川南页岩气区块固体酸解卡液溶蚀率的室内研究_张松.pdf

质量与检测10|2023年07月受到严格管控：不仅驾驶员需要持证，而且需要押运员持证，且线路及时间均有要求；(3)对装卸过程的人员及防护均有严格要求。这些要求增加了钻井现场的泡酸解卡时间，亟待开发一种长时间存储相对安全且适于现场的腐蚀酸。1.1 固体酸概念固体酸来源于固体表面存在的具有活性的酸性部位，称为酸中心，常见的有固载化液体酸、氧化物、硫化物、金属盐、杂多酸、固体超强酸等。尽管在结构上不同于液体酸，但原理相同，都是以给出氢离子为主要特征。1.2 固体酸的特点固体酸由可替代酸部分使用功能的各种安全粉末制剂有机复配而成，可以在很多领域代替盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸的使用，固体酸为粉末制剂，使用过程中没有烟雾产生，大大改善生产环境；在固体状态时对金属几乎没有腐蚀，对操作人员、设备、环境几乎没有危害；具有运输安全、搬运使用方便等优点。常规的固体酸有三氯乙酸、高碘酸、二硝基苯甲酸、乙二胺四乙酸、磷钨酸、新型复合固体酸。0 引言卡钻是钻井作业中的一种常见事故，发生的原因可能是采用的工程措施或钻井液措施不当，或者是井塌、井漏和井喷等各种井下复杂情况处理不当。常见的卡钻方式有：压差卡钻、沉砂卡钻、井塌卡钻、砂桥卡钻、掉块卡钻、缩径卡钻、泥包卡钻和键槽卡钻等1-4。川南页岩气区块油基钻井液使用井段遇卡一般采取震击或重稠浆举砂的方式解卡，泡酸解卡虽只适用于井壁稳定且油气显示不活跃的情况，但其在川南页岩气区块中的水基钻井液使用井段工业化应用效果良好，解卡成功率较高。2022 年至今，川南页岩气累计发生卡钻故障 13井次，其中掉块卡钻 11 次损失时间最长高达 668 h，严重影响生产效益，如表 1 所示。其中泡酸解卡 4 井次，钻井液密度范围 1.16 1.75 g/cm3，解卡成功率 100%。1 固体酸解卡液由于液体酸属于危化品，现场使用过程存在以下特点：(1)具有高腐蚀性，对存储设备要求高；(2)运输川南页岩气区块固体酸解卡液溶蚀率的室内研究张松1，汪伟1，郑建昆1，陈云富2，兰太华1(1.川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司，四川 成都 610051；2.川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院，四川 成都 610051)摘要：川南页岩气水基钻井液井段易发生的卡钻中泡酸解卡成功率较高，而液体强酸属于危化品，运输和使用存在限制条件，增加泡酸解卡的时间。通过对复合酸溶蚀率的性能评价，其 18%浓度溶液对灰岩或页岩的溶蚀率能够达到相同浓度盐酸溶液的 75%以上，能够满足现场泡酸解卡作业的性能要求，减少卡钻处理时间。关键词：川南页岩气；固体酸；解卡；溶蚀率中图分类号：TE377 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)19-0010-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.19.003Research on Dissolution Rate of Solid-acid Solution in Shale-gas Block in Southern SichuanZHANG Song1,WANG Wei1,ZHENG Jian-kun1,CHEN Yun-fu2,LAN Tai-hua1(1.CCDC Drilling Fluid Technical Services Co.,Ltd.,Chengdu 610051,China;2.CCDC Geological Exploration&Development Research Institute,Chengdu 610051,China)Abstract:The success unblocking rate of acidolysis is high in the sticking in the shale gas water-based drilling fluid well section in southern Sichuan,while the strong liquid acid is a dangerous chemical.There are restrictions on transportation and use,which increases the loss time of acidolysis.Through the performance evaluation of the dissolution rate of the composite acid,the dissolution rate of the 18%solution on limestone or shale can reach more than 75%of the hydrochloric acid solution of the same concentration,which can meet the performance requirements of the on-site acid pickling operation and reduce the treatment time of the stuck drill.Keywords:shale-gas in southern Sichuan;solid acid;unblocking;dissolution rate质量与检测2023年07月|11浓度 15%盐酸反应速度的一半，反应时间大于 15%盐酸反应时间的 4 倍。因此常规酸浓度范围主要集中在 12%20%，通常选用浓度 15%的酸液。至于常规酸控制漏失速度问题除了在酸液中添加增粘剂外，还可以采用优选注酸方式解决5。