適用于稠油熱采井的熱降解型修井液實(shí)驗研究

第34卷第6期石油化工應用VoL.34 No.62015年6月PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATIONJune. 2015適用于稠油熱采井的熱降解型修井液實(shí)驗研究邢希金',羅剛",謝仁軍',何 松1(1.中海油研究總院,北京100028;2.荊州 市漢科新技術(shù)研究所,湖北荊州434000)摘要:本文針對渤海 在產(chǎn)稠油油田修井過(guò)程中存在的聚合物修井液侵入污染儲層問(wèn)題,從聚合物熱降解機理出發(fā),優(yōu)選了可熱降解的聚合物HZN-8,該聚合物在80C條件15d內仍然保持相對較高的粘度,30d后熱降解相對徹底，并以此聚合物為基礎建立了可熱降解型修井液體系。室內評價(jià)表明,研究的修井液常規性能滿(mǎn)足修井要求，具有很好的封堵能力且承壓能力達到7 MPa,體系在80 C~120 C條件下經(jīng)過(guò)一段的降解,降解率可以達到80 %以上,對巖心污染后其滲透率恢復值均大于90 %,說(shuō)明體系具有很好的儲層保護效果。關(guān)鍵詞:稠油熱采;熱降解;修井液;聚合物;儲層保護doi:10.3969/jissn.1673- -5285.2015.06.007中圖分類(lèi)號:TE256.6文獻標識碼:A文章編號:1673- 5285(2015 )06 -0022 -041問(wèn)題的提出應的分類(lèi)情況。1860年,C.C. William在研究天然橡膠的結構時(shí)發(fā)現，將橡膠加熱后可分離得到異戊二烯。渤海在產(chǎn)的稠油油田在大修井過(guò)程中出現了聚合1949 年,N.Crassie和HW. Milille系統地研究了熱物類(lèi)修井液漏失,儲層在不同程度上受到污染。聚合物對 聚合物的降解效應。以后,w.c. Oakes, F.進(jìn)人儲層后堵塞孔院空間，由于聚合物的堵塞常規的Chevassus, M.B. Neiman和wJ. Bailey 等人均在熱降酸化、氧化等解堵措施難于進(jìn)人儲層,這增加了后期解方面做了大量研究工作。歸納起來(lái),從機理上熱降解的解堵難度。本文針對稠油熱采井在開(kāi)采過(guò)程中存在可分為三大類(lèi):注熱地層升溫這一-特點(diǎn)， 提出了優(yōu)選可熱降解聚合物2.1 解聚反應( 又稱(chēng)拉鏈降解)的研究思路，利用聚合物的熱降解特征構建可熱降解降解開(kāi)始于分子鏈的端部成分子中的薄弱點(diǎn),相的修井液體系,修井過(guò)程中一旦發(fā)生聚合物漏失 ,可利連的單體鏈節逐個(gè)分開(kāi),形成唯一-的產(chǎn)物- 單體。例如，用儲層自身溫度及注熱溫度實(shí)現聚合物降解，從而保聚甲 基丙烯酸甲酯的熱降解,解聚反應的示意圖(見(jiàn)圖護稠油儲層。1)。2聚合物熱降解機理nH→+ <。COOCHgCO0CH3CO0CHg用于修井液的可以降解的處理劑主要為高分子聚圖1聚合物解聚反應示意 圖合物，由于高分子聚合物的分子鏈很大,不容易降解，這些高分子在地層中容易捕積而傷害儲層。所以必須優(yōu)選出在- -定溫度下可以自行降解高分子增粘劑,以圖2聚合物無(wú)規斷鏈反應 示意圖滿(mǎn)足在修井作業(yè)后恢復油井產(chǎn)能。2.2無(wú)規斷鏈反應文獻4介紹了聚合物熱降解的研究歷程及降解反熱造成聚合物無(wú)規則的斷鏈，反應的主要產(chǎn)物是*收稿日期:2015-03-27基金項目:“海上稠油熱采井注汽過(guò)程儲層保護實(shí)驗(試驗)研究”項目資助,項目編號:2011ZX05024- 005。