一种水基完井液体系受残酸污染程度的评价方法*

聂强勇，杜仕勇，杨兰平，徐兴宇，梁 益，程 鑫

(1 中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司，成都 610051；2 西南石油大学化学化工学院，成都 610500)

在储层开钻时选择与之相配伍的完井液的体系是至关重要的，但在选择完井液的类型时，既要考虑在钻井作业全过程中使油气井保持稳定，又考虑保护生产层使其不受损害，因此，需要着重考虑完井液的抗污染能力，严重地污染会导致形成的滤饼虚厚、造成管柱下不到位及滤失量过大等，都会造成对储层的损害[1-2]。油气田压裂酸化技术为油气进入井筒提供更大的空间，但在压裂酸化的操作过程中会产生很多的液体废物、固体废物和气体废物[3-6]，而最常发生的情况就是未完全反应的残酸侵入井筒，导致完井液流变及滤失性能发生改变，引起井下复杂[7]。因此，针对这种情况，本文研究了一种具体量化残酸污染水基完井液的评价方法，这样便可以通过在线采样分析当前完井液中是否存在残酸侵入造成污染，并以此来解决相关现场问题。

1 实 验

1.1 原料及仪器

密度为1.50 g/cm3的水基完井液，取自双探108井；密度为1.90 g/cm3的水基完井液，取自磨溪132井；密度为2.40 g/cm3的水基完井液，取自简探1井；密度为2.48 g/cm3的水基完井液，取自龙兴1井；配液用水，取自现场水；盐酸(分析纯)，购买自成都市科隆化学品有限公司；

GJS-B12K型高速搅拌器、 GGS42-A2型高温高压滤失仪、GRL-BX3型滚子加热炉、HTD-D6S型六速旋转粘度计，青岛恒泰达机电设备有限公司。

1.2 完井液性能测试

取400 g完井液于高搅机高搅15 min，搅拌完成后加入不同质量浓度的盐酸用于模拟残酸污染，残酸加入完成后高搅15 min后置于滚子加热炉内老化16 h×170 ℃，最后得到不同污染程度的完井液进行流变及滤失性能测试。

1.3 完井液性能参数计算

使用六速旋转粘度计对不同污染状态下的完井液进行流变性能测试，使用高温高压滤失仪对不同污染状态下的滤失性能进行测试，测试完成后使用计算公式计算不同污染状态下完井液的各性能参数。

(1)表观粘度AV=0.5Φ600;

(2)塑性粘度PV=Φ600-Φ300;

(3)动切力YP=AV-PV;

(4)动塑比=YP/PV;

(5)初切：τ初=0.5Φ3(600 r/min搅拌10 s，静置10 s，3 r/min转速下读最大值);

(6)终切：τ终=0.5Φ3(600 r/min搅拌10 s，静置10 min，3 r/min转速下读最大值);

(7)FLHTHP=滤液量(30 min)×2;

(8)流性指数n=λ(logQ1/Q2);

式中：λ为常数，计算方式为 1/(logR1-logR2);Q1=Φ600；Q2=Φ300；R1为Φ600对应的剪切速率；R2为Φ300对应的剪切速率；

(9)稠度系数K=(0.5111×Φ300)/511n。

2 结果与讨论

2.1 完井液受残酸污染程度判断模型

当完井液受残酸污染后，在性能上体现为表观粘度AV、塑性粘度PV、动切力YP等参数产生变化，相较未污染时变化较大。因此以未受污染的空白组作为背景值，建立一个可以衡量完井液受残酸污染等级的分级方法。

(1)流变参数

从完井液性能计算公式的关联关系我们可以发现，其中关于流变参数中流性指数n、稠度系数k值反映了完井液的流体类型及流变性能，因此从完井液流变性能上综合分析时可选择稠度系数k值变化值Δki进行分析：

Δki=k空白-ki

式中：k空白为未污染时完井液的稠度系数；ki为i%残酸污染加量完井液的稠度系数；Δki为稠度系数K变化值。

(2)滤失参数

滤失性能中包含滤饼形貌、滤饼厚度、滤失量三个参数。其中，完井液高温高压滤失后的滤饼形貌大多类似，厚度不一，规律性较差，容易对结果造成误判产生不必要的误差。而高温高压滤失量按照国家相关标准计时并测试，程序规范，是较为客观的评判标准。因此可选择滤失量变化值作为滤失性参数ΔFL：

滤失性参数ΔFLi=FL空白-FLi;

式中:FL空白为未污染时完井液的滤失量；FLi为i%残酸污染完井液时的滤失量；ΔFLi为滤失量变化值。

(3)污染状态综合参数

根据上述的流变参数、滤失参数，将水基完井液当前污染状态性能的综合参数设定为α值，则未污染时及收到污染后完井液综合性能的计算公式如下：

空白组完井液 α=k空白×FL空白；

污染组完井液αi=Δki×ΔFLi；

空白组完井液α与污染组完井液αi进行差距对比，设定完井液污染程度系数为x：

污染指数x=[(α-|αi|)/α]×100%。

2.2 评价方法应用

由表1～表4可知，完井液随残酸污染程度的增大，AV、PV等变化规律较不明显，但污染指数x均是逐渐增大，表明污染指数x能反映完井液受残酸污染程度：

表1 残酸对双探108井1.50 g/cm3完井液体系热滚后的性能影响

表2 残酸对磨溪132井1.90 g/cm3完井液体系热滚后的性能影响

表3 残酸对龙兴1井2.48 g/cm3完井液体系热滚后的性能影响

图1 不同密度的完井液受残酸污染及热滚后的污染指数x

表4 残酸对简探1井2.40 g/cm3完井液体系热滚后的性能影响

在污染前期，污染指数x居于0～5%；

在污染中期，污染指数x居于5%～15%；

在污染后期，污染指数大于了15%。

因此我们可以将，污染指数0≤x≤5%，定义为轻度污染；污染指数 515%，定义为重度污染；

由图1可知，双探108井(1.50 g/cm3)、磨溪132井(1.90 g/cm3)、龙兴1井(2.48 g/cm3)、简探1井(2.40 g/cm3)随着密度的逐渐增大，完井液受残酸污染后的污染指数x上升的越来越快，表明了完井液密度越大，对残酸污染越敏感，抗残酸污染的能力越差。

3 结 论

通过对比完井液的AV、PV、YP等属性反映的完井液性能特征，最终选择稠度系数K、滤失量FL两个属性综合反映完井液的受残酸污染程度，对于密度在1.5 g/cm3与2.4 g/cm3之间的水基完井液，可使用污染指数x进行表示：

污染指数0≤ x ≤ 5%，定义为轻度污染；

污染指数5

污染指数 x>15%，定义为重度污染；

水基完井液的密度越大，受残酸污染后完井液的污染指数x上升的越快，完井液对残酸污染越敏感，抗残酸污染的能力越差。