元壩海相氣藏高含硫氣井環(huán)空保護(hù)液研究

元壩海相氣藏高含硫氣井環(huán)空保護(hù)液研究

環(huán)空保護(hù)液充滿于永久性封閉器以上的氣管和油層儲氣管之間。主要用于減輕管道頭或封閉器承受的油藏壓力，降低管道和環(huán)空之間的壓力，并限制管道和軟管的腐蝕趨勢。環(huán)空保護(hù)液對于生產(chǎn)井來說,如果不修井就不會流動;對于非投產(chǎn)井來說,不投產(chǎn)也不會流動。因此,環(huán)空保護(hù)液應(yīng)具有以下特征:不產(chǎn)生固相沉淀,穩(wěn)定性好,在修井或投產(chǎn)時不損害儲層、保護(hù)油氣層能力強(qiáng),無腐蝕、且防腐能力好。元壩海相氣藏H2S含量2.7%~8.44%,CO2含量3.12%~11.31%,屬高含硫化氫、中含二氧化碳?xì)獠?。為有效減緩酸性氣體對環(huán)空油、套管的腐蝕,延長井下管柱使用壽命,采用在坐封永久式封隔器前,在油套環(huán)空替入環(huán)空保護(hù)液對油套管進(jìn)行腐蝕防護(hù)。針對元壩海相高含硫氣井環(huán)空油、套管特殊的腐蝕環(huán)境,以有機(jī)酸鹽為基液,添加高效緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、除氧殺菌劑等添加劑,研制出密度調(diào)節(jié)范圍寬、熱穩(wěn)定性高、防腐蝕能力強(qiáng)的抗高溫有機(jī)酸鹽環(huán)空保護(hù)液。1內(nèi)部實驗1.1環(huán)空保護(hù)液技術(shù)根據(jù)流體連續(xù)相的性質(zhì),環(huán)空保護(hù)液可分為油基環(huán)空保護(hù)液和水基環(huán)空保護(hù)液,其中水基環(huán)空保護(hù)液又分為有機(jī)鹽和無機(jī)酸鹽環(huán)空保護(hù)液。油基環(huán)空保護(hù)液雖為非腐蝕性,但成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重,不能廣泛應(yīng)用。水基環(huán)空保護(hù)液包括改性鉆井液環(huán)空保護(hù)液、低固相環(huán)空保護(hù)液、清潔鹽水環(huán)空保護(hù)液,因其施工簡單、方便、成本低,在完井后比較常用,但普遍存在著腐蝕較大問題。水基有機(jī)酸鹽環(huán)空保護(hù)液則是環(huán)空保護(hù)液技術(shù)發(fā)展方向,具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)密度可調(diào),甲酸鉀最大密度1.59g/cm3,通過復(fù)配使用甲酸鈉和甲酸鉀可有效降低成本;(2)腐蝕性較低,不但對金屬腐蝕率較低,而且對多數(shù)橡膠影響也不大,無明顯腐蝕作用;(3)生物毒性小、富集性低;(4)具有低黏、低結(jié)晶點(diǎn)的特性;(5)能抑制微生物生長;(6)具有一定的溶垢、除垢能力;(7)抑制性強(qiáng),有利于保護(hù)儲層;(8)可重復(fù)利用。因此,較適合作為油、套管環(huán)空保護(hù)液。1.1.1飽和水溶液密度和體積測定取500mL實驗用水(元壩現(xiàn)場配漿用水),分別加入一定量的HCOONa、HCOOK,充分溶解后測定密度和體積,直至飽和,實驗結(jié)果見表1。由表1可見,HCOONa飽和溶液密度為1.32g/cm3,每增加50g的HCOONa,溶液體積平均增加20mL;HCOOK飽和溶液密度為1.59g/cm3,每增加200g的HCOOK,溶液體積平均增加100mL。1.1.2hcool溶液密度取500mL的HCOONa溶液(密度1.30g/cm3),加入一定量的HCOOK,充分溶解后測定密度和體積,直至飽和,實驗結(jié)果見表2。由表2可見,復(fù)合鹽飽和溶液密度為1.56g/cm3,每增加100g的HCOOK,HCOONa溶液體積平均增加50mL;HCOOK加量超過700g后,溶液密度增加緩慢,體積增加不受影響。