聚胺完井液的研制与应用

王 健 邓义成 苗海龙 胡进军 耿 铁 罗健生 张 伟

（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部）

聚胺完井液的研制与应用

王 健 邓义成 苗海龙 胡进军 耿 铁 罗健生 张 伟

（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部）

研制了一种以聚胺抑制剂PF－HAB为主剂的清洁无固相完井液——聚胺完井液。室内评价与现场应用结果表明：聚胺抑制剂PF－HAB具有很好的粘土膨胀抑制性和降低油水界面张力能力，所研制的聚胺完井液呈弱碱性，具有油水界面张力低、防膨能力与高价离子螯合能力强、储层保护性能与防腐蚀性能好的特点，适用于低孔低渗储层、酸敏性地层以及疏松砂岩储层的完井作业。目前所研制的聚胺完井液已成功应用于LD32－2、SZ36－1、JZ25－1等油田完井作业，取得了良好的储层保护效果。

聚胺完井液 性能评价 现场应用 储层保护

近20年来，新材料、新技术的不断研发推动了钻探技术的发展，中国海上油田完井液已从无固相清洁盐水完井液发展为无固相聚合物盐水完井液［1－3］。作为国际上第三代高性能水基钻井液的主剂，有关聚胺抑制剂的研究正在逐年升温。聚胺抑制剂是一种结构独特的多元聚胺，含有较多的胺基（－NH2），具有完全水溶、低毒、水溶液呈碱性、可与其它添加剂一起使用等特点，可充填在粘土晶片之间并将晶片束缚在一起，有效地减少页岩从周围的溶液中吸附水分子的倾向，从而抑制页岩膨胀。

针对海上疏松砂岩储层［4－5］、酸敏性储层及低孔低渗储层［6］，结合有关聚胺抑制剂的研究［7］，中海油田服务股份有限公司研制出了一种以聚胺抑制剂PF－HAB［8］为主剂，呈弱碱性、具有较强的高价金属离子螯合能力和低油水界面张力等特点的新型完井液——聚胺完井液，该聚胺完井液已经获国家发明专利［9］，目前已在LD32－2、SZ36－1、JZ25－1等油田应用，取得了良好的储层保护效果。

图1 聚胺抑制剂PF－HAB吸附量测试结果

1 聚胺抑制剂PF－HAB性能评价

1．1 吸附量测定

聚胺抑制剂PF－HAB在膨润土表层的吸附量测试结果见图1。从图1可以看出，PF－HAB在膨润土表层吸附量较大，说明所研制的聚胺能快速吸附在膨润土表面，有利于阻止泥页岩的水化。

1．2 XRD测试

吸附了聚胺抑制剂PF－HAB的膨润土的XRD衍射曲线见图2。从图2可知，PF－HAB能进入膨润土的晶层，从而可以阻止水分的进入，防止泥页岩的膨胀。

1．3 界面张力测试

油水界面张力采用铂金环法测试，油相采用煤油，试验采用ZLY－01F型自动界面张力测定仪。图3为不同加量时不同处理剂的油水界面张力测试结果，其中，FC、HAR、SD－905、SATRO、HDR为表面活性剂，UHIB为另一种聚胺抑制剂。从图3可以看出，PF－HAB具有明显的降低界面张力的能力。

1．4 防膨抑制性测试

选取聚胺抑制剂PF－HAB、UHIB和粘土稳定剂HCS作为测试对象，作防膨抑制性实验，试验方法采用离心法，实验结果如图4所示。由图4可以看出，单独使用时相同加量条件下PF－HAB的防膨效果要好于聚胺抑制剂UHIB和粘土稳定剂HCS。

图2 吸附了PF－HAB的膨润土（MMT）XRD衍射曲线（MMT层间距为12．51。A，PF－HAB＋MMT层间距为14．00。A，PF－HAB＋MMT＋1%NaCl层间距为14．66。A，PF－HAB＋MMT＋1%KCl层间距为14．42。A，PF－HAB＋MMT＋0．2%CaCl2层间距为14．28。A）

