高溫高密度油基鉆井液在四川盆地頁巖氣井中的應(yīng)用

侯為民 (中石化江漢石油工程有限公司鉆井二公司，湖北 武漢 430206)

汪夯志 (荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000)

自2014年9月起，在四川盆地探明涪陵、威遠(yuǎn)、長寧、威榮等整裝頁巖氣田，頁巖氣累計(jì)新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量突破萬億立方米，產(chǎn)能達(dá)135×108m3，累計(jì)產(chǎn)氣225.80×108m3[1,2]。然而，龍馬溪-五峰組多以硬脆性泥頁巖為主，其微裂隙、裂縫發(fā)育，具有井底溫度高、地層壓力系數(shù)高等特點(diǎn)，施工過程中會(huì)遇到如鉆井液性能不穩(wěn)定、井壁失穩(wěn)等難題，為此，在四川盆地頁巖氣井中開展了高溫高密度油基鉆井液應(yīng)用研究。

1 技術(shù)對策

1.1 解決黏度和破乳電壓的突變問題

1)研發(fā)新一代潤濕反轉(zhuǎn)劑，改善體系的潤濕性和穩(wěn)定性。

2)研發(fā)長時(shí)間耐高溫抗污染的新型材料，如降濾失劑和封堵劑等，使體系在長周期作業(yè)中性能穩(wěn)定。

3)保持油基鉆井液內(nèi)相中水相含量及氯化鈣的低質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

4)鉆井過程中提高鉆井液密度過程的把控和預(yù)處理。

1.2 解決井壁失穩(wěn)問題

1)調(diào)整合適的鉆井液密度和流變性。觀察振動(dòng)篩注意返砂量與返砂巖性、形狀等，根據(jù)返砂情況對鉆井液性能進(jìn)行調(diào)整。

2)采用納微米封堵劑對微裂隙形成有效的支撐和填充，提高鉆井液的封堵防塌性能[3]。

3)控制鉆井液水相活度低于地層水活度，防止地層中的黏土礦物因水化、膨脹、分散而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)[4]。

2 室內(nèi)評價(jià)

2.1 潤濕反轉(zhuǎn)劑

油基鉆井液體系中主乳化劑和輔乳化劑自帶潤濕功能，在早期涪陵區(qū)塊中低密度(1.3～1.9g/cm3)油基鉆井液作業(yè)中能保持良好的性能，但在四川盆地頁巖氣區(qū)塊高密度(≥2.0g/cm3)油基鉆井液的應(yīng)用中存在乳化劑潤濕性不足的現(xiàn)象[5～7]。為此，筆者自行研發(fā)了新一代潤濕反轉(zhuǎn)劑。當(dāng)大量的重晶石和鉆屑等親水性的固體顆粒侵入油基鉆井液時(shí)，潤濕反轉(zhuǎn)劑可使其顆粒表面迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐瘢夷茌^好地懸浮在油相中，滿足鉆井施工過程中提高密度和抗固相侵污的要求[8～10]。潤濕反轉(zhuǎn)劑的室內(nèi)評價(jià)數(shù)據(jù)如表1所示。加入潤濕反轉(zhuǎn)劑熱滾后，動(dòng)切力保持較低，黏度相對穩(wěn)定，破乳電壓較高。

表1 乳化劑和潤濕反轉(zhuǎn)劑對油基鉆井液性能的影響

注：NΦ6、NΦ3分別為六速黏度計(jì)上6、3r/min的讀數(shù)；油基鉆井液密度為2.2g/cm3；配方中的百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。下同。

2.2 新型降濾失劑

在基漿中加入降濾失劑HIFLO-2，評價(jià)結(jié)果如表2所示。熱滾前常規(guī)降濾失劑HIFLO-1對油基鉆井液性能影響不大，長時(shí)間熱滾后出現(xiàn)了明顯的增稠和降破乳電壓的現(xiàn)象。但加入降濾失劑HIFLO-2后，長時(shí)間熱滾后增稠和降破乳電壓的現(xiàn)象均得到有效遏制。

2.3 水相中CaCl2

針對高溫高密度油基鉆井液水相中CaCl2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了評價(jià)試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。25% CaCl2鹽水配制的油基鉆井液遇鉆屑侵污后，長時(shí)間老化增稠明顯，破乳電壓下降。15% CaCl2鹽水配制的油基鉆井液遇鉆屑侵污后，長時(shí)間老化黏度穩(wěn)定，且破乳電壓穩(wěn)定上升。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 施工工藝

先泵入6m3隔離液，然后泵入油基鉆井液，小排量將隔離液頂替出鉆頭后，大排量循環(huán)頂替，連續(xù)作業(yè)直至隔離液返出井口。轉(zhuǎn)換油基鉆井液結(jié)束后，大排量循環(huán)2個(gè)循環(huán)周以上，在充分剪切和循環(huán)油基鉆井液后，再測量鉆井液各項(xiàng)性能，優(yōu)化調(diào)節(jié)至滿足鉆井設(shè)計(jì)要求。

表3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)CaCl2對油基鉆井液性能的影響

3.2 維護(hù)措施

①考慮到地層壓力的升高，轉(zhuǎn)漿后應(yīng)盡量降低鉆井液的黏度，預(yù)留足夠的空間以應(yīng)對地層異常壓力情況下的鉆井液加重能力，使加重后的鉆井液仍然具有較低的黏度和較好的流變性。②在油基鉆井液鉆井期間，出現(xiàn)破乳電壓下降的情況時(shí)，增加主、輔乳化劑加量，同時(shí)調(diào)整堿度至設(shè)計(jì)范圍。措施后加密監(jiān)測，直至破乳電壓和流變性等性能調(diào)整到設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。③密切監(jiān)測油水比，控制油水比在80∶20～85∶15的范圍。④保持較低的黏度和較高的切力，特別是鉆井作業(yè)后期，可引入流型調(diào)節(jié)劑調(diào)控油基鉆井液性能。

3.3 應(yīng)用效果

在四川盆地頁巖氣長寧、威遠(yuǎn)等區(qū)塊井的應(yīng)用中，現(xiàn)場作業(yè)井鉆井液性能長期穩(wěn)定、攜砂性好、沉降穩(wěn)定性好、摩阻小、機(jī)械鉆速高，縮短了鉆井周期。同時(shí)可降低柴油的用量，節(jié)約成本。

4 認(rèn)識與結(jié)論

1)室內(nèi)研發(fā)出新一代潤濕反轉(zhuǎn)劑、降濾失劑，研究水相中氯化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對油基鉆井液性能的影響，成功解決了油基鉆井液在高溫高密度條件下流變性及穩(wěn)定性控制的難題。

2)改進(jìn)后的高溫高密度油基鉆井液在四川盆地頁巖氣井中成功應(yīng)用，縮短了鉆井周期，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。