高密度白油基鉆井液體系的研究及應(yīng)用

秦波波，周 博，葉禮圓，陳姜

（荊州市學(xué)成實(shí)業(yè)有限公司，湖北荊州 434000）

隨著中國頁巖氣開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各種復(fù)雜地質(zhì)條件下深井、超深井不斷開發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆井液的要求也越來越高。油基鉆井液具有抑制性強(qiáng)、流動(dòng)性好、摩阻低、防塌性好等優(yōu)良的性能，因而廣泛應(yīng)用于深井、大位移水平井頁巖氣井的水平段鉆進(jìn)過程。目前使用最廣泛的是柴油基鉆井液，雖然具有油基鉆井液的優(yōu)點(diǎn)，但是存在污染大、低溫增黏明顯、高溫穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，不能滿足目前現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆井液的需求。作者通過室內(nèi)研究，研發(fā)出一套高密度白油基鉆井液體系，該體系具有濾失量小、抗污染能力強(qiáng)、低溫流變性好、高溫穩(wěn)定性強(qiáng)、環(huán)保等特點(diǎn)[1-4]。

1 油基鉆井液體系評(píng)價(jià)

1.1 體系配方及性能

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研發(fā)出一套高密度白油基鉆井液體系，體系油水比為80∶20，體系配方為：3#白油+3%主乳化劑+1%輔乳化劑+1.5%潤濕劑+0.7%有機(jī)土+2.5%CaO+2%降濾失劑+1%封堵劑+CaCl2鹽水（CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%）+重晶石（加重至2.15 g/cm3）。由該配方配制的油基鉆井液在150 ℃老化16 h 后性能見表1。

從表1 可以看出，體系具有破乳電壓高、高溫高壓濾失量小、流變性好的特點(diǎn)，各項(xiàng)性能完全滿足現(xiàn)場(chǎng)油基鉆井液的要求。

表1 150 ℃熱滾后體系的基本性能

1.2 低溫流變性能

瀘縣地區(qū)儲(chǔ)層深、地層壓力系數(shù)大、溫度梯度大，導(dǎo)致水平段井底溫度均較高，根據(jù)鄰井?dāng)?shù)據(jù)顯示，最高可達(dá)150 ℃，所以該地區(qū)在鉆井中后期普遍使用降溫設(shè)備，降溫設(shè)備的使用會(huì)大幅度降低鉆井液出口溫度，這就對(duì)鉆井液低溫流變性具有較高的要求。根據(jù)1.1配方配制油基鉆井液體系，在不同的溫度下檢測(cè)其流變性能，見表2。

由表2 可知，隨著測(cè)量溫度的升高，體系的表觀黏度明顯減小，破乳電壓逐漸降低但降低幅度有限，動(dòng)切力逐漸減小，動(dòng)塑比和靜切力基本保持不變。動(dòng)塑比隨溫度的變化不大，說明體系攜帶巖屑的能力不隨溫度的變化而變化，使得體系在高溫時(shí)仍然具有良好的攜帶巖屑的能力；隨著溫度的降低，體系的靜切力基本保持不變，說明該體系隨溫度的變化靜結(jié)構(gòu)變化不大，使得體系在低溫下不至于由于溫度過低而迅速增稠，保證了體系在低溫下仍然具有良好的流動(dòng)性能；同時(shí)隨溫度的升高，體系的靜切力保持不變，保證了體系在高溫下具有良好的懸浮穩(wěn)定性。

表2 不同溫度下檢測(cè)的鉆井液流變性

1.3 高溫老化實(shí)驗(yàn)

按照1.1 配方配制油基鉆井液，在150 ℃高溫老化24 h、48 h、72 h、96 h、120 h 后鉆井液性能見表3。

表3 老化不同時(shí)間的鉆井液性能

隨著老化時(shí)間的延長，鉆井液體系的破乳電壓、黏度和切力均有降低，但是各項(xiàng)性能變化幅度很小，說明該體系具有良好的高溫穩(wěn)定性。

1.4 沉降穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

由于礦物油黏度受溫度影響很大，所以油基鉆井液的黏度受溫度影響也很大，重晶石沉降問題一直是井底溫度高、地層壓力大的頁巖氣水平井所面臨的一大難題，這需要所使用的油基鉆井液體系在高溫下仍能具有很好的懸浮重晶石和巖屑的能力。采用靜態(tài)沉降法測(cè)試鉆井液的沉降穩(wěn)定性[5-6]，將配制的油基鉆井液在150 ℃下老化16 h 后，高速攪拌20 min，在180 ℃下靜置16 h。冷卻后分別測(cè)量鉆井液上部（游離液體下層）密度ρtop和底部的密度ρbottom，按式（1）計(jì)算靜態(tài)沉降因子SF，若SF 小于0.52 則說明鉆井液的靜態(tài)沉降穩(wěn)定性好，結(jié)果見表4。

