抗高温改性淀粉FSL 在高温井段的现场应用

杨超，杨国兴，周成华，王晨，赵凯强

（1. 中国石化大连石油化工研究院，辽宁大连116045；2. 中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院，四川德阳618000）

0 引言

近年来，随着经济的飞速发展，人们对各类油品的需求与日俱增。然而与此同时，与油品开采、炼制相关的环保法规日渐严苛。在油田化学品的研究领域中，这样的矛盾使得与环保性能优越的产品相关的研究备受关注，改性淀粉类产品正成为该领域的研究热点[1-2]。

改性淀粉处理剂有其比较明显的优点，具有毒性低、易生物降解、同环境友好等突出特点。但它的突出缺点是抗温能力差，受细菌降解产生气体引起泡沫、发酵发臭[3-5]。国内改性淀粉的种类少，抗温性能差，限制了其应用范围。国内现场应用的改性淀粉抗温基本在130 ℃以下，并且井温超过100 ℃，改性淀粉稳定性明显变差。为了充分发挥淀粉的优势，扩展其应用范围，需要进行淀粉改性的深入研究[6-7]。

中国石化大连（抚顺）石油化工研究院与中石化西南工程公司钻井工程研究院经过几年的联合研发攻关，成功开发出抗高温改性淀粉FSL系列产品。产品分为温度系列和黏度系列。温度系列为120、150、180 ℃；黏度系列为高黏与低黏。

文献[8]中介绍了高黏中低温型改性淀粉应用于ZJ-117井和XS304-1井，降滤失效果显著[8]。但由于体系的限制，高黏产品会导致体系的黏度增加，不利于现场钻井液维护。介绍了低黏高温型改性淀粉FSL180-LV应用于CSH1井和AF1井的现场情况。

1 FSL作用机理

从分子设计开始，设计合成出了一种新型高性能聚合单体，使用此单体接枝改性淀粉，获得了性能优异的改性淀粉材料FSL。FSL具有优异的抗高温性能，抗温可达180 ℃以上；还兼具较好的抗盐抗钙性能及抑制性能[9-10]。之所以会表现出明显的作用效果，主要原因有3个方面。①单体在设计合成中，充分考虑了单体分子量与所含基团的平衡问题。在满足所含必要基团的基础上，保证单体分子量不能过大，从而使单体保持良好的聚合活性。所以，此单体接枝改性淀粉具有较高的接枝率和接枝效率。②单体中的特殊结构在聚合后会产生环状结构，这些环状结构对于抗高温性能有较大的贡献。通过增加空间位阻，抑制高温对聚合物在黏土上解吸附作用。③接枝共聚物结构中含有较多的水化和吸附基团，会与黏土形成强吸附，改变黏土粒子的粒径分布，从而形成薄而致密的滤饼，达到降高温高压滤失量的目的。总体来说，性能优异的聚合单体赋予接枝共聚物良好的综合性能。这些性能在现场应用过程中，为井试的成功提供了技术保障。

2 FSL在CSH1井的现场应用

2.1 基本情况

CSH1井是中石化部署在四川盆地川中隆起北部斜坡带柏垭鼻状构造的一口勘探井，井型为直井，设计井深8690 m，完钻层位为震旦系灯影组。该井地理位置位于四川省阆中市，由西南石油工程有限公司承担钻井施工任务。抗高温改性淀粉FSL180-LV应用井段为8154～8380 m，井底温度为187 ℃。井身结构如表1所示。

表1 CSH1井井身结构设计表

2.2 五开钻井液技术难点

CSH1井为超深预探井，实钻五开8060 m开钻，井温达180 ℃，钻遇地层是筇竹寺组～灯影组，其中灯影组为主要目的层。灯影组四段岩性为以不等厚灰色细砂岩、灰白色硅质白云岩、灰黑色含云碳质粉砂岩及灰黑色碳质灰岩、灰色硅质岩为主；灯影组三段岩性为黄灰色中-厚层状含砾白云质长石石英砂岩、质粉砂岩及含硅质泥岩。

地质预测该井段井底温度180～187 ℃。该井段的钻井液维护重点是钻井液高温稳定性、防漏堵漏、储层保护，抗高温材料应提前一个温度台阶入井，防止因长时间使用老化造成的钻井液高温增稠或减稠发生性能恶化。