由于固体酸对地层岩石的溶蚀效果低于盐酸，综合考虑下确定固体酸溶液试验浓度为 18%。2.1 灰岩溶蚀率宜宾灰岩含有大量碳酸盐，酸溶液浸泡后产生大量气泡，溶蚀率一般在 50%以上，大页 1 井灰岩溶蚀率最高达 97.8%，如表 3 所示。18%浓度复合固体酸溶液对灰岩的溶蚀率能够达到相同浓度盐酸溶液的 80%以上；灰岩浸泡 20 min后溶蚀率变化较小。2.2 页岩溶蚀率川南页岩含碳酸盐较少，浸泡酸溶液后，溶蚀率最高接近 20%。浸泡 510 min 后，大部分能溶于酸的物质已经溶解。随着浸泡时间的延长，溶蚀率也呈上升趋势。固体酸的溶蚀率都能达到盐酸的 75%以上，如表 4 所示。1.3 固体酸的优选通过前期资料调研，初选出三氯乙酸、高碘酸、二硝基苯甲酸、乙二胺四乙酸、磷钨酸、新型复合固体酸等六种固体酸，通过进行熔点、密度、气味、毒性、等物化性能和存储运输要求、环保性、经济性的对比，筛除具有毒性、刺激性气味和造成环境污染的三氯乙酸、高碘酸、二硝基苯甲酸。将符合基本条件的乙二胺四乙酸和新复合型固体酸进行水溶液中的 pH 值和碳酸钙溶蚀情况的试验评价，发现新型复合固体酸的溶解速度快，溶解度大，如表 2 所示。2 复合固体酸溶蚀率酸液反应时间长，井下有形成大肚子、井壁失稳、摩擦阻力增大、污染钻井液等风险。反应时间短，酸液作用距离短，酸液有效成分到达卡钻部位参与反应的量就少，影响泡酸解卡的效果。浓度为 15%的盐酸被公认为溶解地层、提供导流能力最强。浓度在24%28%之前，盐酸的反应速度随着浓度的增加而增加，超过这一浓度范围后反应速度不增反降。在外部影响因素一定时，浓度 28%的盐酸反应速度不到表1 2022年18月川南页岩气区块卡钻情况统计表区块层位卡点井深/m密度/(g/cm3)钻井液体系解除方式解卡时间/h威远雷口坡1 4291.75钾聚磺泡酸33须三3841.1聚合物活动解卡15茅口2 5401.73钾聚磺泡解卡剂37.5龙马溪组4 2621.86油基爆炸侧钻213龙马溪组4 4701.88油基震击解卡5栖霞3 2221.75钾聚磺泡解卡剂37.5龙马溪5 1412.15油基疏通环空6长宁韩家店1 4091.16聚合物泡酸52.5自贡茅口3 2441.75钾聚磺泡酸82.3栖霞3 3931.72钾聚磺泡酸32.6五峰组4 5902.15油基倒扣668茅口3 0331.59钾聚磺震击解卡5栖霞3 1801.60钾聚磺震击解卡3表2 水中溶解情况对比表名称乙二胺四乙酸复合型固体酸溶解速度难溶，用玻璃棒搅拌仍有大量粉末没有溶解速度快，搅拌下能快速的溶解，接近饱和时溶解速度下降1 000 g 水中溶解(25)/g0.5180pH 值(酸度计测试)6.680.01100 mL 溶液加入到10 g 碳酸钙中少量气泡缓慢产生，大量碳酸钙未溶解大量气泡产生，10 min 后残存少许不溶物，溶液呈透明状质量与检测12|2023年07月3 结论与建议浓度为 18%的复合固体酸溶液对灰岩的溶蚀率能够达到相同浓度盐酸溶液的 80%以上；对页岩的溶蚀率在 30 min 内能够达到相同浓度盐酸溶液的75%以上，随着反应时间的延长，溶蚀率最高可以达到相同浓度盐酸溶液 98%。浓度为 18%复合固体酸溶液对灰岩溶蚀率为98%左右，对页岩溶蚀率接近 20%，泡酸解卡更适合灰岩地层井段。对不同密度聚磺钻井液泥饼的溶蚀率，浓度为18%的复合固体酸溶液可以达到相同浓度盐酸溶液的 75%以上。表4 不同灰岩样本溶蚀率作用时间/min18%溶液溶蚀率/%100%固体酸岩溶蚀率盐酸岩溶蚀率页页盐酸固体酸512.1211.6796.291012.0910.5487.182012.8610.2879.943013.289.9975.231 44019.9719.7198.702.3 钻井液泥饼溶蚀率浸泡钻井液泥饼 510 min 后，大部分能溶于酸的物质已经溶解。随着浸泡时间的延长，溶蚀率也呈上升趋势。固体酸的溶蚀率都能达到盐酸的 80%以上。表3 不同灰岩样本溶蚀率作用时间/min18%溶液灰岩溶蚀率/%100%固体酸灰岩溶蚀率盐酸灰岩溶蚀率新探1井大页1井盐酸固体酸盐酸固体酸新探1大页1555.1353.5997.0687.1297.289.81059.9356.3796.4677.4694.0580.32057.6352.3495.9276.890.8280.13058.1850.0797.2181.5986.0683.931 44061.9453.6497.8685.5684.9987.43表5 钻井液泥饼溶蚀率作用时间/min18%溶液泥饼溶蚀率/%100%固体酸泥饼溶蚀率盐酸泥饼溶蚀率密度2.3 g/cm3聚磺钻井液密度1.85 g/cm3聚磺钻井液盐酸固体酸盐酸固体酸2.3 g/cm31.85 g/cm3515.9314.7427.0223.2792.5386.121016.1314.5627.6423.0390.2783.322015.2614.1527.1522.1392.781.513016.8815.828.4923.0193.680.771 44017.2315.829.6624.3191.781.96参考文献：1 蒋希文.钻井事故与复杂问题M.北京：石油工业出版社，2006.2 赵金州，张桂林.钻井工程技术手册M.北京：中国石化出版社，2004.3 张克勤，陈乐亮.钻井技术手册(二)钻井液M.北京：石油工业出版社，1988.4 鄢捷年.钻井液工艺学M.东营：中国石油大学出版社，2001.5 耿清雷，于景锋，王战卫，等.新型酸液解卡剂在玛湖区块的应用J.钻采工艺，2021，44(5)：97-100.6 李峰，赵海龙，梅玉芬.固体有机酸-潜伏酸酸化用于稠油井解堵J.油田化学，1999，16(2)：113-115.作者简介：张松(1985-)，男，四川遂宁人，硕士，2012 年毕业于西南石油大学，工程师，主要从事钻井液技术研究工作。基金项目：中石油川庆钻探工程公司攻关项目“高密度条件下高效解卡液研发”(CQ2022B-47-1-3)资助。