弱凝胶无固相钻井液破胶实验研究

王金树，周芳芳，王清河

（1.承德石油高等专科学校石油工程系，河北承德 067000；2.承德石油高等专科学校工业中心，河北承德 067000）

弱凝胶无固相钻井液体系是利用天然高分子流型调节剂之间的协同效应使分子间相互缠绕，形成空间网架结构[1]，该体系具有良好的剪切稀释性，在钻头喷嘴处能形成低黏高速水射流辅助破碎岩石，环空上返时具有低速高黏特性，具有良好的携岩能力，能有效解决大位移井及水平井井眼净化难题[2]。

但是弱凝胶钻井液属于聚合物体系，在使用过程中长链聚合物大分子粘附在井壁形成致密泥饼或在正压差作用下进入地层，吸附在储层孔隙的骨架颗粒上，堵塞孔隙喉道，降低储层渗透率，导致油气井产能下降。因此，在完井作业时，需采用破胶技术清除井壁泥饼及近井壁地带孔隙堵塞，破胶大分子结构，恢复油气渗流通道。

破胶剂能将聚合物大分子降解成易被流体带走的小分子碎片，恢复储层渗流通道。破胶剂主要有三类：无机酸和有机酸在内的酸类破胶剂，过硫酸盐、次氯酸钠（锂）、过氧化氢等氧化剂类破胶剂和酶类破胶剂。破胶技术的关键是根据钻井液体系及地层特点选择破胶剂种类、最优加量及合理的破胶时间。本文针对现场在用弱凝胶无固相钻井液体系，从破胶效果、破胶时间、储层抑制效果及腐蚀性等方面对室内复配的破胶剂进行评价，通过室内评价得出该破胶剂可以满足现场施工要求。

1 实验药品及仪器

实验药品：弱凝胶无固相钻井液体系，室内复配破胶剂。

实验仪器：六速旋转黏度计，电加热磁力搅拌器，滚子加热炉，42 型高温高压滤失仪，离心机，挂片机。

2 破胶剂效果评价研究

2.1 实验方案设计

根据在用弱凝胶无固相钻井液配方：淡水+0.1 %NaOH+0.5 %提切剂+2 %降滤失剂+1.5 %抑制剂+2 %降阻剂+3 %KCl+0.05 %杀菌剂+10 %酸溶性暂堵剂，配制钻井液体系编号备用。

2.1.1 破胶剂效果评价 为恢复储层油气渗流通道，现场破胶施工作业对象是粘附在井壁上的滤饼。首先，采用滤失实验法模拟井下钻井液在井壁形成滤饼，并对泥饼进行破胶实验评价。采用高温高压滤失仪用配方钻井液在井底温度（100 ℃）、3.5 MPa 压差、30 min条件下形成滤饼，倒出配方钻井液，再用破胶剂在100 ℃、3.5 MPa 下，加压浸泡时间4 h 对滤饼进行破胶，测定破胶后滤饼的滤失量，记录不同时间滤失量。

2.1.2 破胶时间评价 取一份弱凝胶无固相钻井液在100 ℃热滚16 h 后，根据2.2.1 实验数据确定的破胶剂最优加量，向钻井液中加入破胶剂，搅拌均匀，在100 ℃油浴锅中密封放置，每隔30 min 测量一次表观黏度，评价破胶剂破胶时间[3]。

2.1.3 储层抑制效果评价 破胶剂接触储层并与储层孔隙内吸附的大分子聚合物反应后，破碎的大分子会被流体带出地层，如果破胶剂没有好的储层配伍性就会对地层造成二次污染，并造成储层渗漏率降低，因此必须对破胶剂对储层的抑制性进行评价。利用膨润土在清水、不同配比的破胶剂体系和煤油中的离心膨胀量，评价破胶剂对储层抑制效果[4]。

（1）取通过200 目筛网的膨润土，在鼓风干燥箱中恒温（150±1 ℃）干燥4 h，装入广口瓶备用。

（2）在离心管中加入不同浓度破胶剂溶液10 mL，然后加入0.50 g 膨润土充分摇匀，室温放置2 h。

（3）装入离心机，在3 000 r/min 下离心分离15 min，读出离心管中膨润土膨胀体积V1。

（4）用同样的方法分别测定膨润土在水中和在煤油中的膨胀体积，分别为V2和V0。

2.1.4 腐蚀性评价 室内复配破胶剂中含有氧化型破胶剂，因此在施工过程中会对钻井设备造成腐蚀，参照中国石油天然气行业标准（SY5273-91）中的静态挂片失重法进行腐蚀实验[5]，实验挂片材质为N100；钢挂片面积为12.5 cm2，实验温度为100 ℃。

