氯化鉀與強抑制性聚合醇協同作用對頁巖儲層的影響

在石油鉆孔中，采用了聚乙醇水基鉆井液。聚乙醇促進和防止坍塌的機理研究引起了研究人員的注意。目前，基于一定的實驗基礎，提出了三個假設：抗緩劑滲透性、壓力傳輸、濁點行為和吸附效果。但是從使用現狀來看,這3種假說在解釋低加量、有無濁點、是否與KCl協同使用等幾方面仍存在爭議。1實驗儀器與實驗方法1.1實驗儀器Zeta/sizer3000膠體電位粒度儀(英國生產);Novasina活度儀(瑞士生產);Texas-500型界面張力儀(美國生產);ZNN-D6型六速旋轉粘度儀(青島);721型分光光度計(上海);ZNS型鉆井液濾失儀(青島);LG10-2.4A型電動高速離心機(北京)。1.2實驗方法1.2.1吸附實驗(1)工作曲線的繪制配制濃硫氰酸鈷鉀溶液,并與不同濃度的CXC-1溶液混合,用異丙醇萃取,將萃取液置于721型分光光度計上,測其光密度E(以蒸餾水為空白實驗)。以CXC-1的濃度為橫坐標,光密度E為縱坐標繪制曲線,即為工作曲線。(2)吸附量的測定用分光光度計測定CXC-1在粘土顆粒上吸附后的光密度E,并在工作曲線上查出相應的CXC-1濃度,計算吸附量。計算公式如下:τ=(C1?C2)×VG(1)τ=(C1-C2)×VG(1)式中,τ為CXC-1在粘土顆粒上的吸附量,mg/g;C1為吸附前CXC-1溶液的濃度,mg/L;C2為吸附后CXC-1溶液的濃度,mg/L;V為溶液體積,L;G為粘土的質量,g。1.2.2界面張力測定(1)將已裝樣的毛細管用壓帽安到界面張力儀的轉軸上;(2)接通馬達電源,并將溫度調至所需溫度;(3)打開頻閃燈,移動讀數顯微鏡,找到毛細管中被拉長的油柱,調整轉速到5000～7000r/min;(4)調整讀數旋鈕,使視野的雙線由下面靠近油柱下端,重合時由螺旋測微器讀數(d1),再將雙線單向地上移至油柱上端,得讀數(d2)。油柱的直徑Y=dl-d2,單位為10-4m。每隔一定時間讀數一次,直到3次連續讀數誤差在±0.001m之內,即可認為體系已達平衡,結束測定;(5)用密度瓶測相同溫度下油樣、水樣的密度,用折光儀測水樣的折光率;(6)界面張力計算公式如下:N=1.2336Δρ(Yn)3P2(2)Ν=1.2336Δρ(Yn)3Ρ2(2)式中,N為界面張力,mN/m;Δρ為油水相密度差,g/cm3;Y為油柱直徑,10-4m;P為轉速的倒數,ms/rev;n為水相折光率。1.2.3Zeta電位測定(1)啟動Zeta/sizer3000型膠體粒度/電位測試儀電源,打開Zeta測試窗口,預熱20min;(2)用注射器取一定量測試液,緩慢推入測試室內,注意不要注入氣泡;(3)在測試軟件界面窗口環境下,輸入相應的樣品信息;(4)測試,并存儲數據。1.2.4活度測定(1)接好探頭(SENSOR),把功能選擇開關轉至測試檔位置;(2)接通活度儀電源開關,等待機器到達所設置的溫度;(3)用注射器抽取測試樣品3～5g于塑料盒內(約占塑料盒的70%左右),放進測試座內;(4)蓋上探頭并旋緊(必須確定旋緊密封);(5)等溫度和濕度讀數均達到穩定的時候,溫度顯示值上方出現4個箭頭記號則表明測試值達到穩定。一般在水活度顯示值的下方同時出現4個箭頭記號時才能夠讀數(這4個箭頭約2s閃亮1次)。1.2.5濁點測定配制濃度為1%的CXC-1溶液50mL,向20mL刻度試管中倒入10mL,插入溫度計,然后將試管移入裝水的燒杯中,用水浴緩慢加熱,并輕輕攪拌溶液,直至溶液開始出現渾濁(溶液的溫度應不超過渾濁溫度10℃),停止加熱,記錄渾濁出現時的溫度,記作T1,取出試管,輕輕攪拌溶液使其緩慢冷卻(冷卻速度應不超過0.5℃/min),記錄渾濁消失時的溫度,記作T2,平行測定2～3次,取平均值,即為該濃度時CXC-1的濁點溫度范圍。