無固相弱凝膠鉆井液的研究與應用

張俊（長江大學工程技術學院，湖北 荊州 434023）

聚合物弱凝膠在石油工業上的應用主要在堵水調剖、壓裂方面，新近發展起來的膠態分散凝膠也用于聚合物驅領域，常規凝膠的形成條件主要是依賴于交聯劑，聚合物通過與交聯劑的作用在一定的溫度和一定的時間下成膠。不同于常規凝膠的成膠方式，PRD（無固相保護油氣層鉆井液）鉆井液是一種快速成膠體系，無需添加交聯劑，主要通過特殊聚合物之間的相互作用成膠，其且成膠條件要求低的所形成的弱凝膠具有獨特的流變性。這一獨特的流變性能有效的懸浮和攜帶鉆屑。高的低剪切速率粘度，能防止鉆開液對井壁的沖刷，有效的控制固液相對儲層的侵入深度，最大限度的減少對儲層的損害[1]。

為了解決上述問題研制出一種生物聚合物弱凝膠增粘劑GEL-30。該由GEL-30配制成的鉆井液體系有不同于傳統鉆井液的優良特殊性能：切力與時間無依賴性能，能有效阻止大斜度段和水平段巖屑床的形成；良好的潤滑性和抑制性，能在水平井鉆進過程中，保持井壁穩定，有效的減少卡鉆劃眼等井下故障，保證順利鉆進；濾失少、濾餅薄且韌且容易破膠；由于GEL-30由可降解的生物聚合物和天然大分子制作而成，因此具有易降解、無生物毒性的特征，能滿足環保要求。

1 GEL-30弱凝膠鉆井液

弱凝膠增粘劑GEL-30由可生物降解的生物聚合物和天然大分子經活化、復配等工藝制備得到，外觀為白色或灰白色可流動粉末。經過大量室內優選試驗，得出最終的弱凝膠鉆井液配方為：400mL自來水+0.1%NaOH+0.2%CX-216+1.2%JMP-1+2.0%PEG+1.0%DRH+6.0%KCl+2%GEL-30+5%yx-1+26%石灰石粉。室內通過測定其流變性參數、濾失量、低剪切速率下的粘度、泥巖回收率、滲透率恢復值，從而對該鉆井液配方進行綜合評價。

1.1 流變性評價

表1 流變性參數

在120℃下滾動16小時后測量其低剪切速率下的粘度，測量結果見表1。

表1可看出GEL-30弱凝膠鉆井液表觀粘度低，具有比較高的動塑比，隨時間變化靜切力改變小，觸變性好，剪切稀釋后能夠快速重新成膠，能夠滿足水平井鉆井對鉆井液的要求。熱滾后，各流變性參數基本穩定，這對于實際鉆井中是非常有利的。

1.2 濾失性評價和低剪切速率下的粘度實驗

測量其在120℃下滾動16小時前后常溫下流變性、中壓（0.69MPa）靜失水APIFL、PH、泥餅粘滯系數Kf、滾后高溫高壓（120℃、3.5 MPa）靜失水HTHPFL，測量結果見表2。

表2 濾失實驗結果

表2可看出該弱凝膠鉆井液的API和HTHP濾失量都比較小，鉆井液體系中加入yx-1超細碳酸鈣后，形成濾餅粘滯系數為0.0875，表明該鉆井液形成的泥餅對鉆具的阻力小，鉆井過程中不會對鉆具產生大的粘滯作用。

測量其在120℃下滾動16小時后低剪切速率下的粘度，測量結果見表3。

表3 低剪切速率下的粘度（cp）

在水平井鉆進中，懸浮鉆屑和凈化井眼是比較突出的問題，要有效提高水平井鉆井液鉆屑懸浮能力并及時防止鉆屑床的形成，這就要求鉆井液在靜態或者低剪切速率下維持較高的粘度。從表3可以看出，GEL-30弱凝膠鉆井液熱滾后在低剪切速率下仍具有較高的粘度（在0.3r/min轉速下，粘度可達8800mPa.s），這種獨特的流變性對水平井和大位移井的鉆進非常有利的，不僅保證鉆井液具有良好的懸浮攜砂能力，并且能夠避免鉆井液對井壁的沖刷，阻止鉆井液中的液體進入地層抑制泥頁巖的水化膨脹，起到維持井壁穩定的作用，另外還能防止鉆井液固相侵入地層，降低鉆井污染帶的深度，起到保護儲層的作用。

1.3 抗溫性試驗

在400mLGEL-30弱凝膠鉆井液中加入30g鉆屑，分別在60℃、80℃、100℃、120℃、140℃下滾動16h，過40目篩篩出鉆屑，分別收集鉆井液及鉆屑，測試不同溫度下的鉆屑回收率，并將收集的鉆井液冷卻至室溫，分別測試其流變性和靜失水量。