（1）实验前准备工作。将实验挂片用砂纸打磨，用游标卡尺测量试件尺寸。分别用石油醚和丙酮进行脱脂去污，再用无水乙醇浸泡脱水，最后经干燥后称量备用。

（2）腐蚀实验。将配制好的隐形酸完井液（过滤海水+0.5 %HTA+2.0 %HCS）加入到测试瓶中，然后放入恒温烘箱中，加热至测试温度进行恒温腐蚀。

（3）试件后处理。经过一段时间的腐蚀后，取出腐蚀挂片，用水冲洗并经过缓蚀的酸液浸泡2 min 去膜，用水清洗表面残酸并用无水乙醇浸泡使其脱水，称量干燥后试件质量。

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 破胶剂效果评价 室内对不同加量破胶剂与配方钻井液混合，在恒温油浴锅（100 ℃）中破胶16 h 后冷却至室温，用六速旋转黏度计测定破胶后混合液的黏度，评价破胶剂的破胶效果，实验结果（见表1）。实验数据表明室内复配破胶剂对弱凝胶无固相钻井液体系具有明显的破胶效果。根据实验确定破胶剂最优加量为4 %。

表1 不同破胶剂加量对破胶效果的影响

采用滤饼破胶实验对破胶剂效果进行评价，实验数据（见表2）。弱凝胶钻井液滤饼破胶后，滤饼的滤失量远大于破胶前滤饼滤失量，表明破胶剂完全破坏了致密滤饼的大分子结构。

表2 滤纸滤饼法破胶效果

2.2.2 破胶时间的影响评价 以上评价结果表明复配破胶剂对弱凝胶钻井液体系有明显的破胶效果，但现场施工工艺直接取决于破胶时间的长短。为准确掌握破胶效果与破胶时间的关系，评价破胶剂在最优价量条件下破胶效果（实验温度为100 ℃）随时间的变化，实验结果（见表3）。

表3 破胶时间对破胶效果的影响

实验数据表明，破胶剂破胶2 h 可使配方钻井液体系黏度降低至5.5 mPa·s，降黏率达到78%。破胶4 h可使体系黏度降低至1.5 mPa·s，体系降黏率大于90%。

2.2.3 储层抑制效果评价结果 为保证破胶剂具有良好的抑制性，需对破胶剂和黏土稳定剂进行复配，通过离心实验评价膨润土在清水、不同配比的破胶剂体系和煤油中的离心膨胀量，评价破胶剂体系对储层抑制效果，结果（见表4）。由表中数据可知，当破胶剂中黏土稳定剂的加量为2 %时，防膨率达90.5 %，可实现对地层的较好抑制性。

2.2.4 破胶剂的腐蚀性能评价 采用静态挂片失重法对破胶剂体系进行腐蚀实验，实验结果（见表5）。

表4 黏土稳定剂加量与防膨率之间的关系

表5 破胶剂的腐蚀性能

根据实验结果，室内复配的破胶剂对金属有较强的腐蚀性，加入一定量的缓蚀剂CA101-4 后可以显著降低腐蚀。且随着缓蚀剂加量的增加腐蚀速率逐渐下降，但变化趋势减缓，当缓蚀剂加量为4 %时腐蚀速率可控制在1 mm/a 左右，可以满足完井防腐的要求。为进一步降低破胶剂对设备的腐蚀，建议在破胶作业完成后将破胶剂替出井筒，尽可能缩短破胶剂在井筒的时间。

2.3 破胶剂配方

通过以上实验研究，最终确定复配破胶剂配方为：淡水+4 %破胶剂+2 %黏土稳定剂+4 %缓蚀剂CA101-4。

3 结论

通过对复配破胶剂的室内评价，总结出破胶剂配方的相关特性。

（1）通过室内破胶实验评价，当破胶剂加量在4 %时可使配方钻井液完全破胶。

（2）优选的复配破胶剂具有良好的破胶效果，破胶4 h 可使体系黏度降低至1.5 mPa·s，体系降黏率大于90 %，满足施工要求。

（3）通过抑制实验和腐蚀实验评价，得出破胶剂、黏土稳定剂和缓蚀剂有良好的配伍性，三者复配后破胶剂体系具有良好的抑制性和防腐性。

（4）室内优化出弱凝胶无固相钻井液破胶剂基础配方为：淡水+4 %破胶剂+2 %黏土稳定剂+4 %缓蚀剂CA101-4。