聶強(qiáng)勇，杜仕勇，楊蘭平，徐興宇，梁 益，程 鑫

(1 中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)公司，成都 610051；2 西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，成都 610500)

在儲層開鉆時選擇與之相配伍的完井液的體系是至關(guān)重要的，但在選擇完井液的類型時，既要考慮在鉆井作業(yè)全過程中使油氣井保持穩(wěn)定，又考慮保護(hù)生產(chǎn)層使其不受損害，因此，需要著重考慮完井液的抗污染能力，嚴(yán)重地污染會導(dǎo)致形成的濾餅虛厚、造成管柱下不到位及濾失量過大等，都會造成對儲層的損害[1-2]。油氣田壓裂酸化技術(shù)為油氣進(jìn)入井筒提供更大的空間，但在壓裂酸化的操作過程中會產(chǎn)生很多的液體廢物、固體廢物和氣體廢物[3-6]，而最常發(fā)生的情況就是未完全反應(yīng)的殘酸侵入井筒，導(dǎo)致完井液流變及濾失性能發(fā)生改變，引起井下復(fù)雜[7]。因此，針對這種情況，本文研究了一種具體量化殘酸污染水基完井液的評價方法，這樣便可以通過在線采樣分析當(dāng)前完井液中是否存在殘酸侵入造成污染，并以此來解決相關(guān)現(xiàn)場問題。

1 實 驗

1.1 原料及儀器

密度為1.50 g/cm3的水基完井液，取自雙探108井；密度為1.90 g/cm3的水基完井液，取自磨溪132井；密度為2.40 g/cm3的水基完井液，取自簡探1井；密度為2.48 g/cm3的水基完井液，取自龍興1井；配液用水，取自現(xiàn)場水；鹽酸(分析純)，購買自成都市科隆化學(xué)品有限公司；

GJS-B12K型高速攪拌器、 GGS42-A2型高溫高壓濾失儀、GRL-BX3型滾子加熱爐、HTD-D6S型六速旋轉(zhuǎn)粘度計，青島恒泰達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司。

1.2 完井液性能測試

取400 g完井液于高攪機(jī)高攪15 min，攪拌完成后加入不同質(zhì)量濃度的鹽酸用于模擬殘酸污染，殘酸加入完成后高攪15 min后置于滾子加熱爐內(nèi)老化16 h×170 ℃，最后得到不同污染程度的完井液進(jìn)行流變及濾失性能測試。

1.3 完井液性能參數(shù)計算

使用六速旋轉(zhuǎn)粘度計對不同污染狀態(tài)下的完井液進(jìn)行流變性能測試，使用高溫高壓濾失儀對不同污染狀態(tài)下的濾失性能進(jìn)行測試，測試完成后使用計算公式計算不同污染狀態(tài)下完井液的各性能參數(shù)。

(1)表觀粘度AV=0.5Φ600;

(2)塑性粘度PV=Φ600-Φ300;

(3)動切力YP=AV-PV;

(4)動塑比=YP/PV;

(5)初切：τ初=0.5Φ3(600 r/min攪拌10 s，靜置10 s，3 r/min轉(zhuǎn)速下讀最大值);

(6)終切：τ終=0.5Φ3(600 r/min攪拌10 s，靜置10 min，3 r/min轉(zhuǎn)速下讀最大值);

(7)FLHTHP=濾液量(30 min)×2;

(8)流性指數(shù)n=λ(logQ1/Q2);

式中：λ為常數(shù)，計算方式為 1/(logR1-logR2);Q1=Φ600；Q2=Φ300；R1為Φ600對應(yīng)的剪切速率；R2為Φ300對應(yīng)的剪切速率；

(9)稠度系數(shù)K=(0.5111×Φ300)/511n。

2 結(jié)果與討論

2.1 完井液受殘酸污染程度判斷模型

當(dāng)完井液受殘酸污染后，在性能上體現(xiàn)為表觀粘度AV、塑性粘度PV、動切力YP等參數(shù)產(chǎn)生變化，相較未污染時變化較大。因此以未受污染的空白組作為背景值，建立一個可以衡量完井液受殘酸污染等級的分級方法。

