弱凝膠無(wú)固相鉆井液破膠實(shí)驗(yàn)研究

王金樹(shù)，周芳芳，王清河

（1.承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校石油工程系，河北承德 067000；2.承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校工業(yè)中心，河北承德 067000）

弱凝膠無(wú)固相鉆井液體系是利用天然高分子流型調(diào)節(jié)劑之間的協(xié)同效應(yīng)使分子間相互纏繞，形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)[1]，該體系具有良好的剪切稀釋性，在鉆頭噴嘴處能形成低黏高速水射流輔助破碎巖石，環(huán)空上返時(shí)具有低速高黏特性，具有良好的攜巖能力，能有效解決大位移井及水平井井眼凈化難題[2]。

但是弱凝膠鉆井液屬于聚合物體系，在使用過(guò)程中長(zhǎng)鏈聚合物大分子粘附在井壁形成致密泥餅或在正壓差作用下進(jìn)入地層，吸附在儲(chǔ)層孔隙的骨架顆粒上，堵塞孔隙喉道，降低儲(chǔ)層滲透率，導(dǎo)致油氣井產(chǎn)能下降。因此，在完井作業(yè)時(shí)，需采用破膠技術(shù)清除井壁泥餅及近井壁地帶孔隙堵塞，破膠大分子結(jié)構(gòu)，恢復(fù)油氣滲流通道。

破膠劑能將聚合物大分子降解成易被流體帶走的小分子碎片，恢復(fù)儲(chǔ)層滲流通道。破膠劑主要有三類(lèi)：無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸在內(nèi)的酸類(lèi)破膠劑，過(guò)硫酸鹽、次氯酸鈉（鋰）、過(guò)氧化氫等氧化劑類(lèi)破膠劑和酶類(lèi)破膠劑。破膠技術(shù)的關(guān)鍵是根據(jù)鉆井液體系及地層特點(diǎn)選擇破膠劑種類(lèi)、最優(yōu)加量及合理的破膠時(shí)間。本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)在用弱凝膠無(wú)固相鉆井液體系，從破膠效果、破膠時(shí)間、儲(chǔ)層抑制效果及腐蝕性等方面對(duì)室內(nèi)復(fù)配的破膠劑進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)得出該破膠劑可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

實(shí)驗(yàn)藥品：弱凝膠無(wú)固相鉆井液體系，室內(nèi)復(fù)配破膠劑。

實(shí)驗(yàn)儀器：六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，電加熱磁力攪拌器，滾子加熱爐，42 型高溫高壓濾失儀，離心機(jī)，掛片機(jī)。

2 破膠劑效果評(píng)價(jià)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)在用弱凝膠無(wú)固相鉆井液配方：淡水+0.1 %NaOH+0.5 %提切劑+2 %降濾失劑+1.5 %抑制劑+2 %降阻劑+3 %KCl+0.05 %殺菌劑+10 %酸溶性暫堵劑，配制鉆井液體系編號(hào)備用。

2.1.1 破膠劑效果評(píng)價(jià) 為恢復(fù)儲(chǔ)層油氣滲流通道，現(xiàn)場(chǎng)破膠施工作業(yè)對(duì)象是粘附在井壁上的濾餅。首先，采用濾失實(shí)驗(yàn)法模擬井下鉆井液在井壁形成濾餅，并對(duì)泥餅進(jìn)行破膠實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。采用高溫高壓濾失儀用配方鉆井液在井底溫度（100 ℃）、3.5 MPa 壓差、30 min條件下形成濾餅，倒出配方鉆井液，再用破膠劑在100 ℃、3.5 MPa 下，加壓浸泡時(shí)間4 h 對(duì)濾餅進(jìn)行破膠，測(cè)定破膠后濾餅的濾失量，記錄不同時(shí)間濾失量。

