頁(yè)巖氣水平井高密度白油基鉆井液體系研究與應(yīng)用

張冬明

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163000）

頁(yè)巖氣作為非常規(guī)資源的重要組成部分，具有巨大的資源潛力，已成為當(dāng)前能源開發(fā)的重點(diǎn)。由于頁(yè)巖地層微裂縫發(fā)育，巖石膠結(jié)性差、層理薄，容易發(fā)生井壁剝落和垮塌等復(fù)雜。與此同時(shí)，長(zhǎng)寧地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層異常高壓，高密度鉆井液體系沉降穩(wěn)定性與流變性控制間的矛盾尤為突出，極大限制了鉆井液體系的攜巖能力。為此，筆者針對(duì)長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣地層的上述難題，開展關(guān)鍵處理劑研究與評(píng)價(jià)，形成了適用于長(zhǎng)寧地區(qū)頁(yè)巖地層的高密度白油基鉆井液體系?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，該體系表現(xiàn)出良好的防塌效果和攜巖能力，綜合性能滿足頁(yè)巖地層長(zhǎng)水平段水平井鉆井需求。

1 高密度白油基鉆井液體系研究

為滿足長(zhǎng)寧地區(qū)環(huán)保及鉆井需求，體系的研發(fā)重點(diǎn)是在優(yōu)選環(huán)保型基礎(chǔ)油和保證加重材料沉降穩(wěn)定的同時(shí)，盡可能降低體系的整體粘度，提高抗污染能力。另外，強(qiáng)化體系的防塌能力，實(shí)現(xiàn)體系對(duì)頁(yè)巖地層的有效封堵，保證井壁穩(wěn)定。

1.1 基礎(chǔ)油優(yōu)選

柴油的芳烴含量可達(dá)20%以上，運(yùn)動(dòng)粘度3～8mm2/s，輕質(zhì)白油的芳烴含量0.5%～5%，運(yùn)動(dòng)粘度2～5mm2/s，相對(duì)于柴油，輕質(zhì)白油具有更低的芳烴含量和運(yùn)動(dòng)粘度，更加符合長(zhǎng)寧地區(qū)的環(huán)保要求和高密度鉆井液體系的粘度限制。通過(guò)開展不同運(yùn)動(dòng)粘度白油與2.0g/cm3密度鉆井液體系配伍性評(píng)價(jià)，以體系低粘高切為目標(biāo)，最終優(yōu)選出了運(yùn)動(dòng)粘度3.0mm2/s 的W1-110輕質(zhì)白油作為基礎(chǔ)油，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 輕質(zhì)白油對(duì)高密度體系流變性影響

1.2 關(guān)鍵處理劑優(yōu)選

針對(duì)白油芳香烴含量低，乳化劑對(duì)白油的乳化效果相對(duì)較差的問(wèn)題，研選了兼具主乳、輔乳、潤(rùn)濕功能的三合一乳化劑SCHR 作為體系核心處理劑，該乳化劑在白油中的乳化率達(dá)到98%，其潤(rùn)濕能力還可改善加重材料的表面親油性，有效解決了高密度白油基鉆井液體系破乳電壓低、加重材料分散性差的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。室內(nèi)評(píng)價(jià)表明，在高密度白油基鉆井液體系中，隨著乳化劑SCHR加量的增加，體系破乳電壓逐漸升高，并且隨著加重材料的有效分散，體系的高溫高壓濾失性也得到有效改善。

為保證高密度鉆井液體系的沉降穩(wěn)定性，提高有機(jī)土加量是最為有效的方法，但大量的加重材料將導(dǎo)致體系粘度和切力急劇增大，流變性控制困難。為此，優(yōu)選了在白油中膠體率可達(dá)88%的高效有機(jī)土HOYT，配合乳化劑對(duì)加重材料的潤(rùn)濕效果，使得有機(jī)土加量在0.5%情況下即可保證2.0g/cm3密度體系靜止72h無(wú)沉降，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 有機(jī)土加量對(duì)體系流變性的影響

