钻井液的发展
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发布时间：2022-05-21 23:35
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时间：2023-11-18 16:52
高效环保型水基洗井液室内研究与性能评价
李蔚萍 向兴金 舒福昌 胡墨杰 聂明顺
(湖北汉科新技术股份有限公司，荆州434000)
摘要 以渤海最大稠油油田SZ36—1油田的油污为研究对象，采用多种表面活性剂复配，研制了高效环保型水基洗井液；并对该洗井液的油污清洗性能，与原油、地层水配伍性以及储层保护和环保等性能进行了系统地评价。结果表明，高效环保型水基洗井液对稠油油污具有良好的清洗能力；与0 柴油相比较，不仅洗井成本低、时间短，而且还具有防腐作用和环保性能好等优点；同时，该洗井液还具有良好的配伍性和储层保护性能。
关键词 水基洗井液 表面活性剂 稠油 环保
稠油是指在油层温度下脱气原油粘度超过100 mPa•s的原油。稠油特点是沥青质、胶质含量高，粘度和凝点高，流动性差，极易造成*粘壁与堵塞，给采油和生产带来许多困难。为解决这一问题，我国大多数油田长期以来沿用原始的洗井方式，一是先采用柴油浸泡，再用地热水或过滤海水洗井，二是用油溶性清洗剂进行洗井。第一种方式，为了洗净*、泵体等井下设备，需长时间用地热水或过滤海水洗井，造成修井、洗井作业时间长，增加作业费用；长时间大排量洗井，大量地热水或过滤海水漏入油层，造成油层污染及投产后需较长时间将其抽出，严重影响油井产量等。而第二种方式不仅耗费大量能源，而且易燃不安全，又造成环境污染，直接影响现场作业人员的身体健康 。
本研究以多种表面活性剂为主要原料，配以不同助剂进行复配，以渤海最大的稠油产地绥中SZ36—1油田的油污为研究对象，经过大量实验，制得高效环保型水基洗井液体系。该洗井液不仅适用于稠*柱清洗，还能代替柴油洗井且性能优良，为进一步节约能源开辟了新的途径。
1 高效环保型水基洗井液基本组成及作用机理
要求高效环保型水基洗井液对稠油油污具有良好的清洗效果，就必须使其对油污具有较强的渗透、增溶、乳化、螯合等作用，因此，该洗井液应包含以下基本组成成分：非离子和阴离子表面活性剂、螯合剂、稳定剂及相应助剂等。
室内研究根据各种处理剂的作用机理，以清洗率为评价指标，优选出高效环保型水基洗井液配方：海水、3％清洗剂HYA、1％清洗助剂HLA、2％渗透剂HLK，其中清洗剂HYA为非离子表面活性剂，清洗助剂HLA和渗透剂HLK均为阴离子表面活性剂。其具有以下作用：破乳作用、逆乳化增溶作用、渗透作用、螯合作用。
高效环保型水基洗井液是借助于表面活性剂润湿、渗透、乳化、分散、增溶等性质而达到彻底清洗的目的，其作用机理是：(1)处理剂在油污*表面上发生湿润、渗透等作用，使油污在*表面的附着力减弱或抵消；(2)通过机械振动、冲刷、加热等机械和物理方法，加速油污脱离*表面；(3)油污进入高效环保型水基洗井液中被乳化分散，悬浮于洗井液中或增溶于胶束中。在以上作用协同增效下，使高效环保型水基洗井液短时间内有效地将附着在*壁上油浆、油垢洗净，使井下管柱从“油湿”变成“水湿”状态。
2 高效环保型水基洗井液性能评价
2．1 清洗性能
2．1．1 清洗性能评价方法
以SZ36—1油田油污污染的内径为76 mill的模拟套管为清洗对象，用自行研制的油基泥浆清洗仪作为评价设备，以清洗率作为洗井液清洗能力的评价指标。清洗率计算公式如下：清洗率=(W总一 W冲)／(W总一W原)X 100％式中：W原——模拟套管被污染前质量，g；
W总——模拟套管被污染后质量，g；
W冲——洗井液清洗后模拟套管质量，g。
另据资料显示，SZ36一l油田地面原油属具有高酸值、高粘度、高残炭、含蜡量低、金属含量较高的低硫环烷基重质油，其中沥青质胶质含量为30％ 一40％ J，而所含沥青的软化点为47．56O℃ J。为了更准确地模拟现场，在SZ36一l油田现场取回的油污中添加40％软化点低于6O℃的沥青，加热溶解、完全混匀后作为现场真实油垢的替代物进行清洗性能评价。
2．1．2 循环清洗效果
