1.3低滲透鉆開液超高溫技術(shù)對策

室內(nèi)從3個(gè)方面開展了低滲透鉆開液的超高溫性能優(yōu)化。①研選抗超高溫降濾失劑材料，改善高溫濾失性能；②評價(jià)優(yōu)選高溫聚合物增黏劑，通過材料間的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)一步提升體系的整體抗溫性能；③優(yōu)選配套超高溫防水鎖劑材料，保障防水鎖性能的同時(shí)解決起泡問題，以避免起泡帶來的配漿、維護(hù)和加劇井下材料氧化的問題。

1.4抗超高溫降濾失劑優(yōu)選

為避免超高溫下材料間的相互影響干擾判斷，室內(nèi)在190℃下先固定KG-TNJ作為增黏劑材料不變，對5種改性淀粉類高溫降濾失劑材料進(jìn)行了初選。其中，KG-Filcon為海上常用抗高溫改性淀粉；KG-CPSY和KG-THERM均為聚合物接枝改性抗高溫淀粉；KG-UTSTA和KG-FLUCON均為室內(nèi)使用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸AMPS、聚苯乙烯乳液與可溶性淀粉在堿性條件下通過接枝共聚生成抗超高溫改性淀粉，2者區(qū)別在于KG-UTSTA為機(jī)械攪拌條件下共聚合成，KG-FLUCON為超聲波機(jī)械協(xié)同方式混勻后再進(jìn)行合成。評價(jià)配方：基礎(chǔ)配方+1.0%KG-TNJ+2.5%降濾失劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，190℃老化后，各體系的流變性能穩(wěn)定，KG-UTSTA和KG-FLUCON體系的高溫高壓降濾失性最好，濾失量小于20 mL，KG-CPSY和KG-THERM體系的高溫高壓降濾失性能次之。分析原因?yàn)楦男缘矸鄱家肓丝垢邷亟又簿蹎误w，但是KG-FLUCON、KG-UTSTA除了引入AMPS類抗高溫單體外，還引入聚苯乙烯乳液，增加了接枝改性的抗高溫基團(tuán)和空間結(jié)構(gòu)，通過聚苯乙烯乳液組分的吸附、滲透、覆蓋包裹特性增強(qiáng)了對淀粉結(jié)構(gòu)的高溫保護(hù)作用和產(chǎn)物的成膜封堵性能，改善了其抗高溫性和濾失造壁。

表2 2.5%抗超高溫降濾失劑的初選評價(jià)

1.5抗超高溫增黏劑優(yōu)選

室內(nèi)對4種高溫聚合物增黏劑材料進(jìn)行了單劑抗溫性能對比評價(jià)。其中KG-TNJ為溫敏疏水締和聚合物提黏劑，DrilFILHT為納米片狀氧化鎂酚醛樹脂改性聚合物增黏降濾失劑材料，Drilloss F為納米微球聚合物復(fù)合增黏聚合物材料，PC-UTS為某國外代表性高溫聚合物材料。評價(jià)配方：基礎(chǔ)配方+2.5%KG-UTSTA+聚合物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3抗超高溫聚合物增黏劑的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

由表3可知，在210℃高溫老化后，從流變性能數(shù)據(jù)來看，1.5%KG-TNJ體系表觀黏度為20 mPa·s，高溫提黏效果最好，次之為PC-UTS；從API濾失量性能來看，DrilFILHT體系濾失量最小為5 mL，Drilloss F體系濾失量略高為7 mL。分析認(rèn)為，由于DrilFILHT中引入了片狀氧化鎂和磺甲基酚醛樹脂改性成分，因此分子結(jié)構(gòu)中含有片狀剛性結(jié)構(gòu)和高溫交聯(lián)基團(tuán)，這種片狀結(jié)構(gòu)類似于膨潤土的結(jié)構(gòu)，所以有利于形成致密的濾失封堵層，高溫交聯(lián)特點(diǎn)又有利于實(shí)現(xiàn)微觀上的化學(xué)膠結(jié)，從而增強(qiáng)了高溫濾失造壁性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)表明，超高溫這類極限條件下憑借單一材料組分來控制低滲透鉆開液體系的性能難度很大，因此開展聚合物的復(fù)配實(shí)驗(yàn)，通過材料間協(xié)同作用提升體系整體的超高溫性能很有必要。

1.6聚合物的復(fù)配效果評價(jià)

室內(nèi)以濾失改善效果較好的1%DrilFILHT為基礎(chǔ)，考察增黏劑KG-TNJ、PC-UTS與2種抗超高溫改性淀粉的復(fù)配效果，選定材料最佳組合。評價(jià)配方：基礎(chǔ)配方+1.0%DrilFILHT+復(fù)配聚合物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4高溫聚合物的復(fù)配效果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4結(jié)果表明，210℃下老化后，在高溫增黏性方面，KG-TNJ優(yōu)于PC-UTS，其中“1%KG-TNJ+2.5%KG-FLUCON”組合的表觀黏度為39 mPa·s、動(dòng)切力為13 Pa，黏度和切力最高，高溫高壓濾失量為7 mL，綜合性能表現(xiàn)最佳；協(xié)同增黏性方面，KG-FLUCON優(yōu)于KG-UTSTA，分析認(rèn)為KG-FLUCON相比KG-UTSTA在制備工藝上增加了超聲波輔助措施，強(qiáng)化了合成反應(yīng)中抗溫單體與淀粉分子的增溶分散及接枝改性效果，提升了產(chǎn)品的高溫穩(wěn)定性。由單劑和復(fù)配優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，最終篩選出適合超高溫低滲透鉆開液體系的3種主要抗高溫聚合物材料KG-TNJ、KG-FLUCON和DrilFILHT。

