弱凝膠無固相鉆井液破膠實驗研究

王金樹，周芳芳，王清河

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

弱凝膠無固相鉆井液體系是利用天然高分子流型調節劑之間的協同效應使分子間相互纏繞，形成空間網架結構[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，環空上返時具有低速高黏特性，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，在使用過程中長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入地層，吸附在儲層孔隙的骨架顆粒上，堵塞孔隙喉道，降低儲層滲透率，導致油氣井產能下降。因此，在完井作業時，需采用破膠技術清除井壁泥餅及近井壁地帶孔隙堵塞，破膠大分子結構，恢復油氣滲流通道。

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，恢復儲層滲流通道。破膠劑主要有三類：無機酸和有機酸在內的酸類破膠劑，過硫酸鹽、次氯酸鈉（鋰）、過氧化氫等氧化劑類破膠劑和酶類破膠劑。破膠技術的關鍵是根據鉆井液體系及地層特點選擇破膠劑種類、最優加量及合理的破膠時間。本文針對現場在用弱凝膠無固相鉆井液體系，從破膠效果、破膠時間、儲層抑制效果及腐蝕性等方面對室內復配的破膠劑進行評價，通過室內評價得出該破膠劑可以滿足現場施工要求。

1 實驗藥品及儀器

實驗藥品：弱凝膠無固相鉆井液體系，室內復配破膠劑。

實驗儀器：六速旋轉黏度計，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，掛片機。

2 破膠劑效果評價研究

2.1 實驗方案設計

根據在用弱凝膠無固相鉆井液配方：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備用。

2.1.1 破膠劑效果評價 為恢復儲層油氣滲流通道，現場破膠施工作業對象是粘附在井壁上的濾餅。首先，采用濾失實驗法模擬井下鉆井液在井壁形成濾餅，并對泥餅進行破膠實驗評價。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，加壓浸泡時間4 h 對濾餅進行破膠，測定破膠后濾餅的濾失量，記錄不同時間濾失量。

2.1.2 破膠時間評價 取一份弱凝膠無固相鉆井液在100 ℃熱滾16 h 后，根據2.2.1 實驗數據確定的破膠劑最優加量，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 測量一次表觀黏度，評價破膠劑破膠時間[3]。

2.1.3 儲層抑制效果評價 破膠劑接觸儲層并與儲層孔隙內吸附的大分子聚合物反應后，破碎的大分子會被流體帶出地層，如果破膠劑沒有好的儲層配伍性就會對地層造成二次污染，并造成儲層滲漏率降低，因此必須對破膠劑對儲層的抑制性進行評價。利用膨潤土在清水、不同配比的破膠劑體系和煤油中的離心膨脹量，評價破膠劑對儲層抑制效果[4]。

（1）取通過200 目篩網的膨潤土，在鼓風干燥箱中恒溫（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 膨潤土充分搖勻，室溫放置2 h。

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

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

2.1.4 腐蝕性評價 室內復配破膠劑中含有氧化型破膠劑，因此在施工過程中會對鉆井設備造成腐蝕，參照中國石油天然氣行業標準（SY5273-91）中的靜態掛片失重法進行腐蝕實驗[5]，實驗掛片材質為N100；鋼掛片面積為12.5 cm2，實驗溫度為100 ℃。

（1）實驗前準備工作。將實驗掛片用砂紙打磨，用游標卡尺測量試件尺寸。分別用石油醚和丙酮進行脫脂去污，再用無水乙醇浸泡脫水，最后經干燥后稱量備用。

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

（3）試件后處理。經過一段時間的腐蝕后，取出腐蝕掛片，用水沖洗并經過緩蝕的酸液浸泡2 min 去膜，用水清洗表面殘酸并用無水乙醇浸泡使其脫水，稱量干燥后試件質量。

2.2 實驗結果與討論

2.2.1 破膠劑效果評價 室內對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，用六速旋轉黏度計測定破膠后混合液的黏度，評價破膠劑的破膠效果，實驗結果（見表1）。實驗數據表明室內復配破膠劑對弱凝膠無固相鉆井液體系具有明顯的破膠效果。根據實驗確定破膠劑最優加量為4 %。

表1 不同破膠劑加量對破膠效果的影響

采用濾餅破膠實驗對破膠劑效果進行評價，實驗數據（見表2）。弱凝膠鉆井液濾餅破膠后，濾餅的濾失量遠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構。

表2 濾紙濾餅法破膠效果

2.2.2 破膠時間的影響評價 以上評價結果表明復配破膠劑對弱凝膠鉆井液體系有明顯的破膠效果，但現場施工工藝直接取決于破膠時間的長短。為準確掌握破膠效果與破膠時間的關系，評價破膠劑在最優價量條件下破膠效果（實驗溫度為100 ℃）隨時間的變化，實驗結果（見表3）。

表3 破膠時間對破膠效果的影響

實驗數據表明，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 儲層抑制效果評價結果 為保證破膠劑具有良好的抑制性，需對破膠劑和黏土穩定劑進行復配，通過離心實驗評價膨潤土在清水、不同配比的破膠劑體系和煤油中的離心膨脹量，評價破膠劑體系對儲層抑制效果，結果（見表4）。由表中數據可知，當破膠劑中黏土穩定劑的加量為2 %時，防膨率達90.5 %，可實現對地層的較好抑制性。

2.2.4 破膠劑的腐蝕性能評價 采用靜態掛片失重法對破膠劑體系進行腐蝕實驗，實驗結果（見表5）。

表4 黏土穩定劑加量與防膨率之間的關系

表5 破膠劑的腐蝕性能

根據實驗結果，室內復配的破膠劑對金屬有較強的腐蝕性，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，但變化趨勢減緩，當緩蝕劑加量為4 %時腐蝕速率可控制在1 mm/a 左右，可以滿足完井防腐的要求。為進一步降低破膠劑對設備的腐蝕，建議在破膠作業完成后將破膠劑替出井筒，盡可能縮短破膠劑在井筒的時間。

2.3 破膠劑配方

通過以上實驗研究，最終確定復配破膠劑配方為：淡水+4 %破膠劑+2 %黏土穩定劑+4 %緩蝕劑CA101-4。

3 結論

通過對復配破膠劑的室內評價，總結出破膠劑配方的相關特性。

（1）通過室內破膠實驗評價，當破膠劑加量在4 %時可使配方鉆井液完全破膠。

（2）優選的復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）通過抑制實驗和腐蝕實驗評價，得出破膠劑、黏土穩定劑和緩蝕劑有良好的配伍性，三者復配后破膠劑體系具有良好的抑制性和防腐性。

（4）室內優化出弱凝膠無固相鉆井液破膠劑基礎配方為：淡水+4 %破膠劑+2 %黏土穩定劑+4 %緩蝕劑CA101-4。