作者簡(jiǎn)介:邢希金,男,工程師,2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué),碩士研究生學(xué)位,現任中海油研究總院鉆采研究院油田化學(xué)工程師,主要從事海洋石油開(kāi)發(fā)鉆完井液及非常規工作液研究工作,郵箱xingj2@enoce com.cn。第6期邢希金等適用于稠油熱采井的熱降解型修井液實(shí)驗研究23低相對分子質(zhì)量的聚合物。例如,聚乙烯的熱分解,無(wú)表1所選增粘劑在不同溫度系靜置72 h表觀(guān)粘度規斷鏈反應的示意圖(見(jiàn)圖2)。溫度增粘劑種類(lèi)2.3主鏈不斷裂的小分子消除反應rC瓜爾膠PAC-HXHECHZN-7HZN-聚合物的降解始于側基的消除，形成的小分子不16.531.5363是單體。待小分子消除至- -定程度,主鏈薄弱點(diǎn)增多,80434 263225最后發(fā)生主鏈斷裂,全面降解。典型的例子是聚氯乙烯10045 15206的熱降解,主鏈不斷裂的小分子消除反應的示意圖(見(jiàn)120圖3)。140注:基礎配方為海水+0.2 %NaHCO+1 %增粘劑HCI所選增粘劑在不同放置時(shí)間的表觀(guān)粘度(見(jiàn)表2)。由實(shí)驗數據看出,這6種高分子聚合物在80 C條件下隨著(zhù)熱降解時(shí)間的延長(cháng),均有一-定的降解能力,降解時(shí)間越長(cháng),降解程度相應越高。綜合比較而言,瓜爾-+gvr豆膠和HZN-8這兩種材料經(jīng)過(guò)30 d降解后降解相對徹底,但瓜爾豆膠經(jīng)過(guò)3 d后,降解程度較為嚴重,說(shuō)圖3聚合物小分子消除反應示意圍明形成的膠體穩定時(shí)間較短,不利于現場(chǎng)作業(yè)的要求;HZN- -8經(jīng)過(guò)在15 d內仍然保持相對較高的粘度,說(shuō)明3可降解的聚合物的優(yōu)選高分子聚合物穩定時(shí)間較長(cháng), 30 d后熱降解相對徹底,從隨時(shí)間的熱降解變化情況認為HZN- -8更適合作為3.1 評價(jià)實(shí)驗方法;修井液的增粘劑，下-一步將對該高分子聚合物的生物聚合物的自降解評價(jià)主要從聚合物的表觀(guān)粘度酶降解性進(jìn)行研究。AV值的變化情況來(lái)衡量。實(shí)驗方法如下:表2所選增粘劑在不同放時(shí)間的表觀(guān)粘度(1)將聚合物配制成- -定濃度的水溶液,在30 C處理不同天數的表觀(guān)粘度/(mPa*s)條件下用六速旋轉粘度計測定其表觀(guān)粘度,記為AV1。名稱(chēng)11530(2 )將配制好的樣品放人老化罐密封,在一-定的溫3:29.5262(13.53.5度下恒溫放置- -定的時(shí)間，取出冷卻至30 C,用六速C5:54.5545248 42.530.5旋轉粘度計測定其表觀(guān)粘度AV2。HZN-7 36 34.5 3226 21.5 13.5(3)按下式計算降解率:HZN-8 32826 23.5208.5 3.5降解率%=AV,-AV2x100PAC-H 4S3426.51911AV,式中:AV,-原膠液的粘度,mPa's;AV2-在- -定溫瓜爾豆膠注:基礎配方為海水+1 %增粘劑,熱降解溫度:80 C.5度下放置一定時(shí)間后溶液的粘度, mPa'so3.2實(shí)驗評價(jià)結果4可降解修井液配方構建與性能評價(jià)修井液中可降解的物質(zhì)通常為聚合物類(lèi)增粘劑，該劑的主要作用是提供一定粘度,維持修井液體系的經(jīng)過(guò)大量的室內實(shí)驗篩選和評價(jià)，考慮修井液的懸浮能力,減少修井液漏失。