綜合以上實驗,結(jié)合環(huán)空保護(hù)液成本因素,建議環(huán)空保護(hù)液密度小于1.32g/cm3時,采用甲酸鈉溶液作為基液,超過此密度則需將兩種鹽復(fù)配使用,降低使用成本。1.2優(yōu)涂料1.2.1減緩電化學(xué)腐蝕井下環(huán)形空間不可避免地會受到H2S和CO2等酸性氣體的滲入而造成嚴(yán)重的酸性腐蝕。為降低環(huán)空保護(hù)液對油套管的腐蝕,在環(huán)空保護(hù)液中加入咪唑啉類抗H2S和CO2緩蝕劑,使其在鋼體表面形成一層保護(hù)膜,阻止H+接近,防止電化學(xué)腐蝕,從而改變金屬表面的特性以達(dá)到減緩腐蝕的目的。選用日新石油TC系列咪唑啉類緩蝕劑,在160℃下采用金屬掛片法,將配制好的不同密度基液與P110鋼片置于高溫高壓釜中浸泡15d,開展緩蝕劑優(yōu)選實驗。緩蝕劑加量采用廠家推薦加量2%,實驗數(shù)據(jù)見表3,可以看出,緩蝕劑TC-3對不同密度基液腐蝕速率最低,緩蝕效果最佳。為進(jìn)一步確定TC-3最優(yōu)加量,開展了TC-3加量對密度1.30g/cm3HCOONa溶液的腐蝕性能影響實驗,實驗條件同上,實驗數(shù)據(jù)見表4,可以看出,隨著TC-3加量的增加,緩蝕率逐漸提高,加量達(dá)到1.5%以上,緩蝕率增加趨緩,因此TC-3最優(yōu)加量范圍為1.5%~2.0%。1.2.2環(huán)空保護(hù)液鐵離子穩(wěn)定劑性能的評價在環(huán)空保護(hù)液中加入鐵離子穩(wěn)定劑,能有效地絡(luò)合游離的鐵離子,形成穩(wěn)定的鐵離子絡(luò)合物,避免二次沉淀污染產(chǎn)層,同時鐵離子穩(wěn)定劑具有一定緩蝕防腐能力。實驗參照《酸化用鐵離子穩(wěn)定劑性能評價方法》,優(yōu)選環(huán)空保護(hù)液鐵離子穩(wěn)定劑,鐵離子穩(wěn)定劑加量采用廠家推薦加量1%。實驗數(shù)據(jù)見表5。由表5可知,BSA-604鐵離子穩(wěn)定能力較弱,僅為12.14mg/mL,其他3種鐵離子穩(wěn)定劑穩(wěn)定能力為150mg/mL以上,其中WD-T穩(wěn)定能力為157.84mg/mL,較YBTW的169.98mg/mL略小,但WD-T抗溫大于YBTW,所以選取鐵離子穩(wěn)定劑WD-T作為環(huán)空保護(hù)液體系的穩(wěn)定劑。1.2.3助排劑的篩選在環(huán)空保護(hù)液體系中加入適量的防水鎖表面活性劑,降低進(jìn)入產(chǎn)層流體的表面張力,即使有濾液侵入儲層也較易于返排,疏通油氣通道,最大限度地恢復(fù)、解放油氣井投產(chǎn)后儲層的滲透性。實驗選用助排劑MS-1、FSH、SAT等,加量均為1%,采用表面張力儀測試溶液表面張力,每組實驗測試3次,優(yōu)選效果較佳的助排劑,實驗結(jié)果見表6。由表6可見,助排劑SAT降低表面張力的效果最好,其平均表面張力為24.5mN/m,較環(huán)空保護(hù)液基液降低41.94%。為進(jìn)一步確定助排劑最優(yōu)加量,開展了助排劑SAT不同加量下的表面張力的測定。實驗數(shù)據(jù)如表7所示。由表7可以看出,隨助排劑SAT加量的增加,表面張力逐漸降低,且超過0.6%后表面張力降低趨緩,因此助排劑SAT的加量控制在0.8%~1.0%之間較合適。1.3保護(hù)液的配制以上實驗確定了不同密度環(huán)空保護(hù)液基液組成,優(yōu)選出了效果較佳的緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑和助排劑。在配方中加入除氧劑Na2SO3、永和水處理廠提供的殺菌劑SA,以抑制高溫密閉環(huán)境中硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細(xì)菌等對金屬的腐蝕。通過各處理劑與基液的合理配比,優(yōu)化得到有機(jī)酸鹽環(huán)空保護(hù)液配方為:現(xiàn)場配液水+1%除氧劑Na2SO3+1%殺菌劑SA+0.5%NaOH+有機(jī)酸鹽(充分溶解)+1.5%~2%緩蝕劑TC-3+1%鐵離子穩(wěn)定劑WD-T+0.8%助排劑SAT?