張林強(qiáng)，趙俊

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司臨興-神府項(xiàng)目指揮部，山西 呂梁 033200)

鄧義成，張偉

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，河北 三河 065201)

鄂爾多斯盆地低滲透氣藏新型防水鎖劑的研制及性能評(píng)價(jià)

張林強(qiáng)，趙俊

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司臨興-神府項(xiàng)目指揮部，山西 呂梁 033200)

鄧義成，張偉

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，河北 三河 065201)

針對(duì)鄂爾多斯盆地致密氣低滲透儲(chǔ)層，研制出一種新型防水鎖劑，該防水鎖劑屬于氟碳表面活性劑類(lèi)型。通過(guò)測(cè)定新型防水鎖劑與鄂爾多斯區(qū)塊地層水配伍性、表面張力、巖心自吸、接觸角、滲透率恢復(fù)值等試驗(yàn)，對(duì)其性能進(jìn)行室內(nèi)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，防水鎖處理劑與地層配伍性良好，可使表面張力達(dá)到超低，巖心自吸水質(zhì)量最低，接觸角可達(dá)到78.6°，滲透率恢復(fù)率可達(dá)到89.6%。該新型防水鎖處理劑能有效預(yù)防水鎖傷害的產(chǎn)生，對(duì)改善鄂爾多斯盆地低滲透氣藏的開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義。

防水鎖劑；低滲透氣藏；水鎖傷害；表面張力

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地臨興-神府區(qū)塊儲(chǔ)層巖石組構(gòu)物性、黏土礦物組分細(xì)致分析，臨興-神府地區(qū)巖石的礦物成分主要由石英、黏土礦物、鐵白云石組成；黏土礦物中伊利石含量最高，其次為高嶺石與伊蒙混層及綠泥石；巖石膠結(jié)致密，孔隙、裂縫微發(fā)育，為典型低孔低滲儲(chǔ)層；孔隙度普遍小于10%，氣測(cè)滲透率在0.1mD左右，氣層孔滲條件差，由于孔道狹窄，毛細(xì)管效應(yīng)十分顯著，極易造成水鎖損害。防止地層水鎖是致密氣儲(chǔ)層全過(guò)程保護(hù)的關(guān)鍵[1,2]，通過(guò)在鉆井液、完井液以及修井液中加入防水鎖劑可以有效降低濾液表面張力，達(dá)到防水鎖的目的。因此，針對(duì)鄂爾多斯盆地致密氣儲(chǔ)層研制出一種新型防水鎖劑，該防水鎖劑能夠降低氣液兩相表面張力，改變巖石潤(rùn)濕性，達(dá)到儲(chǔ)層保護(hù)的目的。

1 防水鎖劑機(jī)理研究

普通碳?xì)湫捅砻婊钚詣┲械臍湓颖环尤〈蠹礊榉夹捅砻婊钚詣?，該?lèi)表面活性劑具有極好的表面活性。表面活性劑一般由親水基與疏水基兩部分組成，碳?xì)湫偷谋砻婊钚詣┑氖杷鶊F(tuán)主要為碳?xì)滏湥夹捅砻婊钚詣┑氖杷鶊F(tuán)為氟碳鏈，因此氟碳型表面活性劑特殊的表面活性與氟元素獨(dú)特的性質(zhì)相關(guān)。

由于氟原子的電負(fù)性以及較高的電離能和氧化勢(shì)，使得氟碳鍵(F—C)的鍵能高于碳?xì)滏I(C—H)，因而氟碳鏈具有比碳?xì)滏湼€(wěn)定的結(jié)構(gòu)。此外，氟原子不易被極化，因此氟碳鏈極性比碳?xì)滏湼?。氟碳鏈較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以及較弱的極性，使得其疏水作用遠(yuǎn)比碳?xì)滏湉?qiáng)烈，水溶液中氟碳表面活性劑分子在液-氣界面上定向聚集排列后，具有比普通碳?xì)湫捅砻婊钚詣┓肿痈鼜?qiáng)的脫離水溶液傾向，使其具有與其他表面活性劑不同的2種特性。

