透率恢復值與甲酸鉀、甲酸鈉的滲透率恢復值相差不大，均能達到90%以上，說明其儲層保護性能良好。

2.5 W130-S隱形酸完井液生成CO濃度測評

實驗室按照配方分別配制以甲酸鉀、甲酸鈉、W130-S為無固相加重劑的隱形酸完井液，加重劑的加量均為40%，在130℃條件下熱滾16 h，冷卻開罐。將便攜式CO檢測儀放在罐口檢測，結(jié)果（見圖2）。

圖2 不同加重劑所配隱形酸完井液熱滾后產(chǎn)生COFig.2 CO concentration after hot rolling of the different completion fluid

由圖2可知：在加入體積分數(shù)均為40%的無固相加重劑配成的隱形酸完井液，經(jīng)過老化之后，甲酸鹽分解產(chǎn)生的CO的量遠大于W130-S，并且W130-S產(chǎn)生CO非常少。所以該試劑可以用于代替甲酸鹽在用于隱形酸完井液的加重劑來解決現(xiàn)場甲酸鹽產(chǎn)生CO的問題。

3 結(jié)論

（1）甲酸鈉和甲酸鉀等甲酸鹽加重劑在隱形酸完井液應用中當?shù)貙訙囟瘸^130℃時會產(chǎn)生大量一氧化碳有毒氣體，不利于現(xiàn)場施工進行。

（2）W130-S各項理化性能與甲酸鹽差別不大，滿足工業(yè)要求，且與隱形酸完井液所應用試劑配伍性良好?？纱婕姿猁}在隱形酸完井液中作為無固相加重劑使用。

（3）利用W130-S所配制成的新的隱形酸完井液，緩蝕性好，儲層保護性能優(yōu)良，且不產(chǎn)生CO，可用于解決該甲酸鹽隱形酸完井液熱分解產(chǎn)生CO的問題。