图3 不同加量时不同处理剂的油水界面张力测试结果

图4 不同处理剂、不同加量时的防膨率关系图

2 螯合剂优选

完井液在作业中可能与地层水接触，地层中的钙、镁等高价金属离子在p H值大于7的条件下易形成沉淀而堵塞孔隙，造成固相损害，因此需要在完井液中加入适量的螯合剂对钙、镁等离子进行螯合。通过对不同条件下钙、镁离子的螯合值的测试与分析选取钙螯合值进行螯合剂的优选，钙螯合值是指每克试样螯合的碳酸钙的毫克数，测试条件为p H值范围7～9、温度50～90℃。图5为90℃时不同螯合剂在不同p H值条件下的钙螯合值。经过大量试验，所优选出的螯合剂HTAAL在不同温度和p H＝7～9条件下螯合能力最强。

图5 90℃时不同螯合剂在不同p H值条件下的钙螯合值测试结果

3 聚胺完井液配方研制及性能评价

3．1 配方研制

完井液一般由各种功能性处理剂如页岩稳定剂、金属离子螯合剂、缓蚀剂、p H值调节剂、加重剂等复合配制而成，各种处理剂的配伍性是完井液开发的重点。PF－HAB为聚胺抑制剂，水溶液呈碱性，可作为p H值调节剂使用，同时还可作为页岩抑制剂和降低油水界面张力的助排剂。聚胺抑制剂PF－HAB与筛选出的碱性螯合剂HTAAL以及缓蚀剂CA－101（海上完井液用缓蚀剂［10］）经过反复多次的配伍性试验，最终研制出的聚胺完井液体系配方为：过滤海水＋1%PF－HAB＋0．5%HTAAL＋0．5%CA－101（加重到需要密度）。

3．2 基本性能评价

所研制的聚胺完井液基本性能见表1。从表1可以看出，聚胺完井液具有界面张力很低、防膨抑制性强、p H值中性或弱碱性等基本性能特点。

表1 所研制的聚胺完井液基本性能

3．3 储层保护性能评价

按照石油天然气行业标准SY／T6540－2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》，采用岩心流动实验装置、高温高压动损害实验仪等模拟钻井条件，评价了所研制的聚胺完井液储层保护效果，结果见表2。由表2可以看出，所研制的聚胺完井液岩心渗透率恢复值达到99．89%，具有很好的油气层保护作用。

表2 所研制的聚胺完井液体系储层保护实验结果

3．4 防腐蚀试验

根据中国GB／10121－88《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》及中国石油行业标准SY 5273《油田注水缓蚀剂评定方法》，采用腐蚀失重法进行防腐蚀试验，试验条件为采用N80钢、温度50℃、时间72 h，试验结果如图6所示。从图6可以看出，金属挂片均匀腐蚀，无点蚀，计算获得腐蚀速率小于0．076 mm／a，说明所研制的聚胺完井液具有良好的防腐蚀性能。

图6 金属挂片经过聚胺完井液腐蚀试验后照片

4 现场应用

LD32－2稠油油田位于渤海东部海域，主力油层为明化镇组中高孔渗储层，完井方式主要是裸眼筛管砾石充填。作业前，使用所研制的聚胺完井液污染LD32－2油田天然岩心，进行渗透率恢复率试验，结果见表3。从表3数据来看，所研制的聚胺完井液体系对于LD32－2油田所取岩心储层保护效果较好。

表3 LD32－2油田天然岩心聚胺完井液储层保护试验结果

所研制的聚胺完井液在LD32－2油田进行了现场应用，现场测试的聚胺完井液性能见表4，可见现场测试性能与室内试验性能基本一致。该油田开发投产情况见图7，实际产液量均高于产液量配产，说明所研制的聚胺完井液具有很好的储层保护效果。目前，所研制的聚胺完井液体系还在渤海SZ36－1、JZ25－1等油田完井作业中进行了使用，开发投产效果均很好。

