低分子膠束充填液體系研究

向興金（長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

舒福昌（長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

王 薦，史茂勇（荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州434001）

何保生，李玉光，靳 勇（中海石油研究中心，北京100027）

低分子膠束充填液體系研究

向興金（長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

舒福昌（長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

王 薦，史茂勇（荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州434001）

何保生，李玉光，靳 勇（中海石油研究中心，北京100027）

針對目前常用的高分子聚合物充填液在完井后期存在不能自行破膠的問題，依據(jù)低分子量特種表面活性劑的成膠和破膠作用機理，研制了一種無固相、能自動破膠的充填液體系，并對其性能進行了評價。結(jié)果表明，低分子膠束充填液具有流變性好、濾失量低、抗溫可達150℃、抑制性好和巖心污染滲透率恢復(fù)值高等特點，尤其是遇油氣可自動破膠，因此在使用過程中無需額外打入破膠劑，并且可有效保護油氣層。

充填液；膠束；表面活性劑；破膠；儲層保護

充填液通常采用水溶性高分子聚合物如水解聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素和生物聚合物等配制而成［1］。這些高分子一旦被擠入地層，極易吸附、滯留在孔隙中，造成油流受阻、油井產(chǎn)能下降［2］。針對目前常用的高分子聚合物充填液在完井后期存在不能自行破膠或需另外打入氧化劑破膠、給生產(chǎn)帶來極大安全隱患的問題，筆者依據(jù)低分子量特種表面活性劑的成膠和破膠作用機理，不必使用水溶性高分子聚合物作增粘劑，研制了一種無固相、能自動破膠的充填液體系，并對其性能進行了評價。

1 低分子膠束充填液配方

針對疏松砂巖稠油油藏多支井鉆完井要求，從保護油層的角度考慮，構(gòu)建了無固相、低分子膠束充填液體系，其配方為：海水＋3%～4%膠束劑HVES＋2%降失水劑HFL－6＋鹽加重劑（KCl/CaCl2）。

2 充填液的成膠和破膠機理

膠束劑HVES為低分子膠束充填液核心處理劑，主要起增粘作用。該劑為含有親水與親油2個基團的低分子量表面活性劑，當(dāng)HVES加量達到一定濃度后，水分子排斥表面活性劑分子的親油基團，使表面活性劑分子聚集形成球狀膠束；由于親水基團帶正電荷，帶正電荷的球狀膠束之間相互排斥，并不能使溶液增粘。在溶液中加入平衡陰離子，抵消陽離子基團之間的排斥力，球狀膠束轉(zhuǎn)變成棒狀膠束，棒狀膠束通過范德華力和分子間的弱化學(xué)鍵，相互之間高度纏結(jié)，構(gòu)成了網(wǎng)狀膠束，類似于交聯(lián)的長鏈聚合物形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀膠束結(jié)構(gòu)使表面活性劑膠束溶液具有了凝膠性質(zhì)，溶液粘度大幅度增加并具有了一定的彈性［3，4］。

當(dāng)?shù)头肿幽z束與地層原油、天然氣接觸時，由于膠束的內(nèi)部是親油的，烴分子進入到膠束的內(nèi)部，使膠束膨脹，相互纏結(jié)的棒狀膠束就會松開，棒狀膠束向球狀膠束轉(zhuǎn)變，使液體粘度降低，最終變成單個分子，溶于烴中。在油井或天然氣井中，都會含有游離狀態(tài)的烴類物質(zhì)，因此不需要加入破膠劑［4］。

低分子膠束充填液成膠、破膠機理如圖1所示［4］：

圖1 低分子膠束充填液成膠破膠機理示意圖

3 低分子膠束充填液性能

3.1 流變性和濾失性

構(gòu)建的低分子膠束充填液體系具有好的流變性和較低的濾失量（見表1），滿足多支井的充填要求。

表1 低分子膠束充填液的流變性和濾失性

3.2 抗溫性能

室內(nèi)考察了低分子膠束充填液在不同溫度下熱滾后的充填液性能。從表2試驗數(shù)據(jù)可以看出，低分子膠束充填液在100、120和150℃下熱滾前后，流變性變化較小，表明低分子膠束充填液具有較好的抗溫能力，抗溫可達150℃。

表2 低分子膠束充填液的抗溫性能

3.3 抑制性

通過測定巖屑粉在充填液中的膨脹率來評價充填液的抑制性。試驗方法為：稱取10g渤海NB35－2油田井深1980m處的鉆屑（過100目篩），在105℃下烘2h，壓制成5mm厚的巖心片，量取充填液50ml，用非接觸式高溫高壓頁巖膨脹儀測其8h的線性膨脹量。試驗結(jié)果見表3。

