一種適用于川渝地區(qū)頁(yè)巖氣高性能水基鉆井液研究

蔣羿黎

（川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)公司，四川 成都 610051）

由于頁(yè)巖的頁(yè)理、層理發(fā)育，存在大量天然的微裂縫薄弱面[1-3]，產(chǎn)狀多變，具有硬脆性，非均質(zhì)性和各向異性強(qiáng)，在長(zhǎng)水平段容易發(fā)生掉塊、垮塌、井漏、高摩阻、托壓等井下復(fù)雜[4-6]，所以通常采用性能優(yōu)良的油基鉆井液，以確保穩(wěn)定井壁、井眼通暢，但是油基鉆井液產(chǎn)生的鉆屑含油量高，通常采用甩干、離心分離回收部分液相，處置費(fèi)用高昂[7-8]。隨著效益開發(fā)頁(yè)巖氣、實(shí)施綠色鉆井等呼聲的提出，開發(fā)一種適用于頁(yè)巖氣水平井，性能與油基鉆井液相當(dāng)?shù)母咝阅芩@井液具有十分重要的意義[9-11]。

本文通過(guò)X 衍射實(shí)驗(yàn)對(duì)威遠(yuǎn)龍馬溪組頁(yè)巖礦物組分及巖石強(qiáng)度分析，提出“封堵-合理抑制-有效潤(rùn)滑”的防塌研究思路；同時(shí)根據(jù)龍馬溪組頁(yè)巖的特征、理化性能，通過(guò)砂床實(shí)驗(yàn)、滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)等優(yōu)選出封堵劑、抑制劑和潤(rùn)滑劑，對(duì)其進(jìn)行體系設(shè)計(jì)。最終設(shè)計(jì)出一種適用于川渝地層條件的高性能鉆井液體系，室內(nèi)評(píng)價(jià)效果顯著，為高性能水基鉆井液替代油基鉆井液提供理論基礎(chǔ)。

1 威遠(yuǎn)頁(yè)巖地層黏土礦物分析

當(dāng)前，國(guó)際上常用X 射線衍射對(duì)頁(yè)巖礦物組分進(jìn)行定量分析，本章的操作方法按中石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SYT5163—2018《沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X 射線衍射分析方法》，采用X-射線衍射儀，對(duì)取自威遠(yuǎn)露頭巖樣、井下的10 個(gè)巖心試樣進(jìn)行分析測(cè)試。

1.1 頁(yè)巖礦物組分分析

從表1 可見：威遠(yuǎn)井下巖樣黏土礦物總量分布在32.87%～39.61%，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布在36.08%～39.64%，脆性礦物總量分布在44.86%～48.05%；威遠(yuǎn)露頭巖樣黏土礦物總量分布在11.02%～55.92%，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布在19.92%～63.89%，脆性礦物總量分布在39.06%～85.50%。威遠(yuǎn)露頭巖樣與威遠(yuǎn)井下巖樣的黏土礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于36%，其中井下巖樣黏土礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)35.94%、露頭巖樣黏土礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)30.24%。威遠(yuǎn)露頭巖樣與威遠(yuǎn)井下巖樣都不含菱鐵礦。

表1 頁(yè)巖樣品礦物成分特征

1.2 頁(yè)巖黏土礦物組分測(cè)試

采用XRD 對(duì)16 個(gè)威遠(yuǎn)井下、露頭巖樣進(jìn)行了黏土礦物組分分析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

從表2 巖樣的黏土礦物相對(duì)含量結(jié)果及分析圖可見：威遠(yuǎn)井下巖樣及露頭巖樣，伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布為50.7%～77.2%；伊/蒙混層質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布為5.0%～36.5%；綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布為10.1%～25.4%；威遠(yuǎn)井下巖樣及露頭巖樣的非膨脹性黏土礦物含量相對(duì)較高，膨脹性黏土礦物含量相對(duì)較低，表現(xiàn)出弱水化膨脹特性；非膨脹性黏土礦物以伊利石為主，相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值大于59%；綠泥石相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值大于11%，無(wú)高嶺石。膨脹性黏土礦物以伊/蒙混層為主，相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值小于22.8%，間層比低于15%，無(wú)蒙脫石。