2實驗結果及討論2.1KCl對CXC-1濁點的影響ue007當井底循環溫度高于聚合醇濁點時,溶液發生相分離,具有一定粒徑的聚合醇,可在泥頁巖表面形成吸附層,封堵泥頁巖的孔喉,阻止鉆井液濾液進入地層,抑制泥頁巖的水化膨脹和分散。實驗測定了強抑制性聚合醇CXC-1的濁點及其在不同KCl加量條件下的變化規律,結果見圖1。圖1表明,隨著KCl加量增加,CXC-1的濁點降低,CXC-1溶解度下降。2.2KCl對CXC-1吸附量的影響CXC-1在粘土顆粒上的吸附是發揮作用的前提條件之一。利用721型分光光度計測定了溫度在濁點以下時濃度為1g/L的CXC-1水溶液在粘土上的吸附量和不同溫度條件下KCl加量對其吸附作用的影響規律,實驗結果如圖2所示。實驗結果表明,在濁點溫度以下,濃度為1g/L的CXC-1溶液在粘土上的吸附量為70mg/g。由圖2看出,加入KCl可使CXC-1在粘土上的吸附量明顯增加,當溫度高于濁點時,少量KCl即可大幅度提高CXC-1的吸附,且吸附平衡時間縮短。2.3KCl與CXC-1協同作用對巖屑ζ電位和抑制性能的影響粘土顆粒所帶負電荷密度(可用ζ電位表征)的高低與粘土水化分散程度和懸浮穩定性有密切關系。美國學者Lauzon認為:粘土顆粒ζ電位小于-60mV時屬極端分散,ζ為-60～-40mV時屬強分散,ζ為-40～-20mV時屬弱分散,ζ為-20～-10mV時可能分散,ζ大于-10mV時不分散。利用Zeta/sizer3000膠體電位粒度儀和滾動分散實驗方法,測定了冀東油田、塔河油田易坍塌地層泥頁巖巖樣在蒸餾水、CXC-1、KCl以及CXC-1與KCl復配溶液中的ζ電位和回收率,結果見表1。由表1可知,巖樣自身負電性較高,分散性很強,回收率極低,隨著CXC-1和KCl的加入,巖樣負電性下降,回收率也略有提高;CXC-1與KCl復配使用時,巖樣負電性下降幅度非常大,回收率大幅度提高,高于兩者之和。由此可見,KCl的加入可明顯增強聚合醇的抑制作用,復配后的抑制性不是兩者抑制性的簡單疊加,而是具有很好的協同作用,可進一步增強體系的防塌能力。2.4KCl與CXC-1協同作用對水活度的影響水在鉆井液與井壁之間流動的驅動力之一為井眼水與孔隙水的化學勢差,當井眼水活度低于孔隙水活度時,可降低井眼水與孔隙水之間的化學勢差,減少鉆井液濾液向井壁內流動,維持井壁穩定。利用滾動分散實驗的上部清液,考察了CXC-1與KCl協同作用對水活度的影響,結果如下:蒸餾水為0.937;蒸餾水+3%CXC-1為0.911;蒸餾水+3%CXC-1+1%KCl為0.807;蒸餾水+3%CXC-1+3%KCl為0.789(塔河油田T903井井深5170～5190m巖屑)。由此看出,CXC-1可降低溶液的水活度,加入無機鹽后,水活度進一步降低,有利于井壁穩定。2.5KCl與CXC-1協同對界面張力的影響在使用水基鉆井液鉆進泥頁巖地層時,導致井眼不穩定的根本原因是泥頁巖表面的親水特性,降低濾液界面張力,可以降低濾液與泥頁巖表面的親和性。配制鉆井液A如下。密度為1.028g/cm3的膨潤土漿+0.15%KPAM+0.7%KPAN+0.7%JT888-2測定其分別加入CXC-1和KCl后濾液的界面張力,實驗結果見表2。ue007由表2看出,CXC-1能極大地降低濾液界面張力,當鉆至易塌地層時,在較高的井底溫度下,具有濁點效應的CXC-1從鉆井液中析出并吸附在巖石表面,由于CXC-1的醚鍵及羥鍵等親水基團吸附在頁巖的表面,疏水(親油)基團則在頁巖表面外部形成一個疏水層,使親水的頁巖表面成為親油性,阻止水進入頁巖,抑制頁巖的表面水化;當加入KCl時,界面張力仍然較低,有助于穩定井壁。3結論1.強抑制性聚合醇CXC-1具有濁點效應,隨著KCl加量增加,CXC-1的濁點降低,可使CXC-1在粘土上的吸附量明顯增加