董子標，吳文平，屈治華，王宇琪，楊 浩，岳前升

(長江大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 湖北 荊州 434023)

水平井技術(shù)是煤礦瓦斯治理和煤層氣開發(fā)利用的有效技術(shù)手段，由于我國煤層多屬于低壓低滲型儲層，鉆井過程中易受鉆井液污染而導(dǎo)致產(chǎn)能下降[1-5]，為消除鉆井液造成的煤層污染多采用后期洗井破膠技術(shù)[6-8]，即向洗井液中加入破膠劑(即破膠液)，因此，選擇高效破膠劑是該技術(shù)的關(guān)鍵。破膠劑的選擇涉及到破膠效果的評價方法，目前常用的方法是采用直讀式六速旋轉(zhuǎn)黏度計來測量加入破膠劑后鉆井液的黏度變化，當(dāng)鉆井流體的黏度接近于清水時認為達到完全破膠。由于直讀式六速旋轉(zhuǎn)黏度計主要用于測定鉆井液黏度，在測量低黏度的完井液時誤差較大，而煤層屬于低滲、特低滲型儲層，對聚合物吸附滯留很敏感，這也意味著用直讀式六速旋轉(zhuǎn)黏度計測出的黏度相當(dāng)?shù)膬煞N完井液可能對煤層的實際損害差別較大，因此需要使用新的煤層氣完井破膠評價方法來克服這一缺陷。本文提出用毛細管黏度來表征煤層破膠效果，相對于直讀式六速旋轉(zhuǎn)黏度計，毛細管黏度計具有精確、靈敏的特點，更能表征煤層破膠效果，現(xiàn)場實踐表明，該方法可行。

1 實驗材料和儀器

1.1 實驗材料

APS(過硫酸銨)，次氯酸鈉，雙氧水，氧化型破膠劑JBK-1、JBK-2，均為工業(yè)品；稠化劑，降失水劑和潤滑劑等處理劑取自山西沁水煤層氣鉆井現(xiàn)場，為可降解聚合物鉆井液體系配套處理劑；3#煤巖心若干，沁水端氏煤礦塊煤鉆柱取心。

1.2 實驗儀器

滾子加熱爐，直讀式六速旋轉(zhuǎn)黏度計，烏氏黏度計，高速攪拌機，失水儀，恒溫水浴等。

2 研究內(nèi)容和實驗方法

2.1 可降解聚合物鉆井液配制和性能測定

2.1.1 常規(guī)性能評價

1) 鉆井液配制：現(xiàn)場水+0.5%可降解稠化劑+1.5%降失水劑+0.5%潤滑劑。在30 ℃、16 h條件下老化后待用。

2) 按標準對可降解聚合物鉆井液常規(guī)性能進行測試。

2.1.2 煤層損害評價

將煤層巖心用地層水飽和并用地層水正向測巖心液相滲透率K1，用鉆井液反向污染煤心，并放置老化24 h，正向用地層水測巖心滲透率K2，并計算巖心滲透率損害率(100-K2/K1×100)%.

2.2 破膠殘液黏度測定

1) 旋轉(zhuǎn)黏度計法。將破膠劑按一定加量加入到400 mL鉆井液中，在25 ℃時密閉放置12 h后，用六速旋轉(zhuǎn)黏度計測其表觀黏度，表觀黏度AV=0.5Ф600，單位mPa·s，其中Ф600為直讀式六速旋轉(zhuǎn)黏度計轉(zhuǎn)速600 r/min時的讀數(shù)。

2) 毛細管黏度計法。將破膠劑按一定加量加入到400 mL鉆井液中，在25 ℃時密閉放置12 h后，取上層清液用烏氏黏度計(內(nèi)徑0.55 mm)測25 ℃時的毛管黏度，毛管黏度η=t2/t1，單位mPa·s，其中t2為破膠殘液在25 ℃時通過烏氏黏度計毛細管時間，t1為蒸餾水通過時間，默認25 ℃時蒸餾水黏度為1.0 mPa·s.

2.3 破膠液巖心傷害

將煤心用地層水飽和并用地層水正向測巖心液相滲透率K1，用鉆井液破膠后上層清液反向污染煤心，并放置12 h，正向用地層水測巖心滲透率K2，并計算巖心滲透率損害率(100-K2/K1×100)%.

