王金樹，周芳芳，王清河

（1.承德石油高等?？茖W(xué)校石油工程系，河北承德 067000；2.承德石油高等專科學(xué)校工業(yè)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(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(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：無機(jī)酸和有機(jī)酸在內(nèi)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(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、最優(yōu)加量及合理的破膠時(shí)間。本文針對(duì)現(xiàn)場在用弱凝膠無固相鉆井液體系，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)，通過室內(nèi)評(píng)價(jià)得出該破膠劑可以滿足現(xiàn)場施工要求。

1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

實(shí)驗(yàn)藥品：弱凝膠無固相鉆井液體系，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200 目篩網(wǎng)的膨潤土，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(píng)價(jià) 室內(nèi)復(fù)配破膠劑中含有氧化型破膠劑，因此在施工過程中會(huì)對(duì)鉆井設(shè)備造成腐蝕，參照中國石油天然氣行業(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)卡尺測量試件尺寸。分別用石油醚和丙酮進(jìn)行脫脂去污，再用無水乙醇浸泡脫水，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(jìn)行恒溫腐蝕。

（3）試件后處理。經(jīng)過一段時(shí)間的腐蝕后，取出腐蝕掛片，用水沖洗并經(jīng)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(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)場施工工藝直接取決于破膠時(shí)間的長短。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，通過離心實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)破膠劑體系對(duì)儲(chǔ)層抑制效果，結(jié)果（見表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。