表4 所研制的聚胺完井液在LD32－2油田现场性能测试结果

图7 聚胺完井液在LD32－2油田使用后的开发投产情况

5 结论

（1）研制了一种以聚胺抑制剂PF－HAB为主剂的聚胺完井液。室内评价结果表明，聚胺抑制剂PF－HAB具有很好的粘土膨胀抑制性和降低油水界面张力能力，所研制的聚胺完井液呈弱碱性，油水界面张力低，具有较强的防膨能力、高价金属离子螯合能力以及很好的储层保护性能和防腐蚀性能。

（2）现场应用结果表明，所研制的聚胺完井液适用于酸敏性储层、疏松砂岩储层和低孔低渗储层的完井作业，目前已在LD32－2、SZ36－1、JZ25－1等油田取得成功应用，储层保护效果好。

［1］ 李银素，陈淑生．无固相完井液的研究与应用［J］．中国海上油气（工程），1991，3（2）：59－62．

［2］ 王昌军，曾繁涤，向兴金．隐形酸完井液体系的研究和应用［J］．湖北化工，2000（2）：28－29．

［3］ 王昌军，向兴金，刘良跃，等．隐形酸完井液在绥中36－1油田的应用［J］．钻井液与完井液，2001，18（2）：36－38．

［4］ 舒福昌，向兴金，李蔚萍，等．活性盐水完井液的研究［J］．中国海上油气，2010，22（4）：262－264．

［5］ 姜伟．加拿大稠油开发技术现状及我国渤海稠油开发新技术应用思考［J］．中国海上油气，2006，18（4）：123－125．

［6］ 李礼，鄢捷年，舒勇，等．保护低渗透油气层的钻井液完井液体系［J］．钻井液与完井液，2008，25（8）：28－31．

［7］ 罗健生，耿铁，李自立，等．快吸附强抑制HEM钻井液［J］．钻井液与完井液，2011，28（3）：19－23．

［8］ 耿铁，罗健生，徐博韬，等．快吸附、强抑制、低伤害的高效水基钻井液：中国，200910238156．2［P］．2010－06－02．

［9］ 范白涛，张晓诚，何瑞兵，等．一种海水基聚胺完井液及其制备方法：中国，201010542986．7［P］．2011－04－06．

［10］ 刘慧明．新型完井防腐抑制剂CA－101［J］．中国海上油气（工程），1993，5（6）：54－57．

（编辑：孙丰成）

Research and application of polyamine completion fluids

Wang Jian Deng Yicheng Miao Hailong Hu Jinjun Geng Tie Luo Jiansheng Zhang Wei
（Oilfield Chemicals Department of China Offshore Service Limited，Hebei，065201）

A new system of solid free clean completion fluids was developed with the host agent polyamine inhibition——PF－HAB，which is named polyamine completion fluid．Lab research and the field application results show：polyamine inhibiter PF－HAB has strong ability to inhibit the clay swelling and reduce the oil／water interfacial tension；the polyamine completion fluids are characterized by weak alkaline，strong inhibition，low oil／water interfacial tension，strong antis welling ability and polyvalent ions chelating ability，and protection and corrosion control of the reservoir，so that they can be applied to the completion operations in the low－porosity and low－permeability reservoir，acid sensitive reservoir and loose sand reservoir．So far，the polyamine completion fluids have been used successfully in completion operations in the LD32－2，SZ36－1 and JZ25－1 oilfields，with excellent reservoir protection effect．

polyamine completion fluids；performance evaluation；field application；reservoir protection

王健，男，工程师，2007年毕业于天津大学应用化学专业，获硕士学位，目前从事钻完井液及储层保护研究工作。地址：天津市红桥区芥园道明华里17号楼A座503（邮编：300000）。

2011－11－03 改回日期：2012－03－01