无固相弱凝胶钻井液的研究与应用
张俊（长江大学工程技术学院，湖北荆州434023）
摘要：本文通过室内试验配制一种由弱凝胶增粘剂GEL-30所优化配制的钻并液体系，室内性能评价实验结果表明，该钻并液体系其有良好的流变性、抗温性、悬浮钻屑的能力等，能够满足水平井、大斜度并段对钻并液的要求，在轮南H8C并的试用表明该钻井液体系具有优于PRD弱疑胶钻并液的性能，在塔里本油用多口井的使用中取得了良好的效采
关键词：无固相钻并液；弱凝胶；储层保护
聚合物弱凝胶在石油工业上的应用主要在堵水调剖、压裂方面，新近发展起来的胶态分散凝胶也用于聚合物驱领域，常规凝胶的形成条件主要是依赖于交联剂，聚合物通过与交联剂的作用在一定的温度和一定的时间下成胶。不同于常规凝胶的成胶方式，PRD(无固相保护油气层钻井液)钻井液是-种快速成胶体系，无需添加交联剂，主要通过特殊聚合物之间的相互作用成胶，其且成胶条件要求低的所形成的弱凝胶具有独特的流变性。这一独特的流变性能有效的悬浮和携带钻屑。高的低剪切速率粘度，能防止钻开液对并壁的冲剧，有效的控制固液相对储层的侵人深度，最大限度的减少对储层的损害目。
为了解决上述问题研制出一种生物聚合物弱凝胶增粘剂 GEL-30。该由GEL-30配制成的钻并液体系有不同于传统钻井液的优良特殊性能：切力与时间无依赖性能，能有效阻止大斜度段和水平段岩屑床的形成，良好的润滑性和抑制性，能在水平井钻进过程中，保持并壁稳定，有效的减少卡钻划眼等井下故障，保证顺利钻进，滤失少、滤饼薄且韧且容易破胶；由于 CEL-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、无生物毒性的特征，能满足环保要求。 1GEL-30弱凝胶钻井液
弱凝胶增粘剂GEL-30由可生物降解的生物聚合物和天然大分子经活化、复配等工艺制备得到，外观为白色或灰白色可流动粉末。经过大量室内优选试验，得出最终的弱凝胶钻并液配方为：400mL自来水+0.1%Na0H+0.2%CX216+1.2%JMP 1 + 2.0%PEG +1.0% DRH + 6.0%KCI + 2% GEL30 + 5%yx1 + 26%石灰石粉。室内通过测定其流变性参数、滤失量、低剪切速率下的粘度、泥岩回收率、渗透率恢复值，从而对该钻井液配方
进行综合评价。 1.1流变性评价
技术管理
在120℃下滚动16小时后测量其低剪切速率下的粘度，测量结果见表1。
表1可看出GEL-30弱凝胶钻井液表观粘度低，具有比较高的动塑比，随时间变化静切力改变小，触变性好，剪切稀释后能够快速重新成胶，能够满足水平井钻井对钻井液的要求。热滚后，各流变性参数基本稳定，这对于实际钻井中是非常有利的。
1.2滤失性评价和低剪切速率下的粘度实验
测量其在120℃下滚动16小时前后常温下流变性、中压(0.69MPa)静失水APIFL、PH，泥饼粘滞系数Kf、滚后高温高压(120℃,3.5MPa)静失水HTHPFL测量结果见表2。
表2滤失实验结果
API FL(ml/h)
热滚前热演后
2.2/0.5 2.9/0.5
HTHP FL(ml/h)
10.0/1.0
PH 8.5
K,
7.50.0875
表2可看出该弱凝胶钻井液的API和HTHP滤失量都比较小，钻井液体系中加人yx-1超细碳酸钙后，形成滤饼粘滞系数为0.0875，表明该钻并液形成的泥饼对钻具的阻力小，钻井过程中不会对钻具产生大的粘带作用。
测量其在120℃下滚动16小时后低剪切速率下的粘度，测量结果见表3。
表3低剪切速率下的粘度(cp)
转速
热滴后粘度mPa.s
0.30.6 88006000
3.06.0 1.5
12
30
3620252017601255812.0
在水平井钻进中，悬浮钻屑和净化井眼是比较突出的间题，要有效提高水平并钻并液钻屑悬浮能力并及时防止钻屑床的形成，这就要求钻并液在静态或者低剪切速率下维持较高的粘度。从表3可以看出，GEL-30弱凝胶钻井液热滚后在低剪切速率下仍具有较高的粘度（在0.3r/min转速下，粘度可达 8800mPa.s)，这种独特的流变性对水平井和大位移井的钻进非常有利的，不仅保证钻井液具有良好的悬浮携砂能力，并且能够避免钻井液对井壁的冲别，阻止钻井液中的液体进人地层抑制泥页岩的水化膨胀，起到维持并壁稳定的作用，另外还能防止钻并液固相侵人地层，降低钻井污染带的深度，起到保护储层的作用。
表1流变性参数
条件热前热流后
万方数据
密度(g/mL) 1.20 1.20
AV MPa.s 52.0 54.0
PV MPa.s 30.0 28.0
YP MPa.s 22.0 26.0
YP/PV 0.73 0.93
2015年4月
Gel Pa/Pa 5.0/3.0 5.0/3.0
化置纪107