頁巖水平段水基鉆井液技術(shù)

劉浩冰，趙素娟，陳長(zhǎng)元，羅志剛

頁巖水平段水基鉆井液技術(shù)

劉浩冰，趙素娟，陳長(zhǎng)元，羅志剛

（湖北省潛江市江漢石油工程公司鉆井一公司，湖北 潛江 433121）

龍馬溪-五峰組頁巖地層頁巖脆性礦物含量高，微納米級(jí)孔隙裂縫和層理發(fā)育，常規(guī)水基鉆井液無法滿足鉆進(jìn)需要，針對(duì)龍馬溪五峰組頁巖裂縫發(fā)育等特性，提出吸附封堵提高承壓，強(qiáng)抑制強(qiáng)潤(rùn)滑三管其下形成減弱水基鉆井液對(duì)頁巖強(qiáng)度弱化影響長(zhǎng)效機(jī)制，構(gòu)建了JHGWY-1高性能水基鉆井液，該體系具有較好的封堵性，160 ℃熱滾后保持良好的流變和低失水量，具備較強(qiáng)的抗污染能力，在涪陵焦頁××井等3口井三開代替油基鉆井液應(yīng)用，在三開鉆、完井過程中，該體系表現(xiàn)出良好的封堵性、潤(rùn)滑性及及時(shí)封堵裂縫抑制裂縫擴(kuò)展的能力，完井作業(yè)順利，固井質(zhì)量良好，說明該水基鉆井液能夠滿足涪陵頁巖區(qū)塊鉆完井工程需要。

鉆完井作業(yè)； 水基鉆井液；頁巖水平段

頁巖水平段水基鉆井液俗稱高性能水基鉆井液因環(huán)保良好，價(jià)格低廉，代替油基鉆井液是大勢(shì)所趨，國(guó)內(nèi)外各大油服公司試圖研發(fā)實(shí)現(xiàn)水代油，目前各大油田各區(qū)塊已有成功應(yīng)用水基鉆井液的案例[1]，油基鉆井液以自身良好的潤(rùn)滑和抑制性，一直是水平段首選鉆井液[2]，但它環(huán)保壓力大，成本高?；诃h(huán)保法規(guī)和經(jīng)濟(jì)性的要求，亟需開發(fā)可取代油基的環(huán)保型水基鉆井液，國(guó)內(nèi)外各大油服公司試圖研發(fā)實(shí)現(xiàn)水代油，目前各大油田各區(qū)塊已有成功應(yīng)用水基鉆井液的案例[3]，但是由于水基鉆井液應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)偏高，容易造成井壁失穩(wěn)、垮塌、卡鉆等事故，國(guó)內(nèi)各大油田在應(yīng)用上慎之又慎，因此水基鉆井液的推廣收到限制和約束，本文通過分析頁巖區(qū)塊特性和存在的技術(shù)難點(diǎn)，提出相應(yīng)水基鉆井液技術(shù)對(duì)策，研制了配套的高性能水基鉆井液JHGWY-1體系，該體系在三口井的應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的潤(rùn)滑性、抑制性和封堵性，三口井施工順利，說明該體系可滿足頁巖水平段的鉆進(jìn)需要。

1 五峰-龍馬溪組頁巖礦物分析

五峰-龍馬溪組頁巖黏土礦物主要以伊/蒙混層和伊利石為主，且伊/蒙混層中混層比非常低，幾乎全部為伊利石，膨脹性較強(qiáng)的蒙脫石含量極少，因此五峰-龍馬溪組頁巖總體活性較弱，膨脹性較差。下面幾組圖顯示五峰-龍馬溪頁巖裂縫層理發(fā)育明顯。

圖1 焦頁×井非組構(gòu)選擇性裂縫氬離子拋光掃描電鏡圖

圖2 焦頁×井組構(gòu)選擇性微裂縫氬離子拋光掃描電鏡圖

綜上所述，微裂縫發(fā)育、硬脆性頁巖、伊蒙混層黏土礦物是影響巖石水化前后強(qiáng)度變化的主要內(nèi)在因素。

2 水基鉆井液對(duì)策

因此基于微納米尺度和宏觀頁巖井壁失穩(wěn)機(jī)理分析，提出多元協(xié)同、及時(shí)強(qiáng)封堵與強(qiáng)抑制相協(xié)同水基鉆井液技術(shù)對(duì)策。

（1）提高封堵強(qiáng)化：龍馬溪組泥頁巖含微裂縫，要求水基鉆井液具有較強(qiáng)的防漏封堵能力，采用微納米封堵劑及時(shí)對(duì)微裂縫進(jìn)行封堵；

（2）強(qiáng)化潤(rùn)滑減阻：在水平段施工時(shí)隨著水平段的延伸，磨阻和扭矩逐步增大，水基鉆井液需具有優(yōu)異的降摩減阻效果，采用長(zhǎng)鏈醇胺酯類潤(rùn)滑劑提高潤(rùn)滑減阻性；

（3）強(qiáng)化抑制性：加入強(qiáng)抑制劑和包被劑，抑制表面水化和滲透水化，保持井壁穩(wěn)定。

圖3 納米接枝顆粒吸附頁巖裂縫封堵

3 JHGWY-1水代油水基鉆完井液及其性能評(píng)價(jià)

利用微納米封堵劑吸附封堵、長(zhǎng)效潤(rùn)滑與強(qiáng)抑制相結(jié)合的水基鉆井液技術(shù)對(duì)策，有效保持頁巖穩(wěn)定，通過對(duì)核心處理劑的嚴(yán)選，構(gòu)建了高性能水基鉆井液配方，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，該體系表現(xiàn)出較好的封堵、抑制、潤(rùn)滑，流變及抗污染等性能。