與普通碳?xì)湫捅砻婊钚詣┫啾?，氟碳?lèi)表面活性劑具有的特性[3～5]：①在極低的濃度下可將水溶液表面張力降低到很低的水平(18～20mN/m)。②具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、耐高溫、耐氧化介質(zhì)體系。③具有良好的相容性。因此，選取一種特殊的氟碳型表面活性劑作為該新型防水鎖劑的主要成分。其化學(xué)組成如下：

式中：R1為C7～C20的烴基；R2為氫原子或C1～C4的烴基。

2 試驗(yàn)方法

2.1 表面張力測(cè)定方法

選用ZLY-01F型自動(dòng)界面張力測(cè)定儀測(cè)定，將清洗好的拉環(huán)掛在吊環(huán)上，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)；按“任意鍵”進(jìn)入測(cè)試畫(huà)面，待顯示值穩(wěn)定后按“零點(diǎn)”存零；把清洗好的樣品杯裝上純凈水(大約25mL)，置于升降臺(tái)中央，再按“設(shè)定鍵”設(shè)定被測(cè)樣品的相應(yīng)密度，設(shè)定完后按“確認(rèn)鍵”；按“上升鍵”，待其升到頂端后，浸入樣品表面以下，儀器自動(dòng)停止；按“啟動(dòng)鍵”升降臺(tái)自動(dòng)下降，儀器自動(dòng)捕捉最大張力值，其讀數(shù)在71～72mN/m表示正常，若讀數(shù)較低則進(jìn)一步清洗樣品杯和純化蒸餾水；蒸餾水測(cè)試完以后，輸入樣品密度，重復(fù)以上測(cè)試；待讀完數(shù)后，關(guān)掉電源，將鉑金環(huán)用石油醚清洗干凈，置于酒精燈上灼燒，掛于儀器上備用，樣品杯先用石油醚清洗，再用蒸餾水清洗直到清洗干凈為止。

2.2 巖心自吸測(cè)定方法

圖1 毛細(xì)管自吸裝置示意圖

毛細(xì)管自吸裝置如圖1所示。參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5336—2006對(duì)巖心進(jìn)行預(yù)處理，選取鄂爾多斯盆地致密砂巖氣儲(chǔ)層巖心，烘干，稱(chēng)量巖心質(zhì)量。利用皂泡法測(cè)量?jī)?chǔ)層巖樣滲透率。室溫條件下，將巖心懸掛在電子天平下面的掛鉤上，同時(shí)將盛有試液的容器放在巖心的正下方，天平歸零；通過(guò)移動(dòng)天平下方升降臺(tái)，將巖心浸入試液液面1mm，此時(shí)試液受毛細(xì)管力作用侵入巖心；記錄吸水量(天平讀數(shù))隨時(shí)間的變化。

3 新型防水鎖劑性能評(píng)價(jià)

3.1 與地層水配伍性結(jié)果

取臨興-神府區(qū)塊配漿水100mL置于燒杯中，加入0.5g新型防水鎖劑，充分?jǐn)噭蚝蠓胖?4h，溶液呈透明狀，無(wú)沉淀生成，說(shuō)明防水鎖處理劑與臨興-神府區(qū)塊配漿水的配伍性良好。將防水鎖處理劑溶液與LX-103井地層水以一定濃度混合，在70℃水浴中攪拌10min，靜置0.5h，測(cè)定溶液濁度變化。LX-103井地層水濁度為8.9，地層水+新型防水鎖劑的濁度為9.2，濁度測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果表明，防水鎖處理劑與地層水混合后無(wú)沉淀產(chǎn)生，濁度無(wú)明顯變化。由此可知，防水鎖處理劑與臨興-神府區(qū)塊地層水的配伍性良好。

3.2 表面張力測(cè)定結(jié)果

新型防水鎖劑與常用的表面活性劑作比較，用蒸餾水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的溶液，測(cè)量其表面張力，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。新型防水鎖劑降低表面張力能力最強(qiáng)，這是由于新型水鎖劑的非極性基團(tuán)為氟碳鏈，極性遠(yuǎn)比碳?xì)滏溞〉亩?，表現(xiàn)出更強(qiáng)的疏水作用。表1中同類(lèi)產(chǎn)品為市場(chǎng)上常用的氟碳表面活性劑，該類(lèi)產(chǎn)品的表面活性不如新型防水鎖劑的活性高，因此降低表面張力的能力不如新型防水鎖劑強(qiáng)。

