无黏土相弱凝胶钻开液技术

6．2．5．1　PRD无固相弱凝胶钻开液

PRD（protect reservoir drill－in fluid）弱凝胶无固相钻开液体系具有表观黏度低、悬浮性能好、剪切稀释性佳的优点，特别适用海上油田的快速钻井；PRD体系不含固相，避免了由钻开液固相侵入地层造成的油层堵塞和对储层的伤害，同时水平井钻开液具有的极高的低剪切速率黏度可以有效地防止钻屑床的产生，最大限度地限制钻井液滤液向地层的漏失。PRD无固相钻开液体系具有快速凝胶的特点，能有效的避免水平井钻井作业时，由于临时停钻，钻开液性能不佳而导致的钻屑无法及时悬浮引起的井下事故。该无固相钻开液体系的凝胶形成机理是利用处理剂之间的协同效应，无须使用交联剂，对成胶温度和成胶时间要求低，所形成的弱凝胶流变性独特，表观黏度低，低剪切速率黏度高，切力与时间无依赖性；而且对环境的适应能力较强；抗温、抗盐、抗剪切；即使在高温的情况下，也具有优异的悬浮性、润滑性和抑制性；失水小，形成的滤饼很薄，裸眼完井时，通过破胶处理易于清除，对储层的损害小。

6．2．5．1．1　PRD的黏度变化和时间关系

无固相钻开液体系具有能有效地保证水平段井眼清洁的优异性能，该体系的主要增黏剂为改性的天然聚合物，由于其独特的分子结构，使得具有独特的理化性质，在低浓度溶液中具有高黏度的特性（1%水溶液的黏度相当于明胶的100倍），是一种高效增稠剂；具有良好的抗剪切性（假塑性），在静态或低剪切作用下具有高黏度，在高剪切作用下表现为黏度下降，但分子结构不变；当剪切作用消失后黏度恢复正常。这些特性应用于无固相水平钻开液中，可用作钻井液的增粘剂、流型调节剂，改善钻井液在水平井和大位移井中的流变性，增强钻井液的携砂能力。

快速弱凝胶的显著特点是在钻井液循环静止的初期，钻井液的黏度迅速上升，数分钟后黏度的增长基本停止达到一个相对稳定的状态，保证钻井液在循环过程中有效带砂，在静止过程中有效悬浮钻屑（图6－22）。

图6－22　凝胶强度与时间的关系

6．2．5．1．2　低剪切速率黏度

PRD无固相弱凝胶钻开液体系具有极高的低剪切速率黏度，能够快速形成弱凝胶，达到保护储层的目的。图6－23反映了PRD钻开液中所用到的VIS与普通黄原胶在低剪切速率黏度方面的差异，VIS的低剪切速率黏度要明显高于黄原胶。

图6－23　无固相钻开液在不同剪切速率下的黏度

6．2．5．1．3　良好的滤失效果

PRD钻开液的低剪切速率黏度较高，其更难以侵入地层，具有孔隙滤失低和最小的储集层损害，有效地控制污染带的深度，易破胶解堵，便于有效地清除内、外滤饼（图6－24）。

图6－24　不同低剪切速率黏度钻井液对地层的污染

6．2．5．1．4　PRD体系渗透率恢复值

PRD基本配方：海水＋0．1%NaOH＋0．25Na2CO3＋0．65%PF－VIS＋2．5%PF－FLO＋5%KCl

采用高压损害实验仪，在3．5MPa×100℃实验条件下，分别评价PRD（空白）、PRD（QWY）破胶完井后对中低渗岩心的损害程度（表6－25、表6－26）。岩心驱替试验结果如表6－27至表6－30所示，PRD储层保护效果如表6－31所示，岩心渗透率恢复值曲线如图6－25所示。

表6－25　岩心基本数据

注：污染条件：120℃×3．5MPa环压，环压5．5MPa。

表6－26　岩心滤失量数据

表6－27　229＃岩心驱替实验

表6－28　174＃岩心驱替实验

表6－29　162＃岩心驱替实验

表6－30　264＃岩心驱替实验

表6－31　PRD储层保护效果

图6－25　岩心渗透率恢复值曲线

从表6－31和图6－25可以看出，PRD（空白）体系渗透率恢复值为30%，PRD（QWY）体系渗透率恢复值达到70%。

6．2．5．1．5　破胶技术

PRD钻开液体系是一种快速弱凝胶体系，其分子链长、黏度高，可以在井壁大量形成含有聚合物的泥饼，PRD钻开液胶液含有聚合物的滤液一旦被挤入地层极易被吸附、滞留在孔隙中，造成油流受阻、油井产能下降。对于采用裸眼完井的完井工艺来说，要得到较高的油井产量，应对滤液和泥饼进行有效清除。

从滤纸上对胶液泥饼的破胶评价可以看出，经过破胶处理的泥饼，很少有残留的泥饼，显示了破胶剂良好的破胶效果（图6－26）。

6．2．5．1．6　完井液对破胶剂的增效作用

经过破胶处理后，钻开液以及破胶液的残留物仍然可能对地层有一定的影响，但可以采用隐形酸完井液来解除破胶液对地层的影响。从图6－27可以看出，随着完井液溶液注入体积的增加，岩心渗透率明显上升。