3 結(jié)果討論與分析

3.1 鉆井液性能

可降解聚合物鉆井液性能具有密度低、黏度和切力適中等特點，見表1，可以滿足煤層氣水平井鉆井工程性能要求；但其對煤層損害比較嚴重，煤心滲透率損害率在75%以上，見圖1. 如不采取降解破膠技術(shù)，會嚴重影響煤層氣水平井的產(chǎn)能，這樣就失去了利用水平井開采煤層氣的優(yōu)勢。

表1 煤層氣水平段鉆井液基本性能表

圖1 聚合物鉆井液對煤層損害圖

3.2 旋轉(zhuǎn)黏度計法和毛細管法靈敏程度

用兩種評價方法對比評價了破膠劑JBK-1不同加量條件下破膠6 h所產(chǎn)生的破膠殘液黏度，見圖2. 當(dāng)采用旋轉(zhuǎn)黏度計法時，破膠劑JBK-1加量在0.8%～1.5%時破膠殘液黏度變化幅度非常小，接近于清水黏度，基本可認為破膠比較徹底；而采用烏氏黏度計法即毛細管法時，破膠劑JBK-1加量在0.8%～1.5%時破膠殘液黏度變化幅度明顯高于旋轉(zhuǎn)黏度計法，說明毛管法所測的黏度靈敏度要高于旋轉(zhuǎn)黏度計法。

圖2 兩種破膠評價方法對比圖

3.3 破膠黏度對煤層損害

以上述經(jīng)破膠劑JBK-1破膠后殘液為污染介質(zhì)，研究了不同黏度的破膠殘液對煤儲層巖心的損害程度，結(jié)果見圖3. 可見，破膠殘液黏度越高其對煤儲層的損害程度越嚴重，這也與其它學(xué)者研究成果吻合[9-11]，當(dāng)破膠劑JBK-1加量為0.8%時，若按圖2的旋轉(zhuǎn)黏度計法結(jié)果應(yīng)認為破膠比較徹底，但實際上此時破膠殘液對煤層滲透率損害超過15%，而此時毛細管法所測得的黏度為3.42 mPa·s，若以儲層巖心滲透率損害率15%為臨界點，破膠殘液的毛細管黏度應(yīng)控制在3.0 mPa·s以內(nèi)為宜。

圖3 破膠殘液黏度對儲層巖心滲透率損害圖

3.4 破膠劑種類優(yōu)選

用兩種評價方法評價了1%加量條件時不同種類破膠劑破膠6 h后殘液黏度，結(jié)果見表2，可見在5種破膠劑中，JBK-1效果最好，破膠殘液的毛管黏度可低于3.0 mPa·s.

表2 兩種評價方法優(yōu)選破膠劑種類表

3.5 破膠時間確定

采用毛細管黏度法評價了1.0%JBK-1在不同破膠時間的破膠殘液黏度，見圖4，可見JBK-1的破膠速度比較快，4 h以后破膠殘液的毛管黏度趨于穩(wěn)定。因此，當(dāng)破膠液入井后應(yīng)保持破膠液浸泡煤層時間不低于4 h以保證充分破膠。

圖4 破膠時間對毛管黏度的影響圖

4 應(yīng) 用

利用毛細管法對煤層氣水平井破膠劑種類和加量進行優(yōu)選，首先應(yīng)用在山西沁和能源端氏煤礦QHDSL-02等4口多分支水平井完井破膠作業(yè)中：1) 將優(yōu)選出高效破膠劑JBK-1按其最佳加量1.0%配成破膠液。2) 在每個分支完鉆后計算分支井眼體積并將破膠液替入分支井筒。3) 主井眼最后洗井破膠，待洗井破膠作業(yè)結(jié)束后再將新配的干凈破膠液替滿整個井筒，并保證破膠液浸泡時間不低于4 h. 現(xiàn)場監(jiān)測了這4口井洗井破膠后毛管黏度，見圖5. 現(xiàn)場監(jiān)測毛管黏度時應(yīng)先將破膠殘液過濾，以防煤屑和其它固相堵塞烏氏黏度計毛細管，4口多分支水平井洗井破膠后的殘液毛管黏度均小于3.0 mPa·s，說明破膠比較徹底，后期這4口井單井日產(chǎn)量超過萬方，有效釋放了產(chǎn)能。

圖5 4口多分支水平井破膠殘液現(xiàn)場監(jiān)測圖

5 結(jié) 論

聚合物鉆井液對煤層的污染比較嚴重，洗井破膠對保護儲層、提高單井產(chǎn)量至關(guān)重要。較低黏度的破膠殘液對煤層仍有損害，為較好地消除聚合物對煤層的污染，破膠殘液毛管黏度應(yīng)控制在3.0 mPa·s以內(nèi)。毛細管法測量破膠殘液黏度比旋轉(zhuǎn)黏度計法具有靈敏度、精度高等優(yōu)點。通過4口水平井現(xiàn)場實踐表明，利用毛細管黏度法表征破膠效果是可行的，為煤層氣水平井提高產(chǎn)能提供有力的依據(jù)。