表2 各巖樣X(jué)RD 黏土礦物分析

1.3 微觀結(jié)構(gòu)分析

圖1 所示為FMI 全井眼地層微電阻率成像儀的掃描結(jié)果，可以看出，取心頁(yè)巖地層裂縫發(fā)育，有部分張性裂縫，深電阻率大于淺電阻率的整幅度差反映了儲(chǔ)層的高角度（垂直）裂縫，深電阻率小于淺電阻率的負(fù)幅度差反映了儲(chǔ)層的低角度（水平）裂縫。

圖1 頁(yè)巖微電阻率掃描成像測(cè)井（FMI）圖

頁(yè)巖的微觀結(jié)構(gòu)分析可以顯示礦物間的定向排列、膠結(jié)程度、孔隙、裂縫的發(fā)育及分布，利用掃描電鏡能在無(wú)損條件下展示巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、組成及缺損，通過(guò)數(shù)據(jù)圖形分析確定高有機(jī)含量區(qū)域。

圖2 為掃描電鏡下的威遠(yuǎn)露頭、井下巖樣的礦物組分賦存形態(tài)以及裂縫以及孔喉發(fā)育的特征。

圖2 威遠(yuǎn)露頭與井下巖樣的礦物組分賦存形態(tài)、層理及孔喉發(fā)育的特征

從圖2 可以看出：無(wú)論是露頭還是井下的頁(yè)巖巖心，結(jié)構(gòu)緊密、壓實(shí)程度高，孔隙和微裂縫發(fā)育好，微裂縫在自然狀態(tài)下開度在5 μm 以上。

為一進(jìn)步驗(yàn)證鉆井液對(duì)巖心的作用，將威遠(yuǎn)龍馬溪頁(yè)巖巖心在井漿中浸泡120 h 后，得到如圖3所示的電鏡掃描結(jié)果，巖心表面出現(xiàn)大量的、呈片狀的微裂縫。

圖3 W1-1-1 浸泡120 h 后頁(yè)巖的掃描電鏡結(jié)果

由于威遠(yuǎn)頁(yè)巖黏土礦物主要由伊利石組成，含有少量的伊/蒙混層，不含易水化膨脹的蒙脫石，表現(xiàn)出來(lái)的特性是在水中很少發(fā)生膨脹和變軟，但是會(huì)水化分散；加上頁(yè)巖層理、裂縫發(fā)育，破壞了巖石的完整性，弱化原巖的力學(xué)性能，從而使得頁(yè)巖在外力作用下極易沿著微裂縫或?qū)永砻嫫骗h(huán)，從而發(fā)生井壁失穩(wěn)。

2 鉆井液浸泡對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度特性的影響研究

為了分析頁(yè)巖在不同鉆井液體系作用下的力學(xué)強(qiáng)度保持能力、特性變化，本研究將對(duì)原巖巖樣和鉆井液作用巖樣進(jìn)行巖石三軸抗壓強(qiáng)度特性測(cè)試。采用6 種鉆井液體系，在同樣的浸泡條件下（溫度為80 ℃，浸泡壓力3.0 MPa，時(shí)間為48 h）對(duì)32塊頁(yè)巖巖樣進(jìn)行浸泡。

2.1 原巖抗壓強(qiáng)度特性

原巖巖樣采用井下巖心，在圍壓30 MPa（巖樣W1-1-1、W1-2-1）下進(jìn)行三軸抗壓試驗(yàn)，試驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖4。