研究選擇常用的6種增粘濾失控制 、粘土穩定性及封堵效果,最終優(yōu)化出了適合劑，均配制成1 %水溶液，分別置于不同溫度下靜置稠油熱采井的修 井液體系的配方如下，不同密度下的72 h,考察各種增粘劑的熱降解情況(見(jiàn)表1),常見(jiàn)的基本性能( 見(jiàn)表3)。幾種高分子增粘劑隨著(zhù)溫度的升高，體系的表觀(guān)粘度可熱降解修井液參考配方:過(guò)濾海水+0.2 %降低,說(shuō)明所選聚合物均具備一-定的熱降解能力,當溫Na2CO3+2.0 %增粘劑HZN-8+1.5 %降濾失劑度升高至140 C后,體系的表觀(guān)粘度降至清水相當,說(shuō)FLOCAT+1.5 %防膨劑HTW+1.5 %減阻劑HUL+3 %明所選的聚合物能夠徹底降解，修井后殘留在地層的封堵劑， 用KCl加重。高分子聚合物均可以通過(guò)地層自身溫度進(jìn)行熱降解。室內采用無(wú)機鹽KCl調整修井液的密度,分別測24石油化工應用2015 年第34卷表3不同密度修井液的性能由圖4實(shí)驗曲線(xiàn)可以知，隨著(zhù)實(shí)驗時(shí)間和壓差的密度ρAVPYPφ6/φ3延長(cháng)，修井液在填砂管中的侵人深度相應的增加, 40~(g.cm3) /(mPa's) /(mPa*s)/PaPV60目24h侵入深度小于4.5 cm,60-80目24 h侵人1.0558.53325.50.77 141112.6深度小于3.0 cm,但總的說(shuō)來(lái),體系具有很好的封堵能1.10550.72 14/112.4力。.1553290.832/913.84.2 熱降解能力評價(jià)1.2053210.70 11/914.0修井壓井過(guò)程中難免會(huì )有修井液中的聚合物進(jìn)行試了1.05 g/cm3、1.10 g/cm3.1.15 g/cm3 和1.20 g/cm3四儲層， 熱降解能力是考察進(jìn)入儲層聚合物在儲層溫度個(gè)密度點(diǎn)的流變性能,由表3數據可以看出，體系的流下的自然降粘和返排能力。由圖5數據可以看出，相同變性能良好,尤其是體系的切力相對較高,均在20Pa的降解時(shí)間下,隨著(zhù)溫度的升高,體系的降解率相對較以上，對修井過(guò)程中混人的固相具有很好的懸浮能大。 綜合看來(lái),體系在80 C-120 C條件下經(jīng)過(guò)一-段的力,有效防止在修井過(guò)程中固相物質(zhì)下沉。同時(shí)體系降解 ,降解率可以達到80 %以上，說(shuō)明研究的修井液的高溫高壓濾失量液比較低,均小于15 mL,說(shuō)明進(jìn)入體系在儲層溫度 下具有很好的熱降解能力。新配修井地層的濾液相對較少，可以有效減少濾液侵人對儲層液和放置不同時(shí)間段修井的外觀(guān)情況(見(jiàn)圖6)。修井的傷害。作業(yè)殘留在地層中的高分子經(jīng)過(guò)熱降解成小分子,很為進(jìn)一步考察構建體系的儲層保護效果，室內對容易 返排出地層,從而恢復油井產(chǎn)能。構建的修井液進(jìn)行了熱降解能力、防膨性能及儲層保100護性能評價(jià)。8C4.1 封堵能力評價(jià)封堵能力是考察修井液進(jìn)人儲層多少的重要指遺6標。由表4實(shí)驗結果表明,對于60-~80目高滲砂床,單純的海水在瞬間基本全漏失，室內研究修井液高溫砂菜4C床30 min的濾失量很小，且在逐漸加大壓力的情況2(下,濾失量均非常小，當壓力達到7 MPa時(shí),濾失量并沒(méi)有猛烈增長(cháng),說(shuō)明完全堵住,說(shuō)明該研究的修井液具045有很好的封堵能力且承壓能力達到7 MPao熱降解時(shí)間/d表4鉆井液封堵及承壓能力圖5修井液隨溫度和時(shí) 間的降解率不同壓力不同時(shí)間的濾失量/mL體系3.5 MPax 4.5 MPax5.5 MPax 7 MPax30 min1 min海水280(瞬間)1雙解修井液10.40.90.