表1 表面張力測(cè)定結(jié)果

表2 自吸試驗(yàn)結(jié)果

3.3 巖心自吸測(cè)定結(jié)果

選用鄂爾多斯盆地致密儲(chǔ)層巖心，將新型防水鎖劑與同類(lèi)產(chǎn)品做比較，巖心自吸試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。在相同時(shí)間里，加入新型防水鎖劑的試液自吸水質(zhì)量最低，說(shuō)明該防水鎖劑降低表面張力的能力最強(qiáng)。

3.4 巖心接觸角試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

分別進(jìn)行自吸前、自吸去離子水、自吸質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的同類(lèi)產(chǎn)品1溶液、自吸質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的同類(lèi)產(chǎn)品2溶液、自吸質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的新型防水鎖劑溶液的巖心接觸角測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。經(jīng)新型防水鎖劑溶液浸泡前后的巖樣，接觸角由23.7°變?yōu)?8.6°，這是由于新型防水鎖劑溶液的表面張力較低，且可有效地改變巖石界面的潤(rùn)濕性，使巖樣由親水性改變?yōu)橹行詽?rùn)濕，從而降低溶液所受到的毛細(xì)管力，可極大地削弱儲(chǔ)層巖石的自吸效應(yīng)。

圖2 自吸水后的巖心接觸角測(cè)定

3.5 巖心滲透率恢復(fù)試驗(yàn)評(píng)價(jià)

在模擬地層條件(70℃)下進(jìn)行巖心滲透率恢復(fù)試驗(yàn)。利用不同溶液分別飽和鄂爾多斯盆地臨興-神府區(qū)塊致密氣儲(chǔ)層砂巖層巖心，巖心飽和后開(kāi)始用氣體驅(qū)替，氣測(cè)滲透率試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。加入新型防水鎖劑以后，巖心滲透率恢復(fù)率可以達(dá)到89.6%，能夠明顯提高地層滲透率，保護(hù)儲(chǔ)層。

表3 滲透率恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

1)新型防水鎖劑是一種氟碳結(jié)構(gòu)的表面活性劑，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性、低表面張力、高表面活性。

2)該新型防水鎖劑與臨興-神府區(qū)塊配漿水及地層水配伍性好，適合在該區(qū)塊應(yīng)用。與同類(lèi)產(chǎn)品相比，其降低表面張力能力最強(qiáng)，巖心自吸液量明顯降低，并改變儲(chǔ)層巖石表面性質(zhì)，能將巖心表面潤(rùn)濕性變?yōu)橹行詽?rùn)濕，減輕儲(chǔ)層水鎖傷害。

3)該新型防水鎖劑能大幅提高滲透率恢復(fù)值，說(shuō)明具有很好的儲(chǔ)層保護(hù)性能。

[1]丁偉，王嬌，謝建波，等.新型表面活性劑在大慶油田低滲透儲(chǔ)層的應(yīng)用[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2014，27(1)：71～74.

[2]徐同臺(tái)，趙忠舉，徐云英.國(guó)內(nèi)外鉆井液技術(shù)新進(jìn)展及對(duì)21世紀(jì)的展望(1)[J].鉆井液與完井液，2000，17(6)：30～34.

[3]柳敏，吳茜.防水鎖劑的研究進(jìn)展與展望[J].廣州化工，2013，41(5)：32～33.

[4]張琰，崔迎春.低滲氣藏主要損害機(jī)理及保護(hù)方法的研究[J].地質(zhì)與勘探，2009，36(5)：76～78.

[5]舒勇，鄢捷年，李志勇，等.低孔低滲高壓砂巖儲(chǔ)層損害機(jī)理及保護(hù)技術(shù)研究[J].鉆井液與完井液，2008，25(6)：17～19.

[編輯] 帥群

2016-11-02

張林強(qiáng)(1982-)，男，工程師，從事鉆完井研究及工程管理工作，zhanglq6@cnooc.com.cn。

TE254.4

A

1673-1409(2017)11-0043-03

[引著格式]張林強(qiáng)，趙俊，鄧義成，等.鄂爾多斯盆地低滲透氣藏新型防水鎖劑的研制及性能評(píng)價(jià)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(11):43～45.