通過(guò)評(píng)價(jià)封堵材料對(duì)體系高溫高壓濾失量和泥餅滲透率的影響，優(yōu)選出了親油性復(fù)合封堵材料FHCM與剛性封堵材料TG-2，兩種材料對(duì)泥餅滲透率的降低率分別是81.9%和91.9%，可有效提高泥餅質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高密度鉆井液體系的超低濾失，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 封堵劑對(duì)濾失量和泥餅滲透率的影響

1.3 體系配方

以低粘、低濾失、無(wú)沉降為目標(biāo)，最終形成了密度2.0g/cm3的白油基鉆井液體系配方：輕質(zhì)白油+5%三合一乳化劑+1%有機(jī)土+3%降濾失劑+2%CaO+3%封堵劑+30%CaCl2水溶液+重晶石（油水比85∶15）。

2 高密度白油基鉆井液性能評(píng)價(jià)

2.1 高溫高壓流變性

利用Fan ix77 型全自動(dòng)高溫高壓流變儀模擬不同井深對(duì)應(yīng)的井底溫度和地層壓力，對(duì)密度2.0g/cm3體系進(jìn)行流變性評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4，該體系在高溫高壓條件下依然保持低粘高切良好的流變特性。

表4 高密度體系高溫高壓流變性評(píng)價(jià)

2.2 抗污染性

參照《川渝頁(yè)巖氣水平井油基鉆井液技術(shù)規(guī)范》中的性能要求，開展密度2.0g/cm3白油基鉆井液體系抗污染性評(píng)價(jià)。隨著鹽水和巖屑粉加量的增加，體系粘度與切力均有所增加，受AV≤90mPa·s和G10min＜15Pa的限制，該體系最終可抗土侵20%、鹽水侵20%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2，體系整體性能未發(fā)生明顯惡化，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，具有較好的抗污染能力。

2.3 封堵性評(píng)價(jià)

針對(duì)長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣地層的地質(zhì)條件，利用Fan 滲透性堵漏測(cè)試儀在150℃、壓差3.5MPa條件下，開展不同孔縫尺寸低滲砂盤封堵性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，以證鉆井液體系對(duì)地層孔縫的封堵效果，數(shù)據(jù)見表5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高密度白油基鉆井液體系在高溫高壓條件下可對(duì)10～100μm孔縫形成有效封堵。

表5 高密度體系低滲砂盤封堵性評(píng)價(jià)

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

高密度白油基鉆井液在長(zhǎng)寧地區(qū)YG-204井開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，鉆探目的是開發(fā)龍馬溪組頁(yè)巖氣產(chǎn)能，地層巖性以頁(yè)巖為主，完鉆井深5751m，垂深3841m，水平段長(zhǎng)1551m，井底實(shí)測(cè)溫度148℃，鉆井液性能如表6所示。該井水平段施工過(guò)程中，為配合物探地震施工，連續(xù)等停15d，并且為防止信號(hào)干擾，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間開泵循環(huán)，在此期間未發(fā)生重晶石沉降和鉆井液性能惡化等問(wèn)題，驗(yàn)證了高密度白油基鉆井液體系良好的流變特性和高溫穩(wěn)定性。該井電測(cè)、下套管一次性到底，平均井徑擴(kuò)大率為10.48%，其出色封堵防塌能力和攜巖能力能夠滿足頁(yè)巖地層長(zhǎng)水平段水平井的的鉆井施工需求。

表6 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液體系實(shí)際性能

4 結(jié)論

（1）針對(duì)長(zhǎng)寧地區(qū)頁(yè)巖氣地層的鉆井液施工難點(diǎn)，研選了環(huán)保型基礎(chǔ)油、三合一乳化劑等配套處理劑，并形成了一套高密度白油基鉆井液體系；

（2）高密度白油基鉆井液體系在2.0g/cm3密度條件下具有較好的流變性、乳化穩(wěn)定性、封堵防塌和抗污染能力，解決了體系破乳電壓低和流變性控制困難的難題；

（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，高密度白油基鉆井液體系憑借優(yōu)異的封堵能力和流變特性，能夠解決頁(yè)巖氣水平井井壁穩(wěn)定性差、攜巖困難等技術(shù)難題，綜合性能滿足長(zhǎng)寧地區(qū)頁(yè)巖氣地層的鉆井需求。