由圖4 可知，在壓力作用下龍馬溪組頁(yè)巖巖樣發(fā)生破裂，破裂面比較完整，形成劈裂式的裂紋，而不是“粉碎狀態(tài)”，呈現(xiàn)顯著的彈-脆性破環(huán)，表明其具有較高的抗壓強(qiáng)度和較強(qiáng)的彈性變形特點(diǎn)。在鉆井過(guò)程中，隨著鉆頭對(duì)巖石的破環(huán)，在井眼周圍形成大量的裂縫，繼而形成大面積的裂縫網(wǎng)。在鉆井液濾液的誘導(dǎo)作用下，地層巖石破裂條數(shù)持續(xù)增加，破裂面越來(lái)越復(fù)雜，復(fù)雜縫網(wǎng)大大降低巖石的強(qiáng)度導(dǎo)致巖屑?jí)K狀剝落，從而引發(fā)井壁失穩(wěn)。

圖4 原巖巖心三軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線及三軸抗壓實(shí)驗(yàn)圖

2.2 鉆井液作用對(duì)巖石力學(xué)特性的影響

為了更好地評(píng)估不同鉆井液體系對(duì)頁(yè)巖巖石強(qiáng)度的影響，分別用6 種鉆井液體系對(duì)實(shí)驗(yàn)巖心進(jìn)行了浸泡，在30 MPa 圍壓下開展三軸抗壓試驗(yàn)。其中1#～4#鉆井液評(píng)價(jià)采用露頭巖心，5#～6#鉆井液采用井下巖心，5#～6#鉆井液浸泡后巖樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5 和圖6 所示。

圖5 鉆井液作用后巖心的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及巖心變形和破壞特征

由圖5 可以看出，井下巖心經(jīng)過(guò)5#、6#鉆井液浸泡后，巖石的變形和破壞規(guī)律同原巖巖心一致，仍然表現(xiàn)出劈裂式而不是粉碎性的破壞，體現(xiàn)了頁(yè)巖彈脆性破壞的特征。采用同樣的方法，將8 塊露頭巖心和2 塊井下巖心在不同的鉆井液體系中浸泡，根據(jù)每組的應(yīng)力-應(yīng)變曲線得到巖心的三軸抗壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，見圖6。

圖6 鉆井液浸泡后的巖心三軸抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)（30 MPa）

在不同的鉆井液體系中，強(qiáng)度的保持能力不一樣；受巖樣非均質(zhì)的影響，6 套體系的差異不太明顯。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，巖心的破裂角度幾乎都在45°以內(nèi)，當(dāng)水平鉆進(jìn)時(shí)，水力壓裂形成的裂縫并不完全垂直于井筒方向。

3 頁(yè)巖氣高性能水基鉆井液室內(nèi)研究

頁(yè)巖井壁失穩(wěn)主要是由于頁(yè)巖層理及微裂縫發(fā)育，鉆井液濾液在壓差作用、毛細(xì)管作用、化學(xué)滲透壓等作用下沿著裂縫侵入巖石，削弱鉆井液液柱壓力對(duì)井壁的支撐作用；同時(shí)由于濾液侵入地層，增加了濾液與黏土顆粒的接觸面，促進(jìn)巖石水化分散，削弱了原巖石強(qiáng)度，從而沿著層理弱面破壞。因此，在設(shè)計(jì)高性能水基鉆井液體系時(shí)，主要考慮鉆井液的強(qiáng)封堵性、合適的抑制性、優(yōu)良的潤(rùn)滑性。

