威遠頁巖氣鉆井液技術(shù)實踐與認識

劉 宏 宇

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院， 盤錦 124000)

頁巖氣藏屬于非常規(guī)氣藏，儲層致密、孔滲條件差，運用水平井鉆井和大規(guī)模體積壓裂技術(shù)可以使頁巖氣藏得到高效開發(fā)[1]。頁巖儲層微裂縫及層理發(fā)育，在鉆井過程中可能會出現(xiàn)井塌、縮徑、井漏等井下復(fù)雜情況，對鉆井液的井壁穩(wěn)定性、潤滑性和井眼清潔能力要求較高[2-3]。鉆井液技術(shù)是關(guān)系頁巖儲層鉆井成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一。本次研究是在威遠頁巖氣開發(fā)實踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)頁巖氣工廠化鉆井過程中油水基泥漿倒換流程，探討適合本地區(qū)頁巖氣開發(fā)的鉆井液技術(shù) 。

1 頁巖氣儲層鉆井液技術(shù)難點

頁巖儲層黏土礦物含量一般較高，易水化膨脹，其極大的膨脹壓容易引起井壁巖石剝落[4-6]，從而產(chǎn)生井下復(fù)雜井況。頁巖儲層一般脆性較好，天然裂縫及微裂縫發(fā)育，在鉆井過程中易產(chǎn)生漏失現(xiàn)象，所用鉆井液需要具有良好的封堵能力。

頁巖儲層屬于低孔隙度、極低滲透率氣藏，必須通過水平井大規(guī)模壓裂技術(shù)才能實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)。國內(nèi)頁巖氣區(qū)塊水平井的水平段長度通常為1 500 ～ 2 000 m，較長的水平段使得鉆井過程中鉆柱的摩阻扭矩加大，因而鉆井液須具有良好的潤滑性以降低鉆柱與井壁巖石的摩擦力。此外，較長的水平段還使得巖屑在重力作用下向井眼下的井壁聚集，容易在水平段形成巖屑床，井眼清潔困難，因而鉆井液還須具有良好的攜巖能力。

如何解決井壁穩(wěn)定、降摩阻和巖屑清除等問題，有效保護儲層，是頁巖氣鉆井液技術(shù)研究的重要內(nèi)容[7-8]。

2 威遠頁巖氣鉆井液技術(shù)

自2014年以來，威遠頁巖氣區(qū)塊的開發(fā)取得了重大進展，摸索出了一套適合該地區(qū)頁巖氣工廠化鉆井作業(yè)的鉆井液倒換方式與技術(shù)體系，滿足了頁巖氣開發(fā)的需求。

2.1 水基鉆井液與油基鉆井液批量倒換

對水基鉆井液與油基鉆井液進行批量倒換，提高作業(yè)效率。威遠頁巖氣井部署當中采用了叢式井組，一般每個平臺上有6口井，分為上半支和下半支(見圖 1)。

圖1 威遠頁巖氣叢式井組示意圖

工廠化鉆井作業(yè)采用“三同步”模式，即雙鉆機同步進場、同步安裝、同步開鉆的鉆井模式。威遠頁巖氣水平井多采用“三開三完”的模式，每臺鉆機完成各自半支的3口井作業(yè)。根據(jù)地質(zhì)條件及儲層特征，在直井段和造斜段一般采用水基鉆井液，水平井段為了防止頁巖層失穩(wěn)[9-10]而大多采用油基鉆井液。據(jù)此模式設(shè)計了水基油基鉆井液倒換標準流程(見圖 2)。鉆機首先完成3口井的一開作業(yè)，隨后倒換氯化鉀鉆井液繼續(xù)進行二開作業(yè)，待3口井二開作業(yè)都結(jié)束后，將鉆井液統(tǒng)一換為油基鉆井液，直至3口井完井作業(yè)結(jié)束。這種方式減少了水基和油基轉(zhuǎn)換、固井候凝、完井作業(yè)、倒換鉆具、鉆機等停等時間，平均單井可節(jié)約時間10 d，極大地提高了作業(yè)效率。