2.1.2 破膠時(shí)間評(píng)價(jià) 取一份弱凝膠無(wú)固相鉆井液在100 ℃熱滾16 h 后，根據(jù)2.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的破膠劑最優(yōu)加量，向鉆井液中加入破膠劑，攪拌均勻，在100 ℃油浴鍋中密封放置，每隔30 min 測(cè)量一次表觀黏度，評(píng)價(jià)破膠劑破膠時(shí)間[3]。

2.1.3 儲(chǔ)層抑制效果評(píng)價(jià) 破膠劑接觸儲(chǔ)層并與儲(chǔ)層孔隙內(nèi)吸附的大分子聚合物反應(yīng)后，破碎的大分子會(huì)被流體帶出地層，如果破膠劑沒(méi)有好的儲(chǔ)層配伍性就會(huì)對(duì)地層造成二次污染，并造成儲(chǔ)層滲漏率降低，因此必須對(duì)破膠劑對(duì)儲(chǔ)層的抑制性進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用膨潤(rùn)土在清水、不同配比的破膠劑體系和煤油中的離心膨脹量，評(píng)價(jià)破膠劑對(duì)儲(chǔ)層抑制效果[4]。

（1）取通過(guò)200 目篩網(wǎng)的膨潤(rùn)土，在鼓風(fēng)干燥箱中恒溫（150±1 ℃）干燥4 h，裝入廣口瓶備用。

（2）在離心管中加入不同濃度破膠劑溶液10 mL，然后加入0.50 g 膨潤(rùn)土充分搖勻，室溫放置2 h。

（3）裝入離心機(jī)，在3 000 r/min 下離心分離15 min，讀出離心管中膨潤(rùn)土膨脹體積V1。

（4）用同樣的方法分別測(cè)定膨潤(rùn)土在水中和在煤油中的膨脹體積，分別為V2和V0。

2.1.4 腐蝕性評(píng)價(jià) 室內(nèi)復(fù)配破膠劑中含有氧化型破膠劑，因此在施工過(guò)程中會(huì)對(duì)鉆井設(shè)備造成腐蝕，參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY5273-91）中的靜態(tài)掛片失重法進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)[5]，實(shí)驗(yàn)掛片材質(zhì)為N100；鋼掛片面積為12.5 cm2，實(shí)驗(yàn)溫度為100 ℃。

（1）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作。將實(shí)驗(yàn)掛片用砂紙打磨，用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件尺寸。分別用石油醚和丙酮進(jìn)行脫脂去污，再用無(wú)水乙醇浸泡脫水，最后經(jīng)干燥后稱量備用。

（2）腐蝕實(shí)驗(yàn)。將配制好的隱形酸完井液（過(guò)濾海水+0.5 %HTA+2.0 %HCS）加入到測(cè)試瓶中，然后放入恒溫烘箱中，加熱至測(cè)試溫度進(jìn)行恒溫腐蝕。

（3）試件后處理。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的腐蝕后，取出腐蝕掛片，用水沖洗并經(jīng)過(guò)緩蝕的酸液浸泡2 min 去膜，用水清洗表面殘酸并用無(wú)水乙醇浸泡使其脫水，稱量干燥后試件質(zhì)量。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.2.1 破膠劑效果評(píng)價(jià) 室內(nèi)對(duì)不同加量破膠劑與配方鉆井液混合，在恒溫油浴鍋（100 ℃）中破膠16 h 后冷卻至室溫，用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定破膠后混合液的黏度，評(píng)價(jià)破膠劑的破膠效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明室內(nèi)復(fù)配破膠劑對(duì)弱凝膠無(wú)固相鉆井液體系具有明顯的破膠效果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定破膠劑最優(yōu)加量為4 %。

表1 不同破膠劑加量對(duì)破膠效果的影響

采用濾餅破膠實(shí)驗(yàn)對(duì)破膠劑效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）。弱凝膠鉆井液濾餅破膠后，濾餅的濾失量遠(yuǎn)大于破膠前濾餅濾失量，表明破膠劑完全破壞了致密濾餅的大分子結(jié)構(gòu)。