3.1 高性能水基鉆井液核心處理劑優(yōu)選與復(fù)配

3.1.1 封堵劑復(fù)配

本文采用高溫高壓濾失量?jī)?yōu)選封堵劑，其步驟如下：①配制10 L 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的預(yù)水化膨潤(rùn)土漿（室溫下靜置水化24 h）作為實(shí)驗(yàn)基漿。②將實(shí)驗(yàn)用封堵劑分別加入325 mL 基漿中，在溫度120 ℃的高溫滾子爐內(nèi)老化16 h，用高速攪拌器攪拌10 min后，倒入裝有縫板或?yàn)V紙的鉆井液杯，按照高溫高壓濾失儀的操作規(guī)程，設(shè)定測(cè)試溫度為120 ℃，壓差為3.5 MPa，記錄30 min 內(nèi)累計(jì)濾失量，即可得到高溫高壓靜失水。③倒出鉆井液杯中的鉆井液，再在鉆井液杯中緩慢注入95 ℃的熱水至刻度線，在溫度120 ℃，壓差3.5 MPa 的條件下，每隔2 min記錄1 次濾失量，即可得到高溫高壓滲透失水情況。④取出并沖洗濾餅，測(cè)量濾餅厚度，觀察封堵劑對(duì)孔隙和裂縫的封堵情況。

將剛性、柔性封堵劑分別加入到4%的預(yù)水化膨潤(rùn)土基漿中，按照上述實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制高溫高壓累計(jì)濾失量、平均濾失速率、累積濾失體積與時(shí)間的關(guān)系曲線，如圖7 和圖8 所示。

由圖7 和圖8 可知，設(shè)計(jì)配方組合4 較其他組合的實(shí)驗(yàn)漿高溫高壓濾失量更小，趨于恒定的時(shí)間更短，濾失速率降低更快，表現(xiàn)出的封堵效果更好。因此，建議剛性和柔性封堵劑復(fù)配比為3%超細(xì)碳酸鈣（2% 800 目+1% 1 250 目）+3%乳化瀝青。

圖7 超細(xì)碳酸鈣與乳化瀝青累計(jì)濾失量變化

圖8 超細(xì)碳酸鈣與乳化瀝青平均濾失速率變化

3.1.2 抑制性優(yōu)選

本文主要采用膨潤(rùn)土容量實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行抑制劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用清水將硅酸鈉、KCl和聚合醇抑制劑分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的溶液；②以清水作為對(duì)照組，往3 種抑制劑溶液中加入同等質(zhì)量的膨潤(rùn)土，調(diào)節(jié)pH 值為9，高攪20 min 后，在70 ℃下熱滾16 h，測(cè)試實(shí)驗(yàn)漿的流變性；③不斷加入等量的膨潤(rùn)土并調(diào)整其pH 值，同等實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)試流變性，重復(fù)實(shí)驗(yàn)直至測(cè)量不出讀數(shù)為止。

通過(guò)對(duì)比3 轉(zhuǎn)讀數(shù)變化情況來(lái)說(shuō)明清水和三種不同抑制劑溶液抑制膨潤(rùn)土造漿能力，如圖9 所示。

圖9 膨潤(rùn)土容量實(shí)驗(yàn)

由圖10 可以看出：在清水中，隨著膨潤(rùn)土含量的增加，黏土水化膨脹速度加快，3 轉(zhuǎn)讀數(shù)快速增加到超出量程，實(shí)驗(yàn)漿逐漸形成一定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；隨著膨潤(rùn)土含量的增加，加入KCl 的實(shí)漿動(dòng)切力緩慢增加；當(dāng)膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度達(dá)到125 g·L-1時(shí)，動(dòng)切力增加幅度上升，但仍低于聚合醇和硅酸鈉實(shí)驗(yàn)漿的增加幅度。故根據(jù)膨潤(rùn)土容量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇KCl作為頁(yè)巖抑制劑。

3.1.3 潤(rùn)滑劑優(yōu)選

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的潤(rùn)滑劑RH-220、FRH、PPL以及室內(nèi)配制的潤(rùn)滑劑乳液RH150 加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的預(yù)水化膨潤(rùn)土基漿中，采用黏附系數(shù)測(cè)定儀和粘滯系數(shù)測(cè)定儀測(cè)得各實(shí)驗(yàn)組的黏附系數(shù)Kf和黏滯系數(shù)Km，結(jié)果如表3 所示。

