低分子胶束充填液体系研究

向兴金（长江大学石油工程学院，湖北 荆州434023）

舒福昌（长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

王 荐，史茂勇（荆州市汉科新技术研究所，湖北 荆州434001）

何保生，李玉光，靳 勇（中海石油研究中心，北京100027）

低分子胶束充填液体系研究

向兴金（长江大学石油工程学院，湖北 荆州434023）

舒福昌（长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

王 荐，史茂勇（荆州市汉科新技术研究所，湖北 荆州434001）

何保生，李玉光，靳 勇（中海石油研究中心，北京100027）

针对目前常用的高分子聚合物充填液在完井后期存在不能自行破胶的问题，依据低分子量特种表面活性剂的成胶和破胶作用机理，研制了一种无固相、能自动破胶的充填液体系，并对其性能进行了评价。结果表明，低分子胶束充填液具有流变性好、滤失量低、抗温可达150℃、抑制性好和岩心污染渗透率恢复值高等特点，尤其是遇油气可自动破胶，因此在使用过程中无需额外打入破胶剂，并且可有效保护油气层。

充填液；胶束；表面活性剂；破胶；储层保护

充填液通常采用水溶性高分子聚合物如水解聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素和生物聚合物等配制而成［1］。这些高分子一旦被挤入地层，极易吸附、滞留在孔隙中，造成油流受阻、油井产能下降［2］。针对目前常用的高分子聚合物充填液在完井后期存在不能自行破胶或需另外打入氧化剂破胶、给生产带来极大安全隐患的问题，笔者依据低分子量特种表面活性剂的成胶和破胶作用机理，不必使用水溶性高分子聚合物作增粘剂，研制了一种无固相、能自动破胶的充填液体系，并对其性能进行了评价。

1 低分子胶束充填液配方

针对疏松砂岩稠油油藏多支井钻完井要求，从保护油层的角度考虑，构建了无固相、低分子胶束充填液体系，其配方为：海水＋3%～4%胶束剂HVES＋2%降失水剂HFL－6＋盐加重剂（KCl/CaCl2）。

2 充填液的成胶和破胶机理

胶束剂HVES为低分子胶束充填液核心处理剂，主要起增粘作用。该剂为含有亲水与亲油2个基团的低分子量表面活性剂，当HVES加量达到一定浓度后，水分子排斥表面活性剂分子的亲油基团，使表面活性剂分子聚集形成球状胶束；由于亲水基团带正电荷，带正电荷的球状胶束之间相互排斥，并不能使溶液增粘。在溶液中加入平衡阴离子，抵消阳离子基团之间的排斥力，球状胶束转变成棒状胶束，棒状胶束通过范德华力和分子间的弱化学键，相互之间高度缠结，构成了网状胶束，类似于交联的长链聚合物形成的网状结构。网状胶束结构使表面活性剂胶束溶液具有了凝胶性质，溶液粘度大幅度增加并具有了一定的弹性［3，4］。

当低分子胶束与地层原油、天然气接触时，由于胶束的内部是亲油的，烃分子进入到胶束的内部，使胶束膨胀，相互缠结的棒状胶束就会松开，棒状胶束向球状胶束转变，使液体粘度降低，最终变成单个分子，溶于烃中。在油井或天然气井中，都会含有游离状态的烃类物质，因此不需要加入破胶剂［4］。

低分子胶束充填液成胶、破胶机理如图1所示［4］：

图1 低分子胶束充填液成胶破胶机理示意图

3 低分子胶束充填液性能

3.1 流变性和滤失性

构建的低分子胶束充填液体系具有好的流变性和较低的滤失量（见表1），满足多支井的充填要求。

表1 低分子胶束充填液的流变性和滤失性

3.2 抗温性能

室内考察了低分子胶束充填液在不同温度下热滚后的充填液性能。从表2试验数据可以看出，低分子胶束充填液在100、120和150℃下热滚前后，流变性变化较小，表明低分子胶束充填液具有较好的抗温能力，抗温可达150℃。

表2 低分子胶束充填液的抗温性能

3.3 抑制性

通过测定岩屑粉在充填液中的膨胀率来评价充填液的抑制性。试验方法为：称取10g渤海NB35－2油田井深1980m处的钻屑（过100目筛），在105℃下烘2h，压制成5mm厚的岩心片，量取充填液50ml，用非接触式高温高压页岩膨胀仪测其8h的线性膨胀量。试验结果见表3。