圖2 威遠頁巖氣水基油基鉆井液倒換標準流程圖

2.2 鉆井液技術(shù)持續(xù)優(yōu)化

鉆井液技術(shù)持續(xù)優(yōu)化，形成適合威遠頁巖氣開發(fā)的鉆井液技術(shù)模版(見表1)。經(jīng)過實踐探索，形成了一套適合威遠地區(qū)頁巖氣開發(fā)的鉆井液技術(shù)。針對表層可能存在竄漏的情況，采用聚合物無固相鉆井液，并儲備足量的堵漏材料，做好防漏堵漏措施。

表1 威遠頁巖氣鉆井液技術(shù)模版

二開井段整體采用氯化鉀聚磺鉆井液，根據(jù)鉆遇地層隨時調(diào)整優(yōu)化鉆井液性能，鉆遇的雷口坡組、嘉陵江組地層為灰?guī)r、云巖和石膏，要求鉆井液具有防膏鹽污染和防漏性能。鉆遇的龍?zhí)督M由鋁土質(zhì)泥巖組成，易垮塌，要求鉆井液具有強抑制、強封堵防塌性能以及適當?shù)你@井液密度。二開井段中有多層氣層，且茅口組、棲霞組含H2S，茅口 — 棲霞組為井漏頻發(fā)層，所用鉆井液應(yīng)具備防H2S性能，同時應(yīng)做好防漏、堵漏措施。

龍馬溪組為頁巖氣水平井的目的層段，水平井裸眼段距離和鉆井時間較長，鉆具摩阻扭矩較大。采用的油基鉆井液更具有良好的流變性能和攜砂性，以及強抑制性、強封堵性、高潤滑性、低摩阻值、低濾失量和良好的造壁性。

2.3 鉆井液回收利用技術(shù)

在頁巖氣開發(fā)過程中，形成了一套鉆井液回收利用技術(shù)，達到了清潔生產(chǎn)的目的。在同一井組用儲備罐分類回收水基和油基鉆井液，各井重復(fù)利用，以降低鉆井液成本。同時現(xiàn)場配備鉆屑不落地裝置，油基巖屑油含量至少控制在10%左右，回收巖屑吸附的油基鉆井液。建立鉆井液回收處理站，實現(xiàn)區(qū)域鉆井液統(tǒng)一集中管理，批量綜合回收再利用，油基鉆井液回收利用率達80%以上。

巖屑無害化處理主要步驟為：(1) 現(xiàn)場配備鉆屑清潔裝置處理；(2) 中心處理站生物降解處理，由專業(yè)公司負責(zé)，可將巖屑含油量控制在2%以下，滿足環(huán)保要求。

2.4 高性能水基鉆井液試驗

針對油基鉆井液成本高及環(huán)保壓力大的問題，在區(qū)塊內(nèi)10余口水平井進行了高性能水基鉆井液試驗應(yīng)用。鉆井液的抑制封堵性、潤滑性、流變性等性能達到或類似油基鉆井液性能指標，在減輕環(huán)保壓力、提升固井質(zhì)量、提高機械鉆速、減少處理費用等方面具有優(yōu)勢。

3 結(jié) 語

鉆井液技術(shù)是關(guān)系頁巖儲層鉆井成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一，如何解決井壁穩(wěn)定、降摩阻和巖屑清除等問題，并有效保護儲層，是頁巖氣鉆井液技術(shù)的關(guān)鍵。針對頁巖儲層鉆井液技術(shù)難點，經(jīng)過實踐總結(jié)優(yōu)化威遠頁巖氣鉆井液技術(shù)，摸索出了一套適合本地區(qū)的鉆井液技術(shù)模版。高性能水基鉆井液在頁巖氣水平井的成功應(yīng)用，突破了開發(fā)過程中環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展等方面的技術(shù)瓶頸，將成為頁巖儲層鉆井液發(fā)展的新方向。