，F(xiàn)場施工按投產(chǎn)設(shè)計所要求環(huán)空保護(hù)液實際使用量,依據(jù)有機(jī)酸鹽加量對密度、體積的影響,計算實際有機(jī)酸鹽用量,提前準(zhǔn)備好相關(guān)添加劑,配液罐保持清潔、無污物。2性能評價2.1保護(hù)液穩(wěn)定性測定模擬試氣測試過程和投產(chǎn)后環(huán)空保護(hù)液井下工況,針對元壩海相飛仙關(guān)組、長興組2個層位井底溫度(155~160℃),將配制好的環(huán)空保護(hù)液置于160℃靜恒溫15d,考察靜恒溫條件下密度1.30g/cm3有機(jī)酸鹽環(huán)空保護(hù)液的穩(wěn)定性(表8)。由表8可以看出,有機(jī)酸鹽環(huán)空保護(hù)液在160℃下靜置15d,黏切略有降低,但降幅較小,API濾失量變化不大,如圖1左圖所示,實驗后的環(huán)空保護(hù)液顏色有所加深,但無降解現(xiàn)象或沉淀產(chǎn)生,說明環(huán)空保護(hù)液抗高溫穩(wěn)定能力強(qiáng);右圖為對比樣,保護(hù)液內(nèi)聚合物已發(fā)生卷曲,穩(wěn)定性明顯下降。2.2抗腐蝕試驗2.2.1耐高溫能力測試在溫度160℃、壓力65MPa條件下,將配制好的環(huán)保液與P110鋼片置于高溫高壓釜中浸泡15d,腐蝕實驗數(shù)據(jù)見表9,可以看出,不同密度環(huán)空保護(hù)液160℃靜恒溫腐蝕速率遠(yuǎn)低于設(shè)計要求的0.076mm/a,表明其防腐能力滿足入井要求。2.2.2環(huán)空保護(hù)液對橡膠件硬度和腐蝕的影響取油管丁腈橡膠密封圈在160℃恒溫條件下,于高溫高壓釜中浸泡15d,腐蝕實驗數(shù)據(jù)見表10,可以看出,環(huán)空保護(hù)液對橡膠件的硬度影響較小,浸泡前后重量無明顯變化,表明環(huán)空保護(hù)液對橡膠件基本無影響。2.3環(huán)空保護(hù)液抑制微生物生長效果將環(huán)空保護(hù)液和油田污水按1∶1的比例混合,按SY/T5890—93《殺菌劑性能評價方法》,在100℃下進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)并測定保護(hù)液抑制微生物生長的情況,結(jié)果見表11,可以看出,環(huán)空保護(hù)液抑制細(xì)菌生長效果非常顯著,殺菌率達(dá)到99%以上。3環(huán)空保護(hù)液組有機(jī)酸鹽環(huán)空保護(hù)液已在元壩204-1H、101-1H和205-1井進(jìn)行了應(yīng)用,取得了較好的效果。以元壩204-1H為例,該井為開發(fā)水平井,采用襯管完井,完鉆井深7676m,層位P2ch。預(yù)測最高地層壓力74.4MPa,封隔器膠筒井深6447.57~6447.88m?，F(xiàn)場共配制1.30g/cm3環(huán)空保護(hù)液215m3,2013年6月11日在充分循環(huán)壓井液后,上提管柱至6482m,用壓裂車替入隔離液3.2m3,隨后替入環(huán)空保護(hù)液140.81m3,排放混漿20.33m3,回收壓井液123.68m3。正循環(huán)環(huán)空保護(hù)液,循環(huán)無溢流、無漏失,無后效顯示。次日短程起鉆15柱,模擬起下投產(chǎn)管柱時間,靜置觀察5d無溢漏。組下投產(chǎn)管柱、安裝采氣樹,投球入座。7月2日,正注液氮13.875m3,誘噴求產(chǎn),穩(wěn)定油壓40.5MPa,穩(wěn)產(chǎn)82.15×104m3/d;7月24日酸壓測試,求得穩(wěn)定天然氣產(chǎn)量104.695×104m3/d,階段產(chǎn)氣量27.924×104m3/d,累計產(chǎn)氣量133.92×104m3/d。7月25—30日關(guān)井,油壓52.9MPa,技套、表套壓力0MPa,表明油、套管柱均無滲漏,環(huán)空保護(hù)液對油管外壁和套管內(nèi)壁起到防腐作用,確保油套管長期安全使用。4環(huán)空保護(hù)液與生物處理(1)有機(jī)酸鹽環(huán)空保護(hù)液密度調(diào)節(jié)范圍寬,熱