表3 低分子膠束充填液的抑制性

由表3可以看出，充填液對頁巖的膨脹率很小，明顯低于海水對頁巖的膨脹率，說明充填液體系能夠很好地抑制地層水化膨脹，有利于對井壁的化學(xué)穩(wěn)定作用。

3.4 自動破膠性能

低分子膠束充填液與烴（油、氣）接觸或地層水稀釋后，可徹底破膠而失去粘度。分別在高分子聚合物充填液（海水＋0.5%生物聚合物VIS）和低分子膠束充填液中加入5%、10%的煤油（烴類），考察烴類對充填液粘度的影響，結(jié)果見表4。由表4可以看出，高分子聚合物充填液加入煤油后其粘度不降反而略有增加，而低分子膠束充填液加入煤油后其粘度顯著降低，降至接近水的粘度，表明低分子膠束充填液遇油會自動破膠。因此，油井投產(chǎn)后油氣進入井筒會使膠束充填液破膠，而無需額外打入破膠劑；另外低分子膠束充填液進入儲層遇油也會自動破膠而不會對儲層造成傷害。這是由于烴類會影響低分子膠束充填液體系的靜電環(huán)境，使棒狀膠束破壞，變成單個的球狀膠束而失去粘度。低分子膠束充填液被地層水稀釋，濃度降低，相互纏繞的棒狀膠束變成單個的球形膠束，粘度也會下降到水的粘度。

表4 充填液破膠性能比較

3.5 儲層保護性能

采用高溫高壓動態(tài)失水儀以及JHST－IV巖心滲透率梯度測試儀，依據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價方法》（SY/T6540－2002），對低分子膠束充填液的儲層保護效果進行評價，結(jié)果見表5。從表5中可以看出，2塊巖心滲透率恢復(fù)值都在95%以上，表明低分子膠束充填液體系具有較好的儲層保護性能。

表5 低分子膠束充填液的儲層保護性能

4 結(jié) 論

1）針對疏松砂巖稠油油藏多支井鉆完井要求，依據(jù)膠束劑HVES成膠和破膠作用機理，研制了低分子膠束充填液體系。

2）試驗評價結(jié)果表明，低分子膠束充填液具有流變性好、濾失量低、抗溫可達150℃、抑制性好和巖心污染滲透率恢復(fù)值高等特點，尤其是遇油氣可自動破膠，因此在使用過程中無需額外打入破膠劑，并且可有效保護油氣層。

［1］萬仁溥.完井液手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.60～61.

［2］向興金，范山鷹，趙霞.破膠劑改善聚合物完井液的儲層保護效果［J］.國外油田工程，1998，14（7）：4～10.

［3］Samuel M M，Card R J，Nelson E B，et al.Polymer－free fluid for fracturing applications［J］.Society Petroleum Engineers Drilling Completion，1999，14（4）：240～245.

［4］周福建，練以鋒，楊賢友，等.中高密度粘彈性表面活性劑壓裂液的研制與應(yīng)用［J］.油田化學(xué)，2005，22（2）：136～139，100.

Study on Micelle Packing Fluid System with Low Molecular Weight

XIANG Xing－jin（College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）
SHU Fu－chang（College of Chemistry and Environmental Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）
WANG Jian，SHI Mao－yong（Institute of Jingzhou Hanc New Technology，Jingzhou434001，Hubei，China）
HE Bao－sheng，LI Yu－guang，JIN Yong（CNOOC Research Center，Beijing100027，China）

In order to overcome the unsuccessful self gel－breaking problem of the commonly used high molecular polymer packing fluid at the late stage of well completion，a solid－free packing fluid system which could spontaneously break gel was developed by gel forming and gel－breaking mechanism of the special low－molecular weight surfactant，and its performance was evaluated.The result shows that the low－molecular weight micelle packing fluid has a good rheologic property and low filtrate loss，high temperature resistance up to 150℃，good inhibitory ability，and high permeability restoring rate of contaminated cores；especially when this packing fluid system is contacted with oil and gas，it can break gel automatically，therefore there is no need to add extra gel breaker in application and effectively protect the reservoirs.

packing fluid；micelle；surfactant；gel break；reservoir protection

TE257.6

A

1000－9752（2010）05－0112－03

2010－06－20

國家科技重大專項（2008ZX05024－003－10）。

向興金（1962－），男，1984年大學(xué)畢業(yè)，碩士，教授，現(xiàn)主要從事鉆井液和完井液方面的教學(xué)與科研工作。

［編輯］ 蕭 雨