(1)流變參數(shù)

從完井液性能計算公式的關(guān)聯(lián)關(guān)系我們可以發(fā)現(xiàn)，其中關(guān)于流變參數(shù)中流性指數(shù)n、稠度系數(shù)k值反映了完井液的流體類型及流變性能，因此從完井液流變性能上綜合分析時可選擇稠度系數(shù)k值變化值Δki進(jìn)行分析：

Δki=k空白-ki

式中：k空白為未污染時完井液的稠度系數(shù)；ki為i%殘酸污染加量完井液的稠度系數(shù)；Δki為稠度系數(shù)K變化值。

(2)濾失參數(shù)

濾失性能中包含濾餅形貌、濾餅厚度、濾失量三個參數(shù)。其中，完井液高溫高壓濾失后的濾餅形貌大多類似，厚度不一，規(guī)律性較差，容易對結(jié)果造成誤判產(chǎn)生不必要的誤差。而高溫高壓濾失量按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計時并測試，程序規(guī)范，是較為客觀的評判標(biāo)準(zhǔn)。因此可選擇濾失量變化值作為濾失性參數(shù)ΔFL：

濾失性參數(shù)ΔFLi=FL空白-FLi;

式中:FL空白為未污染時完井液的濾失量；FLi為i%殘酸污染完井液時的濾失量；ΔFLi為濾失量變化值。

(3)污染狀態(tài)綜合參數(shù)

根據(jù)上述的流變參數(shù)、濾失參數(shù)，將水基完井液當(dāng)前污染狀態(tài)性能的綜合參數(shù)設(shè)定為α值，則未污染時及收到污染后完井液綜合性能的計算公式如下：

空白組完井液 α=k空白×FL空白；

污染組完井液αi=Δki×ΔFLi；

空白組完井液α與污染組完井液αi進(jìn)行差距對比，設(shè)定完井液污染程度系數(shù)為x：

污染指數(shù)x=[(α-|αi|)/α]×100%。

2.2 評價方法應(yīng)用

由表1～表4可知，完井液隨殘酸污染程度的增大，AV、PV等變化規(guī)律較不明顯，但污染指數(shù)x均是逐漸增大，表明污染指數(shù)x能反映完井液受殘酸污染程度：

表1 殘酸對雙探108井1.50 g/cm3完井液體系熱滾后的性能影響

表2 殘酸對磨溪132井1.90 g/cm3完井液體系熱滾后的性能影響

表3 殘酸對龍興1井2.48 g/cm3完井液體系熱滾后的性能影響

圖1 不同密度的完井液受殘酸污染及熱滾后的污染指數(shù)x

表4 殘酸對簡探1井2.40 g/cm3完井液體系熱滾后的性能影響

在污染前期，污染指數(shù)x居于0～5%；

在污染中期，污染指數(shù)x居于5%～15%；

在污染后期，污染指數(shù)大于了15%。

因此我們可以將，污染指數(shù)0≤x≤5%，定義為輕度污染；污染指數(shù) 515%，定義為重度污染；

由圖1可知，雙探108井(1.50 g/cm3)、磨溪132井(1.90 g/cm3)、龍興1井(2.48 g/cm3)、簡探1井(2.40 g/cm3)隨著密度的逐漸增大，完井液受殘酸污染后的污染指數(shù)x上升的越來越快，表明了完井液密度越大，對殘酸污染越敏感，抗殘酸污染的能力越差。

3 結(jié) 論

通過對比完井液的AV、PV、YP等屬性反映的完井液性能特征，最終選擇稠度系數(shù)K、濾失量FL兩個屬性綜合反映完井液的受殘酸污染程度，對于密度在1.5 g/cm3與2.4 g/cm3之間的水基完井液，可使用污染指數(shù)x進(jìn)行表示：

污染指數(shù)0≤ x ≤ 5%，定義為輕度污染；

污染指數(shù)5

污染指數(shù) x>15%，定義為重度污染；

水基完井液的密度越大，受殘酸污染后完井液的污染指數(shù)x上升的越快，完井液對殘酸污染越敏感，抗殘酸污染的能力越差。