表4 不同靜置時(shí)間的沉降穩(wěn)定性

從表4 可以看出，在150 ℃下分別靜置24 h、48 h、72 h、96 h 后，其靜態(tài)沉降因子均小于0.52，說明該體系在150 ℃下具有良好的沉降穩(wěn)定性。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 瀘203H57 平臺(tái)概況

瀘203H57 平臺(tái)是四川省瀘縣的一個(gè)頁巖氣開發(fā)平臺(tái)，該平臺(tái)共有四口井，水平段長均超過1 600 m，水平段垂深均超過3 600 m。水平段目的層為龍馬溪組，頁巖為深灰色-灰黑色頁巖。由于龍馬溪組地層具有頁巖層理和微裂隙，鉆進(jìn)過程中極易剝落垮塌，且該平臺(tái)設(shè)計(jì)水平段長、地層壓力高、井底溫度高（附近鄰井相同井深溫度達(dá)150 ℃），且在水平段存在斷層，所以在實(shí)際鉆井施工中對(duì)井壁穩(wěn)定、井眼清潔、防卡防漏的要求很高。另外由于井底溫度高，現(xiàn)場(chǎng)采用地面降溫裝置對(duì)鉆井液降溫，從而降低鉆進(jìn)時(shí)井下溫度，保障旋導(dǎo)等儀器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以對(duì)鉆井液不僅要滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)要求外，還需要具有良好的低溫流變性。

2.2 瀘203H57 平臺(tái)四開鉆井液性能

由表5～表8 可以看出，在瀘203H57 平臺(tái)的四口井整個(gè)鉆進(jìn)過程中該體系均表現(xiàn)出良好的流變性、穩(wěn)定的靜切力和動(dòng)切力、強(qiáng)的電穩(wěn)定性、好的封堵降濾失性能，鉆井液性能均能滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際施工要求。

表5 瀘203H57-1 井四開井段油基泥漿性能

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

3.1 鉆井液常規(guī)性能對(duì)比

白油基鉆井液與鄰井柴油基鉆井液、高性能水基鉆井液的使用對(duì)比情況見表9。

從表9 可以看出，在相同的密度條件下，白油基鉆井液的黏度更低，黏度低鉆井液流動(dòng)性更好，泵壓更低，有利于提高排量和提高機(jī)械鉆速；體系的動(dòng)切力和靜切力均較小，但穩(wěn)定性好，保證了體系在具有較好的攜帶和懸浮巖屑的情況下仍有良好的觸變性；白油基鉆井液體系其流變性好，鉆井液黏附少，出砂干凈，每米鉆井液消耗量遠(yuǎn)低于柴油基鉆井液和水基鉆井液，成本更低。

表6 瀘203H57-2 井四開井段油基泥漿性能

表7 瀘203H57-3 井四開井段油基泥漿性能

表8 瀘203H57-4 井四開井段油基泥漿性能

表9 白油基鉆井液與鄰井鉆井液性能對(duì)比

3.2 現(xiàn)場(chǎng)使用效果

在瀘203H57 平臺(tái)四口井的應(yīng)用中，鉆井液抑制性能好，現(xiàn)場(chǎng)鉆屑完整；井壁穩(wěn)定，防塌效果好，四口井井眼擴(kuò)大率分別為4.2%，3.8%，4.5%，4.4%，且在鉆進(jìn)過程中均無掉塊、阻卡的情況；低溫流變性好，在鉆井中后期采用地面冷凝器，出口溫度低于50 ℃的情況下，漏斗黏度均低于70 s，表現(xiàn)出良好的低溫流動(dòng)性；井眼清潔，完井作業(yè)時(shí)，劃眼基本無砂子，表現(xiàn)出良好的井眼清潔情況；在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向要求追尋最佳層位，頻繁調(diào)整井斜的情況下，4 口井的起下鉆摩阻最大均不超過25 t，比其他鄰井的摩阻明顯減??；在整個(gè)鉆進(jìn)過程中沒有因?yàn)殂@井液問題而導(dǎo)致井下復(fù)雜情況，后期通井、電測(cè)、下套管均一次完成，表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。

4 結(jié)論

（1）研發(fā)出一套高密度白油基鉆井液體系，具有破乳電壓高、高溫高壓濾失量小、流變性好的特點(diǎn)。

（2）該體系不僅具有良好的低溫流動(dòng)性，而且在高溫下也具有良好的懸浮穩(wěn)定性和攜巖能力。

（3）該體系具有良好的高溫老化性能。

（4）該體系在150 ℃下具有良好的沉降穩(wěn)定性。

（5）該體系在瀘203H57 平臺(tái)成功應(yīng)用，破乳電壓高、流變性能穩(wěn)定、濾失量低、封堵性強(qiáng)、井眼清潔、井壁穩(wěn)定，體現(xiàn)出優(yōu)良的性能，為該地區(qū)白油基鉆井液的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。