表3 實(shí)驗(yàn)潤(rùn)滑劑測(cè)試結(jié)果

從表3 中可以看出：含有潤(rùn)滑劑的實(shí)驗(yàn)組相較于對(duì)照組基漿都表現(xiàn)出了一定程度的潤(rùn)滑能力；室內(nèi)配制的潤(rùn)滑劑乳液RH150 黏附系數(shù)和粘滯系數(shù)最低，較基漿的黏附系數(shù)降低了47.10%，黏滯系數(shù)降低了57.04%。RH150 的流變性和降濾失效果表現(xiàn)最好。故選擇室內(nèi)配制的RH150 乳液作為潤(rùn)滑劑。

3.2 高性能水基鉆井液體系室內(nèi)評(píng)價(jià)

目前，威遠(yuǎn)區(qū)塊上部直井段使用的是鉀聚磺鉆井液體系，配方為：1.5%～2%原礦土+0.1%～0.2%KPAM+1.5%～2%SMP-II+1%～1.5%RSTF+2%～3% 潤(rùn)滑劑+3%～5%KCl。為了更好地利用上部井段的鉆井液同時(shí)又配制出適宜頁(yè)巖龍馬溪地層使用的高性能水基鉆井液，在確定關(guān)鍵處理劑的最佳加量基礎(chǔ)上，初步建立了頁(yè)巖氣高性能水基鉆井液的基本配方為：11.5%原礦土+0.5%NaOH+0.1%～0.2% KPAM +7%～10%KCl+0.6%PAC-LV+4%SMP-Ⅱ+5%RSTF+3%超細(xì)酸鈣（2%800 目+1%1 250 目）+2%NRH+8%～10%RH150+重晶石。下面對(duì)研制的高性能水基鉆井液配方開展室內(nèi)評(píng)價(jià)，以確保其性能能滿足現(xiàn)場(chǎng)鉆井需要。

3.2.1 流變性與失水造壁性評(píng)價(jià)

考慮層理弱面影響下的使龍馬溪組頁(yè)巖保持井壁穩(wěn)定所需水基鉆井液密度為2.04 g·cm-3。現(xiàn)場(chǎng)使用的油基鉆井液密度在2.00 ～2.20 g·cm-3之間，故選用密度為2.20 g·cm-3的高性能水基鉆井液與同區(qū)塊使用的其他鉆井液體系進(jìn)行對(duì)比（其中JFS 為即時(shí)封堵防塌鉆井液體系，油基鉆井液為威遠(yuǎn)水平段使用的國(guó)產(chǎn)油基鉆井液體系），結(jié)果如表4 所示。

表4 不同鉆井液體系性能對(duì)比

從表4 可以看出，室內(nèi)研制的高性能水基鉆井液體系在高密度條件下仍表現(xiàn)出“低黏度低切力”的特性，既利于流變性的控制，又保證了足夠的懸浮攜砂能力，在水平段有利于形成紊流，避免鉆屑堆積形成巖屑床；API 濾失量?jī)H為0.8 mL，即使經(jīng)過(guò)130 ℃高溫老化，HTHP 濾失量也有2.5 mL，表現(xiàn)出幾乎與油基鉆井液相當(dāng)?shù)膬?yōu)良流變性、失水造壁性，明顯優(yōu)于鉀聚磺和JFS 體系。

3.2.2 封堵性能評(píng)價(jià)

采用GGS71-A 型高溫高壓失水儀進(jìn)行體系封堵性能評(píng)價(jià)，將30 g 粒徑為0.43～0.85 mm 的頁(yè)巖巖屑和50 g 粒徑為0.15～0.25 mm頁(yè)巖巖屑粉裝入釜體，刮平端面后沿杯壁緩慢倒入400 mL 的鉆井液，在130 ℃、3.5 MPa 壓差條件下測(cè)試4 種鉆井液體系在30 min 內(nèi)的HTHP 濾失量，結(jié)果如表5 所示。