圖4 納米封堵劑粒徑分布圖

3.1 JHGWY-1體系封堵性能評(píng)價(jià)

體系中核心處理劑納米吸附封堵劑的粒徑范圍主要在60～800 nm之間，可實(shí)現(xiàn)對(duì)頁巖納米裂縫孔隙的有效封堵。

鉀基聚合物鉆井液和高性能水基鉆井液均在50 ℃條件下熱滾2 h，用FA型無滲透濾失量測(cè)定儀測(cè)試，對(duì)比在（20～40）目石英砂床中的漏失和滲入情況。

表1 體系封堵性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)圖片見圖5、圖6。

圖5 回收巖心

（巖心顆粒較小但棱角分明）

圖6 砂床實(shí)驗(yàn)封堵性良好

（最大侵入深度1.3 cm）

由上圖表可知：砂床實(shí)驗(yàn)封堵性良好（最大侵入深度1.3 cm）。

3.2 JHGWY-1體系抗鹽、抗石膏、抗巖屑污染性能評(píng)價(jià)

分別對(duì)該體系進(jìn)行鹽、石膏、巖屑污染評(píng)價(jià)，性能如表2。

結(jié)論：通過以上室內(nèi)研究得出室內(nèi)研究的頁巖氣JHGWY-1高性能水基鉆井液體系在密度1.38～2.03 g/cm3范圍內(nèi)具有良好的流變性，對(duì)頁巖裂縫孔隙有很好的封堵能力，抑制性強(qiáng)，頁巖回收率達(dá)到99%，潤(rùn)滑性能良好，沉降穩(wěn)定性佳，可抗鹽15%以上，抗鈣5%，抗8%鉆屑污染，抗溫150 ℃?？傮w性能接近油基鉆井液。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

焦頁×井三開五峰-龍馬溪組地層采用JHGWY-1高性能水基鉆井液鉆進(jìn)，造斜點(diǎn)井深：2 330 m A靶點(diǎn)井深：3 080 m，水平段長(zhǎng)：1 570 m。完井、下套管順利，固井質(zhì)量?jī)?yōu)良。

表2 頁巖氣JHGWY-1高性能水基鉆井液抗污染評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

圖7 高性能水基流型良好

該井三開鉆進(jìn)工程中JHGWY-1水基鉆井液流變性能良好，該體系對(duì)井壁穩(wěn)定起到了很好的效果。在鉆井施工過程中，以物理封堵和化學(xué)防塌相結(jié)合，根據(jù)井下情況控制合適的密度，盡可能的降低鉆井液的濾失量（API濾失量控制在2.0 mL以內(nèi)，高溫高壓濾失量控制在7 mL以內(nèi)），提高和改善泥餅質(zhì)量，減少鉆井液濾液進(jìn)入地層，起到了很好的防塌和穩(wěn)定井壁的效果。應(yīng)用證明該體系流變性好，懸浮攜帶性能強(qiáng)。

5 結(jié)論

JHGWY-1高性能水基鉆井液在鉆井施工中性能穩(wěn)定，流變性良好，攜巖返砂正常，潤(rùn)滑性良好，無掉塊，起下鉆、下套管和固井施工作業(yè)均比較順利。這表明研制的高性能水基鉆井液完全滿足頁巖氣各項(xiàng)正常鉆井需要，具備水替油能力，可在同類井推廣應(yīng)用，為頁巖氣開發(fā)鉆井用鉆井液提供選擇空間和新的思路。

［1］JULIOCM,ERICVO,RICARDOB,etal.Using a low-salinity high-performance water-based drilling fluid for improved drilling performance in Lake Maracaibo[C]. SPE-110366-MS, 2007.

［2］何恕，李勝，王顯光，等. 高性能油基鉆井液的研制及在彭頁3HF井的應(yīng)用[J]. 鉆井液與完井液，2013, 30（5）：1-4.

［3］孫金聲，劉敬平，閆麗麗，等. 國(guó)內(nèi)外頁巖氣井水基鉆井液技術(shù)現(xiàn)狀及中國(guó)發(fā)展方向［J］.鉆井液與完井液, 2016, 33 (5).

Water Based Drilling Fluid Technology for Shale Horizontal Section

,,,

（The First Drilling Branch of Sinopec Jianghan Oilfield Service Corporation, Hubei Qianjiang 430211, China）

Longmaxi-Wufeng formation has high content of brittle minerals in shaleand the development of micro/nano-scale pore fractures and stratification, so conventional water-based drilling fluid cannot meet drilling requirements.Based on shale fracture development characteristics,high-performance water-based drilling fluid JHGWY-1 was developed.The system has good rheology, low water loss and strong anti-pollution ability after 160 ℃ hot rolling. The high-performance water-based drilling fluid JHGWY was successfully used in the third open section of three wells in Fuling work area instead of oil-based drilling fluid.The drilling and completion operation were smooth, which met the needs of the third opening and completion project of the well.

drilling and completion fluids; water-based drilling fluid; shale horizontal section

2019-10-09

劉浩冰（1981-），男，高級(jí)工程師，河南省許昌市人，2005年畢業(yè)于北京石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事鉆井液技術(shù)研究及應(yīng)用工作。

趙素娟（1984-），女，工程師，碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事鉆井液技術(shù)研究工作。

TQ016

A

1004-0935（2020）01-0116-03