注:高溫砂床試驗溫度為80 C,砂床目教為60-80目。4.0圖6新配修井液與降解7d、15 d、30d和45 d的修井液4.3儲層保護能力按照中國石油天然氣行業(yè)標準SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內評價(jià)方法》室內研究評價(jià)2.0了室內構建的修井液體系的儲層保護能力。在80 C條件下放置7 d,進(jìn)行熱降解處理。由體系的儲層保護效果評價(jià)數據看(見(jiàn)表5),室.816內構建的修井液經(jīng)過(guò)熱降解后,不論是室內小樣還是中時(shí)間/h圖4不同時(shí)間修井液侵入砂床的深度試樣品，對巖心污染后其滲透率恢復值均大于90 %，第6期邢希金等適用于稠油熱采井的熱降解 型修井液實(shí)驗研究2表5_熱降解后的儲層保護能力巖心號巖心類(lèi)型巖心長(cháng)度/em巖心 直徑/cm降解類(lèi)型KJ( 10~Yμm2)KU( 10-)um2)K/KJ%祥品類(lèi)型M102人造巖心7.552.51熱降解210.6198.294.1室內小祥M1087.402.52熱降解.172.3160.993.4中試樣品CB19#天然巖心5.19熬降解215.1195.190.7室內小樣說(shuō)明體系具有很好的儲層保護效果。在80 C~120 C條件下降解率可以達到80 %以上,巖心污染后其滲透率恢復值均大于90 % ,儲層保護好。5結語(yǔ)本文針對稠油熱采井易受修井液污染特點(diǎn)，從熱參考文獻:降解角度篩選了可降解的聚合物HZN-8,篩選出的聚[1] 張可,姜維東,盧祥國,等.氧對聚合物污水溶液黏度影響的實(shí)驗研究[J].油田化學(xué),2006,23(3):240-242.合物經(jīng)過(guò)30 d降解后降解相對徹底。以?xún)?yōu)選出的[2] 王艷玲.聚合物熱分解機理的理論研究[D]湘潭:湘潭大HZN-8為基礎室內構建了可降解修井液體系,該修井學(xué),2009.液體系具有很好的封堵能力且承壓能力達到7 MPa,(上接第18頁(yè))4結論社,1996:1-3.[2] 李宗田,李鳳霞,等,水力壓裂在油氣田勘探開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵(1)壓裂前后地層各向異性的變化反應壓裂縫延作用[J].油氣地質(zhì)與采收率,2010,17(5):76-79.[3] 霍玉雁,岳喜洲,孫建盂.測井資料在壓裂設計中的應伸情況,包括壓裂縫延伸高度及走向。用[J].測井技術(shù), 2008 ,32(5):446- 450.(2)利用偶極橫波測井資料可分析儲層是否被有效4] 馬新仿,張士誠.水力壓裂技術(shù)的發(fā)展現狀[J]河南石油，壓裂改造,為開(kāi)采、注水等提供依據，同時(shí)還可為老井2002, 16(1):44- 47.開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支持。[5] 李志明,張金珠地應力與油氣勘探開(kāi)發(fā)[M].北京:石油工業(yè)出版社，1997:358- -359.[6]李高仁 ,石玉江,等:過(guò)套管偶極橫波成像測井壓裂縫高度[1]陸大衛測井在石油工程中的應用[C].北京:石油工業(yè)出版檢測技術(shù)[J].測井技術(shù),2011,35(4):376-379.