KCl抗高温聚磺钻井液体系：上部钻井液+2% SMT+4%SMP-3+3%SPNH+1%HPA+2%JM-2+2%RHJ-3+2%NS-1+7%KCl+重晶石

改性淀粉实验配方：井浆+2%FSL180-LV。

2.3 试验效果分析

2.3.1 入井前现场小型实验

实验前已钻至8154 m，根据四开测井目前井底温度182 ℃左右，对抗温材料要求较高。改性淀粉入井前实验情况见表2。井浆中加入FSL180-LV后高温高压滤失量明显下降，泥饼质量有所改善，有一定的增黏提切作用。

表2 改性淀粉入井前实验情况老化测其性能(185 ℃、24 h)

2.3.2 入井现场试验效果

现场根据小型实验为依据循环一周加入5 t抗高温改性淀粉FSL180-LV充分循环三周后，后又循环加入2 t抗高温改性淀粉FSL180-LV，充分循环后，各项性能如下。

表3 改性淀粉入井性能情况

现场在加入2%的FSL180-LV后，钻井液的黏切略微上涨，但在控制范围之内，经过8个循环周充分循环后，钻井液的流变性逐渐恢复，高温高压滤失量进一步降低，且泥饼质量有明显改善，在后期的施工作业中无淀粉发酵的气味、起泡出现，钻井液体系表现出良好的高温稳定性。

3 FSL在AF1井的现场应用

3.1 基本情况

AF1井是中石化部署的一口重点探井，位于四川盆地川西坳陷广汉-中江斜坡带崇州构造，以雷口坡组为主要目的层，设计井深5860 m。该井地理位置位于四川省崇州市羊马镇，由西南石油工程有限公司承担钻井施工，抗高温改性淀粉应用时已钻至5713 m，应用井段为5713～5810 m。井底温度146 ℃。井身结构如表4所示。

表4 AF1井井身结构设计表

四开井段钻进主要钻遇马鞍塘组一段底部及雷口坡组四段，马一段主要以泥质灰岩、白云质灰岩为主；雷四段主要以灰色白云岩、砂屑白云岩、膏质白云岩为主，局部含石膏。四开井段为小井眼施工，卡钻风险高，雷四段为本井目的层，可能钻遇裂缝性气层，注意防喷；雷四段含石膏，易造成钻井液污染；四开井段井底温度高达140 ℃，要求钻井液具有良好的抗高温能力及流变性。故在四开井段施工过称中，防塌、防卡、防喷、防漏、钻井液抗污染能力及抗高温能力是本井段钻井液施工的重点与难点。

3.2 钻井液类型及配方

上部井浆+3%磺化酚醛树脂-II+3%褐煤树脂+0.8%聚合物降滤失剂+3%可变形防塌封堵剂+ 4%磺化沥青类防塌剂+重晶石。

3.3 实验效果分析

3.3.1 入井前现场小型实验

从表5数据可知，井浆中加入FSL180-LV后高温高压滤失量明显下降，泥饼质量有所改善，泥饼光滑、致密、韧性较好，对流变性影响较小，流型有明显改善。

表5 改性淀粉入井前实验情况（146 ℃、24 h）

3.3.2 入井效果

现场根据小型实验为依据，将FSL180-LV配制成800 kg胶液加入井浆中，充分循环三周后，性能见表6。现场在加入1%FSL180-LV后，降高温高压滤失量效果较明显，泥饼质量有所改善，泥饼光滑、致密、韧性较好，对流变性影响较小。小型实验数据与现场加入处理后的数据，吻合性高，效果显著。

表6 加入FSL180-LV前后钻井液性能

4 结论

1.抗高温改性淀粉产品FSL180-LV成功应用于CSH1井和AF1井高温井段，表现出优异的降滤失、改善流变性，而且高温稳定性好。

2.目前改性淀粉FSL的应用还是在现有聚磺体系基础上替代部分磺化材料。为了充分考察改性淀粉的稳定性，为钻井领域提供真正环保的抗高温改性淀粉功能体系，很多研究工作还需进一步完善。