表5 鉆井液在高溫高壓頁(yè)巖床中的濾失量

從表6-10 中可以看出，高性能水基鉆井液和油基鉆井液的濾失量均為0 mL, 明顯優(yōu)于鉀聚磺和JFS 鉆井液，表現(xiàn)出了近乎與油基鉆井液相當(dāng)?shù)捻?yè)巖床封堵能力。

3.2.3 抑制性能評(píng)價(jià)

為了更好地評(píng)價(jià)高性能水基鉆井液體系的抑制性，采用頁(yè)巖滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)對(duì)威遠(yuǎn)上部地層直井段使用的鉀聚磺鉆井液和同區(qū)塊其他井使用的JFS 鉆井液、油基鉆井液進(jìn)行對(duì)比。

稱取50 g 粒徑為2.0～3.35 mm 的巖屑顆粒，倒入盛有350 mL 的清水、鉀聚磺鉆井液、JFS 鉆井液、高性能鉆井液、油基鉆井液的高溫罐中，在（130±3）℃下熱滾16 h 后冷卻至室溫；按上文所述回收巖屑稱重后，計(jì)算頁(yè)巖（相對(duì)）滾動(dòng)回收率見表6。

表6 頁(yè)巖滾動(dòng)回收率試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可知，高性能水基鉆井液的頁(yè)巖回收率范圍在 96.21%～94.76%，相對(duì)頁(yè)巖回收率可達(dá)98.49%，較油基鉆井液低0.62%，但比鉀聚磺和JFS鉆井液高，體現(xiàn)出高性能水基鉆井液與油基鉆井液相當(dāng)?shù)囊种菩浴＿@除了抑制劑KCl 的作用外，還與室內(nèi)配置的RH150 乳液有關(guān)，雖然RH150 是作為潤(rùn)滑劑使用，但其有效成分中含有可做抑制劑的聚醚二胺，側(cè)鏈上的羥基(-OH)與水分子爭(zhēng)奪黏土顆粒上的吸附位置，在黏土顆粒間形成氫鍵，從而阻止水分子與黏土顆粒的反應(yīng)，達(dá)到抑制頁(yè)巖水化的目的。

3.2.4 潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)

在同樣的條件下按照API 測(cè)試程序測(cè)得鉀聚磺鉆井液、JFS 鉆井液、高性能水基鉆井液和油基鉆井液的極壓潤(rùn)滑系數(shù)、黏附系數(shù)和粘滯系數(shù)，見表7 所示。

從表7 中可以看出，通過(guò)對(duì)不同鉆井液體系的極壓潤(rùn)滑系數(shù)、黏附系數(shù)和粘滯系數(shù)綜合對(duì)比評(píng)價(jià)，高性能水基鉆井液的潤(rùn)滑性接近油基鉆井液，明顯優(yōu)于鉀聚磺鉆井液和JFS 鉆井液。

表7 高性能水基鉆井液潤(rùn)滑性評(píng)價(jià)

這可能與自主配置的RH150 有關(guān)，RH150 中含有特定的基團(tuán)與結(jié)構(gòu)，能在親水的鉆具、濾餅、井壁上形成油膜，在體系內(nèi)部聚集形成微乳液滴，從而將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，降低摩阻。

3.2.5 抗溫性能評(píng)價(jià)

威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣水平井垂深一般為2 800～3 500 m，井底溫度100～130 ℃，對(duì)鉆井液體系的抗溫性能要求較高，因此測(cè)試高性能水基鉆井液在100～150 ℃之間的抗溫能力，測(cè)試結(jié)果見表8 所示。

表8 高性能水基鉆井液抗溫性能評(píng)價(jià)