試驗結果表明：該鉆井液體系分別在的60℃、80℃、100℃、120℃、140℃的溫度下熱滾后，鉆井液流變性比較穩定，維持較高的動塑比，而且鉆屑回收率高于86.4%，表明該鉆井液體系具有較強的抑制性；靜失水量小且濾液清晰，泥餅平整，薄而韌。GEL-30弱凝膠鉆井液體系中引入了溫度穩定劑，可以阻止大分子在高溫下被氧化分解，保證鉆井液在較大的溫度范圍了維持性能的穩定。

1.4 懸浮性試驗

將塔里木油田相關區塊的巖屑磨碎，然后過篩制成懸砂，測試GEL-30弱凝膠鉆井液在熱滾前后的懸浮懸砂的能力。將GEL-30弱凝膠鉆井液裝入量筒，并將懸砂均勻地懸浮于鉆井液中，在90℃恒溫下靜置后，記錄懸砂懸浮直到下沉的時間。然后將GEL-30弱凝膠鉆井液在120℃下滾動16h，均勻懸浮懸砂與其中，靜置到90℃恒溫下記錄懸砂懸浮直到下沉的時間，實驗結果表明在24小時內，該體系滾動前可以懸浮11g砂粒，在120℃熱滾16h后，在90℃下還能懸浮4g砂粒，該結果表明該鉆井液具有較好的攜砂能力，能夠滿足水平井和大斜度井對鉆井液的懸浮攜砂的要求。

1.5 儲層保護試驗

根據SY 5336-88《常規巖心分析推薦方法》[2]和SY/T 5358-94《砂巖儲層敏感性評價實驗的推薦實驗方法》[3]，在塔里木油田牙哈、輪南、哈德三區塊分別選取不同井的巖心進行滲透率恢復實驗，結果見表3

表3 無固相鉆井液在牙哈巖心滲透率恢復實驗

表3可得出實驗巖心的滲透率恢復值在85%以上，部分巖心滲透率恢復值高達92.73%，表明GEL-30弱凝膠鉆井液具有良好的儲層保護性能，在打開油氣層的過程中，能減少鉆井液對產層的傷害。

2 現場應用

該鉆井液體系在塔里木油田牙哈、輪南、哈德區塊多口井應用，在鉆進長水平井段和鉆進油氣層的過程中，成功的解決了井壁失穩、井眼難凈化以及儲層污染等方面的問題。以輪南地區H8C井為例，由該井設計分層數據可知該井將鉆遇侏羅系、三疊系地層，均有油層發育。侏羅系JⅢ油組6+7小層地層壓力44.05MPa，壓力系數0.994；侏羅系JⅣ油組1+2小層地層壓力49.0MPa，壓力系數1.095；三疊系TⅠ油組地層壓力46.06MPa,壓力系數0.988。侏羅系地層易跨蹋，注意防斜、防跨；該井在古近系、白堊系、侏羅系JⅠ、JⅡ油組也可能鉆遇油氣層，壓力系數在1.06-1.11左右，注意防噴。

通過在輪南H8C井現場應用表明：在侏羅系、三疊系見到良好油氣顯示，鉆遇地層無漏失情況，無井噴情況發生。此外，通過鄰井對比還有以下優勢：

2.1 鉆井速度快。表4是輪南H8C與輪南H1井的鉆井速度的對比情況，輪南H8C與輪南H1相距較近，施工條件及施工參數基本相同。

表4 機械鉆速比較表

表4可看出該鉆井液體系在提高鉆井速度效果明顯，TⅠ在條件相近情況下機械鉆速提高近99%

2.2 鉆井液性能穩定。在鉆進過程中，鉆井液粘度一直穩定，沒有出現因固相的侵入而出現的增粘、井壁坍塌、拔活塞和卡鉆等現象。

2.3 巖心滲透率恢復值高，能有效保護儲層。輪南H8C鉆進時在侏羅系、三疊系見到良好油氣顯示。同時，取進入油層的鉆井液，在該地層的巖心上做滲透率恢復實驗，實驗測得污染后的巖心滲透率恢復值為98%，大大高出一般鉆井液，該井經試油后穩產50t/d。

2.4 井眼穩定。有利于工程施工和井下安全。該鉆井液中固相含量較低，動切力小，靜切力隨時間變化小，因此開泵容易，開泵時不會出現憋泵的狀況，起下鉆時壓力波動小，有利于維持井眼穩定、防止憋漏地層。懸砂能力良好。

3 結語

3.1 經過活化復配得到的GEL-30弱凝膠鉆井液在流變性評價、濾失性評價和低剪切速率下的粘度實驗中表現出明顯的優越性能，在室內評價中表現出較好的抗溫性、潤滑性和儲層保護性能。

3.2 在現場應用中，使用GEL-30弱凝膠鉆井液鉆井具有鉆井速度快、鉆井液穩定、巖心滲透率恢復值高、井眼穩定等優點，能夠滿鉆塔里木油田牙哈、輪南、哈德等區塊的鉆井液要求。

[1]王昌軍,張春陽.PRD弱凝膠鉆開液性能評價與試用效果[J].石油天然氣學報，2008.06：143-145.