将流速控制在0．05—0．10 m／s，在室温一55℃范围内进行定时开泵循环清洗。考察不同清洗体系对油污清洗性能的影响，结果见表l。
表1 不同清洗体系对油污循环清洗效果
清洗体系 油污质量/g 清洗率， 100%
60min 120min 150min 180min
0#柴油 40.6 20.3 68.5 90.8 100
高效环保型
水基洗井液 40.6 30.1 70.2 91.2 100
不同清洗体系对油污循环清洗效果从表1可看出，高效环保型水基洗井液具有与0 柴油相当的清洗能力，而且由于高效环保型水基洗井液中助剂具有防腐性能，清洗过程中在套管表面形成一层保护膜。因此，用高效环保型水基洗井液清洗后的套管比用0 柴油的外观好。
2．1．3 先浸泡再冲洗效果
模拟现场油污清洗方式，即先用洗井液浸泡油污，再用地热水冲洗浸泡后的管柱、泵体等设备。在6O℃下用洗井液静止浸泡清洗模拟管套；干净后，打开可*水阀，从进液口输送6O℃温水替出洗井液，开泵循环清洗；定时从出口阀接取排出液，用目测法、浊度法和离心法分别考察其现象、浊度值和含油量，定性和定量测定，直到排出液满足排放要求即可，结果见表2和表3。
表2 不同清洗体系对油污浸泡清洗效果
清洗体系 油污质量/g 清洗率， 100%
4h 5h 5.5h
0#柴油 40.1 68.5 90.8 100
高效环保型
水基洗井液 39.8 70.2 91.2 100
从表2可知，高效环保型水基洗井液对油污的浸泡清洗效果与0 柴油相当。而从实验现象可看出，被0#柴油浸泡的模拟套管表面有一层油膜，表面仍是亲油性，而被高效环保型水基洗井液浸泡的模拟套管则有一层薄水膜，表面显亲水性，而且基本未受腐蚀。
表3 不同清洗体系对油污先浸泡后热水冲洗结果对比
从表3可知，0 柴油和高效环保型水基洗井液浸泡油污后均能用热水冲洗至排出液如清水；但0 柴油浸泡比高效环保型水基洗井液浸泡后冲洗时间长。这是因为0 柴油浸泡后模拟套管、油基泥浆简体及管线表面均是亲油性的，吸附油多，而高效环保型水基洗井液使其表面均变为亲水性。因此，将模拟套管完全清洗干净，高效环保型水基洗井液只需120 rain，0 柴油则需要300 min。
2．2 配伍性能
油气储集层不仅在钻井、开采，而且在洗井、完井等工程作业中，工作液与地层岩石间、地层内油、气、水流体间发生物理、化学或生物作用，导致储集层受到损害。室内主要考察了高效环保型水基洗井液与原油、地层水的配伍性。
2．2．1 与原油的配伍性
根据实验要求将高效环保型水基洗井液、海水与SZ36—1油田原油分别按不同体积比混合，搅拌均匀，放入加热器中升温至50℃，并恒温60 min，然后用BrookFiled—II+可编程旋转粘度计测定粘度，结果见表4。
表4 高效环保型水基洗井液与SZ36—1原油配伍性
从表4可看出，高效环保型水基洗井液与SZ36—1油田原油混合时，随着洗井液体积增大原油粘度降低，这说明该高效环保型水基洗井液与SZ36—1油田原油具有良好的配伍性。而原油中加人海水出现增粘现象，则海水与SZ36—1油田原油的配伍性不佳。
2．2．2 与地层水的配伍性
使用上海市热水公司节水设备总厂生产的SZD一1型散射光台式浑浊计，在60℃下，考察高效环保型水基洗井液与SZ36—1油田地层水的配伍性，结果见表5。表5 高效环保型水基洗井液与SZ36—1油田地层水配伍性
从表5可看出，高效环保型水基洗井液与SZ36—1油田地层水具有较好的配伍性。
2．3 储层保护性能
参照中国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》，分别选取不同渗透率的人造、天然岩心6块，进行岩心流动实验，考察海水、高效环保型水基洗井液对储层保护性能的影响，结果见表6。
表6 储层保护性能评价结果比较
注：33和62为天然岩心，K。和Kd分别为岩心污染前后的正向煤油渗透率，P。和Pd分别为岩心污染前后平衡压力，P一为反向污染
时最高压力。
从表6可看出，6块岩心的渗透率恢复值均在93％ 以上，但以海水为污染介质的渗透率恢复时间为295—328 min，以高效环保型水基洗井液为污染介质的渗透率恢复时间为118—140 min。这说明高效环保型水基洗井液的储层保护性能优于海水，具有良好的储层保护性。