表3 低分子胶束充填液的抑制性

由表3可以看出，充填液对页岩的膨胀率很小，明显低于海水对页岩的膨胀率，说明充填液体系能够很好地抑制地层水化膨胀，有利于对井壁的化学稳定作用。

3.4 自动破胶性能

低分子胶束充填液与烃（油、气）接触或地层水稀释后，可彻底破胶而失去粘度。分别在高分子聚合物充填液（海水＋0.5%生物聚合物VIS）和低分子胶束充填液中加入5%、10%的煤油（烃类），考察烃类对充填液粘度的影响，结果见表4。由表4可以看出，高分子聚合物充填液加入煤油后其粘度不降反而略有增加，而低分子胶束充填液加入煤油后其粘度显著降低，降至接近水的粘度，表明低分子胶束充填液遇油会自动破胶。因此，油井投产后油气进入井筒会使胶束充填液破胶，而无需额外打入破胶剂；另外低分子胶束充填液进入储层遇油也会自动破胶而不会对储层造成伤害。这是由于烃类会影响低分子胶束充填液体系的静电环境，使棒状胶束破坏，变成单个的球状胶束而失去粘度。低分子胶束充填液被地层水稀释，浓度降低，相互缠绕的棒状胶束变成单个的球形胶束，粘度也会下降到水的粘度。

表4 充填液破胶性能比较

3.5 储层保护性能

采用高温高压动态失水仪以及JHST－IV岩心渗透率梯度测试仪，依据石油天然气行业标准 《钻井液完井液损害油层室内评价方法》（SY/T6540－2002），对低分子胶束充填液的储层保护效果进行评价，结果见表5。从表5中可以看出，2块岩心渗透率恢复值都在95%以上，表明低分子胶束充填液体系具有较好的储层保护性能。

表5 低分子胶束充填液的储层保护性能

4 结 论

1）针对疏松砂岩稠油油藏多支井钻完井要求，依据胶束剂HVES成胶和破胶作用机理，研制了低分子胶束充填液体系。

2）试验评价结果表明，低分子胶束充填液具有流变性好、滤失量低、抗温可达150℃、抑制性好和岩心污染渗透率恢复值高等特点，尤其是遇油气可自动破胶，因此在使用过程中无需额外打入破胶剂，并且可有效保护油气层。

［1］万仁溥.完井液手册［M］.北京：石油工业出版社，2000.60～61.

［2］向兴金，范山鹰，赵霞.破胶剂改善聚合物完井液的储层保护效果［J］.国外油田工程，1998，14（7）：4～10.

［3］Samuel M M，Card R J，Nelson E B，et al.Polymer－free fluid for fracturing applications［J］.Society Petroleum Engineers Drilling Completion，1999，14（4）：240～245.

［4］周福建，练以锋，杨贤友，等.中高密度粘弹性表面活性剂压裂液的研制与应用［J］.油田化学，2005，22（2）：136～139，100.

Study on Micelle Packing Fluid System with Low Molecular Weight

XIANG Xing－jin（College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）
SHU Fu－chang（College of Chemistry and Environmental Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）
WANG Jian，SHI Mao－yong（Institute of Jingzhou Hanc New Technology，Jingzhou434001，Hubei，China）
HE Bao－sheng，LI Yu－guang，JIN Yong（CNOOC Research Center，Beijing100027，China）

In order to overcome the unsuccessful self gel－breaking problem of the commonly used high molecular polymer packing fluid at the late stage of well completion，a solid－free packing fluid system which could spontaneously break gel was developed by gel forming and gel－breaking mechanism of the special low－molecular weight surfactant，and its performance was evaluated.The result shows that the low－molecular weight micelle packing fluid has a good rheologic property and low filtrate loss，high temperature resistance up to 150℃，good inhibitory ability，and high permeability restoring rate of contaminated cores；especially when this packing fluid system is contacted with oil and gas，it can break gel automatically，therefore there is no need to add extra gel breaker in application and effectively protect the reservoirs.

packing fluid；micelle；surfactant；gel break；reservoir protection

TE257.6

A

1000－9752（2010）05－0112－03

2010－06－20

国家科技重大专项（2008ZX05024－003－10）。

向兴金（1962－），男，1984年大学毕业，硕士，教授，现主要从事钻井液和完井液方面的教学与科研工作。

［编辑］ 萧 雨