頁巖氣鉆井工程中的鉆井液技術

萬小勇(中石化華東石油工程有限公司六普鉆井分公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

何樹升(中石油長城鉆探鉆井液公司，遼寧 盤錦 124010)

在鉆井工程當中鉆井液是極為重要的一部分，被人稱作“鉆井的血液”，是能否安全高效鉆井的關鍵。隨著頁巖氣的發(fā)現(xiàn)，頁巖氣的勘探開發(fā)開始受到越來越多的關注，自上世紀50年代起我國鉆井液技術開始發(fā)展，技術也逐漸成熟，從國外引進到自主研發(fā)，如今已逐漸成熟。

1 頁巖氣鉆井液技術難點

1.1 井壁失穩(wěn)

頁巖地形一般比較脆弱，容易發(fā)生坍塌，在鉆井時將會出現(xiàn)井壁失穩(wěn)的情況，這也是大部分頁巖氣鉆井中出現(xiàn)井眼問題的緣故。而導致井壁失穩(wěn)的原因主要有以下3個方面:

1.在鉆井液進入巖層間隙時，頁巖與孔隙中液體發(fā)生相互力作用，使得黏土層之間的膨脹應力與水化力大小發(fā)生改變導致頁巖層部分被拉伸破裂。2.濾液在滲透性較低的頁巖地層中緩慢滲入，使得原本用以支撐的鉆井液的壓力與井壁空隙的壓力達到平衡，再加上水化應力的作用增強了孔隙壓力，減少頁巖之間的粘結力而導致井壁失穩(wěn)。3.如遇到巖層中含有部分遇水發(fā)生膨脹的水敏性巖石，在遇到鉆井液時將會使力學平衡被打破使巖石碎裂導致井壁失穩(wěn)。

要避免發(fā)生井壁失穩(wěn)，在對鉆井液選用時應當選擇有抑制與封堵作用的類型，所選鉆井液應能控制水與離子在頁巖中的進出以對水化力大小進行控制。

1.2 巖層清理問題

頁巖具有易膨脹，易破碎的特點，在勘探鉆井的過程中難免會由于坍塌與振動產(chǎn)生大量碎塊，并且頁巖水平井造斜段的傾斜變化較大，在選用鉆井液時必須注意鉆井液的攜砂能力、封堵能力與潤滑性，避免因為巖層清理不當而導致的埋鉆卡鉆。

1.3 高扭矩與高摩阻問題

在對水平井進行鉆探時，鉆頭沿造斜段滑動鉆進時與井壁的摩擦力變大，而在正常鉆進時鉆頭的扭矩將會變大；同時由于水平段長，井眼曲率大的問題，導致套管的磨阻大，下滑缺少重力在下管時將出現(xiàn)粘卡的問題，對鉆井液的潤滑性與防粘卡性能提出了嚴格的要求。

2 國內(nèi)鉆井液技術

隨著國內(nèi)對頁巖氣的開發(fā)，我國的鉆井液技術不斷革新進步，如今已進入世界先進的行列。在頁巖氣鉆井中，鉆井液技術總體上可被分為油基鉆井液和水基鉆井液，而目前大部分的頁巖氣鉆井用的是油基鉆井液也有少部分用水基鉆井液。

2.1 油基鉆井液

油基鉆井液與水基鉆井液相比，具有良好的潤滑性與抑制性，在穩(wěn)固井壁、保護油氣層方面具有較大優(yōu)勢且有性能穩(wěn)定、維護成本低、抗溫力強、抗污能力強等特點。但是，油基鉆井液也因環(huán)境污染大，初始成本高且對天然氣探測有阻礙影響的緣故存在一定缺陷。柴油與白油是目前油基鉆井液的主要基液，其中白油雖然成本較柴油高，但更加環(huán)保。

由于油基鉆井液初始成本較高，為降低成本，國內(nèi)研究出了油基鉆井液的回收再利用技術與鉆屑算鉆處理的技術，再通過回收處理過程后產(chǎn)生的鉆屑含油量低，符合國家排放標準。

2.2 水基鉆井液

水基鉆井液與油基鉆井液相比成本較低，更加安全環(huán)保，流變性受溫度的影響性較小，對鉆井設備的適應性較強，在遇到井漏問題時易于處理。然而，水基鉆井液的井壁穩(wěn)定性差，熱穩(wěn)定性不高，在遇到高溫時易凝膠化，在鉆井中含有二氧化碳與硫化氫等污染氣體時缺乏抵抗性，潤滑度與防卡能力差，在抑制性與封堵能力方面較不穩(wěn)定。

能否有良好的封堵與抑制能力，保證井壁的穩(wěn)定時水基鉆井液能否用好的關鍵。為解決頁巖的不穩(wěn)定性，可通過鉆井液濾液的減少、維持濾液的高粘度、添加封堵的化學劑等方法來降低頁巖的滲透率。而對于滲透性較低的頁巖，還可用低活度的水基鉆井液的滲透回流以抵消濾液的水力流動的同時強化封堵。

為減少內(nèi)摩阻，加強儲層保護提高水基鉆井液的潤滑性，提高井壁的穩(wěn)定性，可通過采用正電膠聚合物防塌鉆井液、有機鹽聚合醇鉆井液、陽離子乳液聚合物鉆井液、泥頁巖鉆井液等類型的強封堵性、抑制性的鉆井液。

3 國外鉆井液技術

在油基鉆井液與水基鉆井液的選用上，目前大部分地區(qū)的首選依然是油基鉆井液，然而隨著鉆井液技術的不斷發(fā)展與對地層知識的不斷掌握，國外的技術人員對于水基鉆井液的應用方面有了長足的突破。這些新型鉆井液的突破方向圍繞水基鉆井液的抑制性與封堵性為中心，如以甲基葡萄糖甙與聚合醇為主劑的鉆井液、乙二醇-胺-PHPA水基鉆井液等。

在傳統(tǒng)的水基鉆井液中，堵漏劑的增加能對鉆井液的封堵性起到一定強化作用。而目前的堵漏劑并不能完全起到堵漏效果，為此目前國外的最新研究將納米技術引入至鉆井液，能夠在頁巖的地層中有效地發(fā)揮防堵的作用，控制鉆井液向地層中流失。

4 結語

頁巖氣鉆井工程中的鉆井液，目前占據(jù)市場的油基鉆井液與水基鉆井液兩大類型都各自存在其優(yōu)勢與缺點，因此應當規(guī)范對鉆井液的選用，對鉆井液的處理添加劑依據(jù)鉆井工程的實際情況進行正確分析判斷，保持對鉆井液維護處理的科學性，并不斷進行新技術的應用，提高鉆井液的針對性與適應性。

[1]路保平,蘇勤.中國石化海外油氣勘探開發(fā)的工程技術難題與對策[J].石油鉆探技術，2010(05).

[2]王中華.頁巖氣水平井鉆井液技術的難點及選用原則[J].中外能源，2012(04).