2．4 环保性能
采用DXY一2型生物毒性(污染)测定仪，根据国家标准GB／T15441—1995《水质急性毒性的测定发光细菌法》对高效环保型水基洗井液和柴油的Ec50(半数效应浓度)值进行测定，并参照生物毒性评价等标准，Ec50<(100—1000)×10(中毒)，Ec50>30 000×10 (无毒排放*标准)，进行对照衡量(m]。结果见表7。
从表7可看出，高效环保型水基洗井液的Ec50值高于0 柴油，毒性等级属无毒，达到直接排放的*标准。
3 结论
(1)优选出适合清洗稠油油污的高效环保型水基洗井液配方：海水、3％清洗剂HYA、1％清洗助剂HLA、2％渗透剂HLK。该洗井液Ec50值为32 890×10一，毒性等级属无毒，具有较好的环保性能。
(2)高效环保型水基洗井液与0 柴油对稠油油污的清洗能力相当。而高效环保型水基洗井液相对0 柴油来说，不仅节约洗井成本，而且缩短洗井时间。同时，高效环保型水基洗井液在清洗过程中能在套管表面形成一层保护膜，起管道防腐的作用。
(3)高效环保型水基洗井液与SZ36—1油田原油和地层水均具有较好的配伍性，不影响原油的开采和输送。
(4)高效环保型水基洗井液污染后的岩心渗透率恢复值均在93％ 以上，具有较好的储层保护性，相对海水来说恢复时间短，有利于提高产能。
(5)高效环保型水基洗井液体系的开发研究为以SZ36—1油田为代表的海洋稠油洗井提供了新的思路。
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Laboratory Study on High Efi cient
Environment-—-friendly W ater-—-based W ell-—-cleaning Fluid
Li Weiping Xiang Xingjin Shu Fuchang Hu Mojie Nie Mingshun
(Hubei HANC New Technology Co．Ltd．，Jingzhou 434000)
Abstract Using the heavy oil pollutant of SZ36——1 oilfield which was the largest heavy oil——procing field in the
Bohai Sea as cleaning study object，a high efficient environment—friendly water—based well—cleaning fluid Was
prepared by compo sition of several surfactants．The properties of the well—cleaning fluid were systematically evaluated
such as oil— cleaning performance，compatibility with crude oil or formation water，reservoir and environmental
protection performances．Experimental results showed that the well—cleaning fluid had good clean ing effect on the
heavy oil pollutant．It not only had low— cost an d short—time advantages for cleaning well but also had preservation
an d go d environmental performance as compared with 0# diese1．Meanwhile，it has also good compatibility and
reservoir protection．
Key W ords water—based well—cleaning fluid，environment—friendly，surfactant，heavy oil
参考资料：维普资讯 http://www.cqvip.com