隐形酸完井液具有解除地层深部污染以及钻开液与地层流体不配伍产生的污染、解除钻开液与地层岩石不配伍产生的污染、溶解部分固相沉积物增加破胶液破胶增产效果等功能。

6．2．5．1．7　现场应用

PRD无固相弱凝胶钻开液体系是中国海洋石油公司开发的体系，已广泛应用于海上水平井裸眼的钻井作业中，其在某油田的应用中均实现了自喷投产，且均高于配产（表6－32）。

图6－26　破胶效果对比

图6－27　完井液的破胶增效作用

表6－32　油井产量统计

6．2．5．2　UltraFLO直接返排钻开液

在海上钻开储层常用的钻开液体系为PRD钻开液体系，该体系是一套具有优异悬浮携带性能的钻井液体系，由天然高分子流型调节剂协同构成，具有无固相和快速形成弱凝胶的特点，所形成的弱凝胶具有独特的流变性，表观黏度低、动塑比高、低剪切速率黏度高、悬浮携砂能力强的特点，能有效地克服水平井或大斜度井段携砂难、易形成沉砂床等问题，并保证井眼清洁，适用于大斜度井和水平井的钻进。

但是，一直以来PRD的协同效应在使用过程中并没有得到充分的发挥，使用过程中不同程度地反映出一些需要进行优化完善的地方，主要是由于PRD的高黏度、高剪切力以及胶液中大分子聚合物的分子链的过度相互缠绕，甚至形成的局部交联，使得一旦钻屑清除不力和钻井液的抑制性能受到弱化，就将影响钻井液的有效固控，对振动筛效率产生不利的影响，甚至产生跑浆；PRD体系的低剪切速率黏度较高，一般控制在40000mPa·s以上，低剪切速率黏度是一把“双刃剑”，在储层保护方面，一方面能够减少胶液侵入地层防止伤害，另一方面一旦胶液进入地层，如果破胶液无法顶替到位，将无法再返排出来并伤害地层；并且该体系在钻开储层后必须进行破胶完井工艺，在一定程度上影响了施工进度。

UltraFLO直接返排钻开液体系是基于PRD钻开液在对低剪切速率黏度、颗粒级配封堵等问题的完善与进一步研究的基础上开发的新一代无黏土相钻开液体系。UltraFLO直接返排钻开液是一种无固相的弱凝胶钻井液，其塑性黏度低，悬浮性能好，剪切稀释性强。UltraFLO直接返排钻开液体系不含黏土相，避免了由钻开液黏土相侵入地层造成的油层堵塞和对储层的伤害，具有提高钻井效率、清除岩屑、防止钻屑床产生、保护储层等特点，该体系通过体系分子键间相互缠绕，形成空间网架结构，结构形成与拆散可逆，静切力恢复迅速，无时间依赖性，具有很好的静态悬砂能力，动塑比高，具有很好的动态携砂能力，超强的流变性能克服水平井或大斜度井段携砂难、易形成沉砂床的问题，低泵速或静止时有效防止了岩屑床的形成。

6．2．5．2．1　强化封堵、降低侵入伤害

UltraFLO钻开液基于上述设计理念应运而生一种新型钻开液体系，利用“粉墙”理论科学仿生学方法，采用高分子聚合物结合酸溶性暂堵桥架粒子超细碳酸钙，钻开储层同时，通过井筒静液柱压力与地层压力压差，在井筒周围敷上一层薄而不可渗透的滤饼，生产初期极易返排，最大化地减少储层伤害（图6－28）。

图6－28　PRD与UltraFLO体系返排示意图

6．2．5．2．2　泥饼可液化

室内通过泥饼浸泡于简易隐形酸完井液（过滤海水＋0．5%的隐形酸螯合剂HTA），泥饼全部溶解，测定溶解后的完井液浊度为18NTU，清澈可见（图6－29）。

图6－29　简易隐形酸完井液液化钻开液泥饼

6．2．5．2．3　低的返排压差

返排压差反映了钻开液体系的返排能力，返排压力越低，说明钻开液污染程度越小，储层保护效果越好，UltraFLO直接返排钻开液体系具有极低的返排压差，相比于PRD体系和普通的含有膨润土的PHPA／KCl体系返排压差较小，有利于地层的返排（图6－30）。

图6－30　返排压力与时间的关系

6．2．5．2．4　储层保护效果好

以南海东部某油田钻井取心岩心进行评价实验结果表明，UltraFLO钻开液体系渗透率恢复值能够达到90%；而常规PRD体系在直接返排的情况下渗透率恢复值仅为17%，破胶完井之后渗透率恢复值可以达到85%（表6－33）。

表6－33　UltraFLO钻开液体系储层保护性能

6．2．5．2．5　现场应用

UltraFLO钻开液体系已在水平井裸眼的钻井中实现了应用，在某油田的应用中，产量均达到配产要求，并且相比早期采用的钻开液体系，平均每口井节约成本约50万元（表6－34）。

表6－34　UltraFLO现场应用