表2 濾紙濾餅法破膠效果

2.2.2 破膠時(shí)間的影響評(píng)價(jià) 以上評(píng)價(jià)結(jié)果表明復(fù)配破膠劑對(duì)弱凝膠鉆井液體系有明顯的破膠效果，但現(xiàn)場(chǎng)施工工藝直接取決于破膠時(shí)間的長(zhǎng)短。為準(zhǔn)確掌握破膠效果與破膠時(shí)間的關(guān)系，評(píng)價(jià)破膠劑在最優(yōu)價(jià)量條件下破膠效果（實(shí)驗(yàn)溫度為100 ℃）隨時(shí)間的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表3）。

表3 破膠時(shí)間對(duì)破膠效果的影響

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，破膠劑破膠2 h 可使配方鉆井液體系黏度降低至5.5 mPa·s，降黏率達(dá)到78%。破膠4 h可使體系黏度降低至1.5 mPa·s，體系降黏率大于90%。

2.2.3 儲(chǔ)層抑制效果評(píng)價(jià)結(jié)果 為保證破膠劑具有良好的抑制性，需對(duì)破膠劑和黏土穩(wěn)定劑進(jìn)行復(fù)配，通過(guò)離心實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)膨潤(rùn)土在清水、不同配比的破膠劑體系和煤油中的離心膨脹量，評(píng)價(jià)破膠劑體系對(duì)儲(chǔ)層抑制效果，結(jié)果（見(jiàn)表4）。由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)破膠劑中黏土穩(wěn)定劑的加量為2 %時(shí)，防膨率達(dá)90.5 %，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的較好抑制性。

2.2.4 破膠劑的腐蝕性能評(píng)價(jià) 采用靜態(tài)掛片失重法對(duì)破膠劑體系進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表5）。

表4 黏土穩(wěn)定劑加量與防膨率之間的關(guān)系

表5 破膠劑的腐蝕性能

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，室內(nèi)復(fù)配的破膠劑對(duì)金屬有較強(qiáng)的腐蝕性，加入一定量的緩蝕劑CA101-4 后可以顯著降低腐蝕。且隨著緩蝕劑加量的增加腐蝕速率逐漸下降，但變化趨勢(shì)減緩，當(dāng)緩蝕劑加量為4 %時(shí)腐蝕速率可控制在1 mm/a 左右，可以滿足完井防腐的要求。為進(jìn)一步降低破膠劑對(duì)設(shè)備的腐蝕，建議在破膠作業(yè)完成后將破膠劑替出井筒，盡可能縮短破膠劑在井筒的時(shí)間。

2.3 破膠劑配方

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)研究，最終確定復(fù)配破膠劑配方為：淡水+4 %破膠劑+2 %黏土穩(wěn)定劑+4 %緩蝕劑CA101-4。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)復(fù)配破膠劑的室內(nèi)評(píng)價(jià)，總結(jié)出破膠劑配方的相關(guān)特性。

（1）通過(guò)室內(nèi)破膠實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，當(dāng)破膠劑加量在4 %時(shí)可使配方鉆井液完全破膠。

（2）優(yōu)選的復(fù)配破膠劑具有良好的破膠效果，破膠4 h 可使體系黏度降低至1.5 mPa·s，體系降黏率大于90 %，滿足施工要求。

（3）通過(guò)抑制實(shí)驗(yàn)和腐蝕實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，得出破膠劑、黏土穩(wěn)定劑和緩蝕劑有良好的配伍性，三者復(fù)配后破膠劑體系具有良好的抑制性和防腐性。

（4）室內(nèi)優(yōu)化出弱凝膠無(wú)固相鉆井液破膠劑基礎(chǔ)配方為：淡水+4 %破膠劑+2 %黏土穩(wěn)定劑+4 %緩蝕劑CA101-4。