生物酶可以在pH值和温度都比较稳定的条件下促进某一特定的反应快速完成，重要的是酶在反应过程中不会被消耗，分子结构也不会发生改变，只是起到一个催化的作用，可以使污染物清洗的更彻底，相比于酸性清洗液和氧化性清洗液具有高效性和环保性。水平井钻井液污染现场清洗时，机械方法和化学方法在清除滤饼时各有利弊，机械方法会由于出砂和水堵导致产能下降，具有较大的能耗和成本，化学方法对水平井钻井液污染的清洗效果比较好，但是具有较差的专一性，清洗时会损坏钻具，因此将生物酶应用到水平井钻井液污染清洗中。生物酶技术是近几年来工业发展中的一项高效环保的生物技术，对纤维素、黄原胶和淀粉的降解有促进作用，是一种比机械方法和化学方法更环保的方法。
一、基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法设计
1.1 水平井钻井液污染的预处理
酶在化学反应中属于一种具有催化作用的物质，是由生物体内的活细胞产生的，可以加快化学反应的速度。用生物酶清洗水平井的钻井液污染系统是由发生器、传输电缆以及换能器组成，如图1所示。预处理过程中，将水平井下的换能器用普通射孔电缆输送到含水层部位，并由输电电源提供电能，发生器在清洗时会喷射出酸性清洗液和氧化性清洗液，经过信号电缆将清洗液流入到换能器，最后由换能器将清洗液转换成生物酶，达到钻井液污染清洗的目的。
水平井的钻井液中含有淀粉、聚丙烯酰胺、黄原胶及竣甲基纤维素等合成类聚合物成分，这些成会随着钻井液滤液滤失到水平井的井壁周围与黏土等固相颗粒共同形成滤饼，这样就很容易造成钻孔发生有机堵塞，采用酸性清洗剂很难缓解堵塞问题。水平井钻井液污染预处理机理框图如图2所示。
生物酶即使与水平井钻井液分离，催化作用的效率也是非常高的，因此生物酶在水平井钻井液污染预处理中承担了更多的任务，大多数工业生产中也都借助生物酶的催化作用来提高生产效率，从而降低了生产过程中的成本。基于生物酶技术预处理水平井钻井液污染之后，还要在预处理框图的基础上建立水平井钻井液污染清洗模型，实现基于生物酶的水平井钻井液污染清洗。
1.2 建立水平井钻井液污染清洗模型
建立水平井钻井液污染清理模型都是将整个清洗的过程划分成几个独立部分后再研究，水平井钻井液污染清洗中，每一种污染类型都不可能独立发生。建立水平井钻井液污染清洗模型不是连续的过程，是将钻孔堵塞和滤饼层的形成看作是同时发生的，但是清洗时会出现影响钻井液污染的因素不同。
在水平井的钻孔堵塞方面，结合钻井液污染清洗分离器结构(见图3)，可以确定钻井液成分中蛋白质污染的形成是在钻孔堵塞机制中。当水平井的钻孔经常出现堵塞现象时，蛋白质本身就会发生变葩逐郴成滤饼层。
基于流变学的流量与钻井液阻力可以表示为：
表达式中，Q代表生物酶的流量，代表钻井液产生的阻力，易是蛋白质沉淀物的阻力，q代表钻井液的体积浓度，广尺代表蛋白质形成滤饼层时阻力增加的速率。
钻孔堵塞模型在清洗的第一阶段常常由于蛋白质的聚合物缓慢进入钻孔使水平井的钻孔发生堵塞现象。第一阶段的滤饼层通常比较薄，假设忽略滤饼层的压缩性。水平井钻孔堵辣型中，体积流率可以表达为：
其中
表示单位面积内钻井液的体积流率。
通过未堵塞钻孔单位面积内钻井液的体积流率为：
公式中，pmf表示水平井钻孔表面的钻井液压力，Aopen表示未堵塞钻孔的面积。
假设钻孔堵塞的速率与钻井液对钻孔的流速率成比例：
因此，可以利用下列公式计算出钻井液的体积流率和未堵塞的钻孔面积同:
在水平井钻孔堵塞阶段，可以忽略堵塞面积阻力增加的速率f'R'，因此水平井钻孔堵塞区域的阻力要始终保持恒量，具体表示如下:
综上分析可以得出水平井钻井液的污染清洗模型为：
综上通过生物酶流量得出了生物酶的体积流率，并结合钻井液体积流率和未堵塞钻孔面积的计算公式，得到了水平井钻井液的污染清洗模型，最后需要采用不同参数清洗水平井钻井液的油层污染、泥饼污染和抗土污染，才能使水平井钻井液污染清洗的更彻底。
1.3 水平井钻井液污染清洗的实现
根据钻井液的体积流率和未堵塞的钻孔面积计算公式得到了水平井钻井液的污染清洗模型，参考水平井钻井液污染清洗流程图(见图4)确定了水平井钻井液污染清洗效果的影响因素，利用钻井液污染清洗模型清洗水平井钻井液的油层污染、泥饼污染和抗土污染。
在清洗钻井液油层污染时，采用预处理工艺处理钻井液油层污染试样，根据水平井钻井液污染清洗模型分析出影响油层清洗效果的主要因素就是生物酶浓度，不同浓度的生物酶对水平井钻井液油层污染的清洗效果也是不同的，但钻井液污染的清洗效果不是生物酶浓度越高就越好，生物酶浓度对钻井液油层污染清洗效果如图5所示。
针对生物酶溶液，当生物酶的质量分数增加到0.5%时，通量恢复率可以达到78.9%o但是当生物酶的质量分数超过0.7%时，油层污染的通量恢复率为79.2%，并没有明显提高，随后生物酶浓度继续增大，通量恢复率反而下降。原因是随着生物酶PH的增加，在油层清洗过程中蛋白质发生了变性，导致钻井液油层污染清洗效果不明显。因此选用生物酶浓度为0.5%~0.7%时，水平井钻井液油层污染的清洗效果最好。