1.7配套抗超高溫防水鎖劑優(yōu)選

前期鉆井作業(yè)期間，鉆開儲(chǔ)層前低滲透鉆開液體系中加入了防水鎖劑材料，發(fā)現(xiàn)加入后出現(xiàn)了起泡問題，加入消泡劑后有一定效果但是循環(huán)和再加入防水鎖劑時(shí)又會(huì)出現(xiàn)起泡情況，一定程度上影響了正常作業(yè)。另外，由于起泡問題，會(huì)將空氣中氧氣攜帶進(jìn)入鉆井液中，在井底高溫環(huán)境中會(huì)加速鉆井液中聚合物材料的降解。為了解決起泡問題，同時(shí)預(yù)防低孔低滲儲(chǔ)層的水鎖傷害，室內(nèi)開展超高溫低滲透鉆開液體系配套防水鎖劑優(yōu)選試驗(yàn)。

所有評價(jià)配方均在210℃高溫下老化16 h后，在10 000 r/min高速攪拌10 min后測定體系的起泡率，收集各評價(jià)配方的API濾液，再將濾液用濾紙和砂芯漏斗過濾獲得各配方的評價(jià)溶液樣本，在80℃下測定各評價(jià)溶液樣本的表面張力和油液界面張力參數(shù)，結(jié)果如表5和圖1所示。

表5防水鎖劑優(yōu)選數(shù)據(jù)記錄表

圖1濾液表面張力和界面張力隨KCS-F加量的變化

由實(shí)驗(yàn)可知，KCS-F的綜合性能最佳，基本不起泡，且濾液表面張力和界面張力較低；鉆開液濾液的表面張力和界面張力隨KCS-F加量增加逐漸降低，當(dāng)KCS-F加量達(dá)到2.0%時(shí)，下降趨勢變緩；2.5%KCS-F可使濾液的表面張力和界面張力分別降低至27.7 mN/m和5.9 mN/m，且不會(huì)對抗超高溫低滲透儲(chǔ)層鉆開液的濾失性能和流變性能造成不利影響。優(yōu)選的防水鎖劑KCS-F是一種氟碳類表面活性劑，材料中復(fù)合了有機(jī)硅類抑泡劑，氟碳鍵、碳硅鍵、碳碳鍵均有良好的熱穩(wěn)定性，所以既能夠保持低的張力特性又不會(huì)帶來起泡問題。

2.新型抗超高溫低滲透鉆開液體系配方的構(gòu)建與性能評價(jià)

新型超高溫低滲透鉆開液體系構(gòu)建思路：選用具有高溫溫敏締和功能的聚合物提黏劑KG-TNJ提供高溫下高分子空間網(wǎng)絡(luò)疏水締和結(jié)構(gòu)，保障高溫懸浮穩(wěn)定性；選用合成抗超高溫改性淀粉（KG-UTSTA、KG-FLUCON）作為主要抗超高溫降濾失劑材料；選用磺化酚醛樹脂改性的片狀納米氧化鎂復(fù)合物降濾失劑DrilFILHT增強(qiáng)超高溫下的濾失造壁性；優(yōu)選出配套的不起泡的抗超高溫防水鎖劑KCS-F降低儲(chǔ)層水鎖傷害風(fēng)險(xiǎn)；選用甲酸鹽加重，通過有機(jī)鹽增強(qiáng)高溫穩(wěn)定性，同時(shí)滿足儲(chǔ)層鉆進(jìn)密度的設(shè)計(jì)要求。通過有機(jī)鹽加重使得該體系具有低活度特點(diǎn)，可以控制鉆井液活度不大于巖石活度，減少水向地層的滲透。抗超高溫低滲透儲(chǔ)層鉆開液體系配方如下。

海水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+1.0%KG-TNJ+2.5%KG-FLUCON+1.0%DrilFILHT+2.5%KG-EZCARB+2.0%KG-YZJ+2.5%KG-JHC+2.5%KCS-F+HCOOK

2.1長時(shí)間抗溫性能

如表6所示，低滲透鉆開液高溫長時(shí)間老化后，體系的濾失量有所增加，但是仍保持了較高的黏度和切力及低剪切速率黏度。室內(nèi)將上述實(shí)驗(yàn)獲得的泥餅浸泡在現(xiàn)場使用的破膠液中，浸泡溫度為100℃，浸泡時(shí)間為2 h，泥餅基本被清除掉。分析認(rèn)為，體系中使用的超細(xì)碳酸鈣和聚合物復(fù)合改性納米氧化鎂均為可酸溶微細(xì)固相成分，可酸化解堵，因此有利于保護(hù)儲(chǔ)層。

表6低滲透鉆開液超高溫長時(shí)間老化穩(wěn)定性（210℃、72 h）

2.2高溫高壓流變性能

考慮到壓力對體系流變性能影響較小，室內(nèi)評價(jià)了不同高溫下體系的流變性能。將體系在210℃下老化16 h后，其高溫高壓流變性能見表7。由表7可知，構(gòu)建的抗超高溫低滲透鉆開液隨溫度升高，黏度呈下降趨勢，動(dòng)切力保持大于10 Pa，高溫下具有較高的黏度和切力，滿足高溫懸浮攜巖需要。

表7低滲透鉆開液的高溫高壓流變性（ρ=1.20 g/cm3）