通過(guò)表8 可知，當(dāng)溫度不超過(guò)130 ℃時(shí)，高性能水基鉆井液體系的性能保持穩(wěn)定，隨著溫度的逐漸升高，粘切呈現(xiàn)出降低到緩慢升高的過(guò)程，而HTHP濾失量也從降低到一定程度后開始升高。當(dāng)溫度達(dá)到150 ℃時(shí)，體系的粘切力、HTHP 濾失量發(fā)生突變，這表明該體系抗溫可達(dá)130 ℃，能夠滿足威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣水平井對(duì)鉆井液高溫能力的要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

威204H11-X 井鉆至四開3 079.53 m 時(shí)轉(zhuǎn)換為高性能水基鉆井液體系，轉(zhuǎn)化初期井下存在少量掉塊，經(jīng)循環(huán)調(diào)整性能，恢復(fù)正常鉆井后井壁穩(wěn)定。繼續(xù)鉆至井深4 980.5 m 時(shí)起鉆遇阻卡，通過(guò)拉劃井壁、配合高密度重漿舉砂清潔井筒，攜帶出少量掉塊，后提高鉆井液密度2.18 g·cm-3順利鉆至設(shè)計(jì)井深完鉆。完井作業(yè)期間通井正常，四開進(jìn)尺2 478.6 m，純鉆時(shí)間290 h，機(jī)械鉆速6.55 m·h-1，井徑擴(kuò)大率5.70%，井眼規(guī)則、穩(wěn)定，與使用油基鉆井液的相鄰井相當(dāng)，機(jī)械鉆速有明顯優(yōu)勢(shì)，儲(chǔ)層鉆遇率高，說(shuō)明該井段采用的高性能水基鉆井液體系能夠滿足井下鉆井的需要。

5 結(jié) 論

1）威遠(yuǎn)龍馬溪組頁(yè)巖黏土礦物以伊利石為主，含伊/蒙混層礦物，無(wú)蒙脫石：水敏性弱，屬于低水化膨脹性頁(yè)巖，巖石表面呈現(xiàn)兩親性；壓實(shí)程度高、結(jié)構(gòu)緊密，微裂縫發(fā)育，易因流體浸入而導(dǎo)致層間剝離失穩(wěn)的；威遠(yuǎn)龍馬溪組頁(yè)巖無(wú)論是井下還是露頭巖心，滲透性都極低；巖心的密度大，在水平段鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)注意提高鉆井液體系懸浮攜砂的能力。

2）龍馬溪組頁(yè)巖具有抗壓強(qiáng)度高和彈性變形強(qiáng)的特點(diǎn)，表現(xiàn)出脆性劈裂破壞的特征，因此頁(yè)巖氣用水基鉆井液需要具有一定的封堵性和抑制性，以減少對(duì)頁(yè)巖巖石強(qiáng)度的影響，利于維護(hù)井壁的穩(wěn)定。從而提出了“強(qiáng)化封堵-合理抑制”，封堵與抑制協(xié)同作用的水基鉆井液防塌技術(shù)思路。

3）采用“強(qiáng)化封堵-合理抑制-有效潤(rùn)滑”的多元協(xié)同的思路，在上部井段使用的鉀聚磺鉆井液體系基礎(chǔ)上對(duì)關(guān)鍵處理劑優(yōu)選確定加量，通過(guò)大量的室內(nèi)配伍、復(fù)核實(shí)驗(yàn)，最終確定頁(yè)巖氣高性能水基鉆井液的基本配方為：11.5%原礦土+0.5%NaOH+0.1%～0.2 % KPAM+7%～10 % KCl+ 0.6 %PAC-LV+ 4%SMP-Ⅱ+5%RSTF+3%超細(xì)酸鈣（2%800 目+1%1 250 目）+2%NRH+8%～10%RH150+重晶石。通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，該體系可抗溫130 ℃、適用密度可達(dá)2.20 g·cm-3，具有與油基鉆井液相當(dāng)?shù)姆舛隆⒁种颇芰?，?rùn)滑性能優(yōu)良，流變性穩(wěn)定。