在清洗钻井液泥饼污染时，采用预处理工艺处理钻井液泥饼污染试样，利用水平井钻井液污染清洗模型分析出油层清洗效果的影响因素主要是就是清洗时间，通常情况下水平井泥饼污染的清洗效果会随着清洗时间的延长而增强，但是会由于清洗剂种类和性质的不同，使得泥饼清洗效果的增长趋势不同。清洗时间对钻井液泥饼清洗效果的影响如图6所示。
对于SDS溶液30分钟以内清洗泥饼污染的通量恢复率处于增长昨，随着清洗时间的延长，通量恢复率没有明显变化，但是生物酶溶液清洗泥饼污染的最佳状态清洗时间是40分钟，而40分钟后通量恢复率也处于增长状态。
在清洗钻井液抗土污染时，采用预处理工艺处理钻井液抗土污染试样，利用水平井钻井液污染清洗模型分析出影响抗土污染清洗效果的因素主要就是清洗时间，所有清洗剂都是随着清洗温度的升高，吐污染的通磁复率也都增加。清洗磁对抗土污染清洗效果的影响如表1所示。
选择清洗温度时，要考虑到钻井液抗土污染程度及生物酶对温度的敏感程度。分析表1的数据可知，不同种类的清洗剂清洗抗土污染的最佳清洗温度均为45%。
在参考了水平井钻井液污染清洗流程后，分别采用生物酶浓度、清洗时间和清洗温度三个因素对钻井液的油层污染、泥饼污染和抗土污染清洗，确定了可以达到最佳清洗效果的因素范围，完成了基于生物酶的水平井钻井液污染清洗。
二、实验对比
2.1 水平井钻井液取样
检査水平井钻井液是否澄清，工作污染指数是否在规定范围内，取尽量多的钻井液，取样尽量避开污染指数高的钻井液，选用污染较为严重且均匀的部分，取样的整个过程都不要混入其他杂质，将取样的钻井液分别装在100ml的实验瓶中尽可能降低试样的污染程度。
2.2 实验环境和仪器选择
钻井液黏度对比实验在实验室进行，实验仪器包括电子天平、洗耳球、广口瓶、烧杯、玻璃棒、六转速黏度计、毛细管黏度计、机磁拌器、恒温水浴锅。实Mm包括预胶化淀粉和生物酶。
2.3 实验方法及结论
配置2%的预胶化淀粉溶液。将60ml钻井液溶解在一定量水中，剩余的40ml钻井液在水浴中加热至接近沸腾，将加入水的钻井液缓缓加入即将沸腾的水中，边搅拌边加热，直至钻井液到半透明状态。钻井液冷却定容到100ml。
配置10份生物酶与钻井液试样反应体系，其中钻井液体积均为100ml，生物酶浓度均为100mg/L，分别采用基于预胶化淀粉的水平井钻井液污染清洗方法和基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法，考察体系在30%-140%：之间的反应活性，实验结果如图7所示。
由图7可以看出，两种清洗方法在温度低于4O3C时钻井液黏度仍然很高，随着温度的升高，采用基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法，钻井液黏度急速下滑，直至80%时黏度最低，为9mPa·s，达到最佳清洗效果。
用同样方法配置3份钻井液与生物酶反应体系，其中钻井液体积为100ml，生物酶浓度在50mg/L至500mg/L之间，考察生物酶活性在80%以下，分别采用基于预胶化淀粉的水平井钻井液污染清洗方法和基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法，实验结果如图8所示。
根据图8对比曲线可知，两种清洗方法在生物酶浓度低于200mg/L时，清洗效果都很差，当生物酶浓度超过300mg/L时，采用基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法，钻井液黏度开始急速下滑，处于300mg/L-350mg/L之间时，钻井液浓度达到最低，为20mPa-s，清洗效果也是最佳的。
基于上述实验，可以得出当温度和生物酶浓度都很低时，两种清洗方法测得的钻井液黏度都很高，但是随着自变量的升高，采用基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法，钻井液的黏度立即下降，完全可以达到最佳的清洗效果。而基于预胶化淀粉的水平井钻井液污染清洗方法测得的钻井液黏度曲线也有下降的趋势，但钻井液黏度仍然很高，清洗效果较差。经计算可以得出，提出的基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法较基于预胶化淀粉的水平井钻井液污染清洗方法，清洗能力提升了55%，适合用于水平井钻井液污染清洗中。
三、结语
提出了基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法研究。先采用生物酶技术预处理水平井钻井液污染，根据预处理机理框图构建了基于生物酶技术建立水平井钻井液污染清洗模型，并采用生物酶浓度、清洗时间和清洗温度三个因素清洗钻井液的油层污染、泥饼污染和抗土污染清洗，实现了基于生物酶的水平井钻井液污染清洗。实验数据表明，提出的基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法在钻井液污染清洗中具有较好的清洗效果。可以为基于生物酶的水平井钻井液污染清洗方法提供理论指导。(>
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