页岩气水基钻井液抑制性研究

王俊祥杨洋周姗姗(,.长江大学石油工程学院， 湖北 武汉 4000；.荆州嘉华科技有限公司， 湖北 荆州 44000 )

页岩气水基钻井液抑制性研究

王俊祥1杨洋2周姗姗3(1,3.长江大学石油工程学院， 湖北 武汉 430100；2.荆州嘉华科技有限公司， 湖北 荆州 434000 )

目前我国页岩气开发多采用油基钻井液，但是基于油基钻井液环境污染大、成本高等一系列问题，需要研发一种适用于页岩气三开水平段钻井的水基钻井液体系。由于页岩极易水化膨胀，造成井壁失稳，因此要求钻井液具有很好的抑制性。本文针对涪陵焦石坝页岩气田，采用不同的方法，研究了几种水基钻井液的页岩抑制性能，结果显示选用的几种水基钻井液都具有良好的抑制性能，能够满足页岩层段钻井对抑制性的要求。

页岩气；水基钻井液；抑制性；井壁稳定

2013年3月，中国石化第一个页岩气产能建设示范区——涪陵焦石坝页岩气田建立。该页岩气田开发目的层为志留系龙马溪组炭质页岩，三开采用油基钻井液钻井，在钻进过程中，井壁稳定，井径规则，钻井液携岩能力强，满足了页岩气水平段钻井要求。但是采用油基钻井液对环保提出了更高的要求，而且成本高，尤其钻遇漏失地层时，严重增加泥浆成本，而且油基钻井液不利于提高钻速。因此，有必要探索出一种适合水平段钻井使用的水基钻井液。

页岩气钻井过程中，尤其是钻至水平段，由于储层的层理或者裂缝发育、蒙皂石等吸水膨胀性矿物组分含量高，防止粘土膨胀、提高井眼稳定性、预防钻井液漏失和提高钻速是该井段钻井液体系选择要考虑的主要因素。因此，适合水平段钻井的水基钻井液体系必须具有很强的抑制性能，才能满足钻井的基本要求。

本文涉及到了硅酸盐体系、CaCl2体系和CPI体系三个钻井液体系，主要研究其对焦石坝现场钻屑的抑制性能，评价其是否有足够强的抑制页岩水化分散的能力，满足页岩气钻井的最基本的要求。

1 所选钻井液配方和基本性能

1.1 钻井液体系基本配方

本研究选用三种钻井液体系，其基本配方如下

硅酸盐钻井液体系：

淡 水+0.5%JH-PAV-LV+2.0%JH-BioFLO+1.0%SOLTEX +0.1%JH-PLUS+0.1%JH-VIS+0.25%搬 土+10%硅 酸 钾+5%JLX-B +重晶石

CaCl2钻井液体系：

淡 水+0.3%JH-PAC-LV+2.0%FLOCAT(白)+2.0%SMP -1+2.0%RS-1+2.0%CMJ+2.5%CPI+20% CaCl2+2%JLX-B+重晶石

CPI钻井液体系：

淡 水+0.3%VIS+0.5%JH-PAC-LV+2.0%FLOCAT(白) +2.0%RS-1+2.0%SMPC+1.5%PF-SMP-1+2.0%JLX-B +3.0%CPI+重晶石

1.2 钻井液体系基本性能

测定了三种钻井液的基本流变性能和漏失性能，见表1。

表1 三个钻井液体系基本性能

从表1中可以看出，三种钻井液体系老化前后的流变性能和老化后滤失性能都非常好，能够满足页岩气水平井钻井的基本要求。

2 岩性分析

对现场焦页33-1井取回的岩芯进行了全岩分析和粘土分析，分析结果如下：

表2 岩芯成分分析结果

表3 岩芯粘土成分分析报告

3 抑制性研究

3.1 岩粉CST实验评价

实验选用涪陵焦石页岩气龙马溪组岩芯，烘干研磨后过100目标准筛，将三种钻井液体系中的抑制剂按配方加量配成溶液后加入15%岩粉，在高速搅拌器7000转/分剪切20秒、60秒、120秒后测定其CST值。实验结果如图1。由于选用岩粉和实验条件完全相同，因此CST值越小，表明该种抑制剂的抑制页岩分散效果越好。见图1。

根据图1可以看出，对比不加任何抑制剂的淡水体系，三种钻井液体系都具有一定的抑制页岩分散效果，其中CPI体系抑制效果最差，而CaCl2体系的抑制效果最好。

图1 不同抑制剂溶液配制岩芯粉浆在不同剪切时间后的CST值

3.2 高温高压膨胀性研究

实验使用TL-3高温高压泥页岩膨胀性测定仪，称取15g100目现场岩芯粉，置于岩芯模型中在15MPa压力下压制1分钟用作备用岩芯。分别在淡水、3%CPI溶液、10%硅酸钾溶液和20%CaCl2溶液中，在压力为1MPa、温度为80℃条件下测试其16h后的膨胀高度。实验结果如表4。

表4 岩粉高温高压膨胀试验

实验表明该岩芯在淡水中具有较强的膨胀性，但是在三种抑制剂溶液中，膨胀性有所抑制，尤其在氯化钙体系溶液中，膨胀率只有7.25%，抑制效果非常好。

3.3 岩屑滚动回收率研究

实验中使用的现场钻屑取自焦页33-1HF井龙马溪组2700m～2750m井段，岩性为灰黑色碳质泥岩。该井段钻屑粘土含量较高，物性较差，钻屑比较软，用手可以捏碎。实验中采用6～10目之间的钻屑在模拟井底温度80℃条件下进行滚动回收率实验，热滚16h后分别过100目、80目、40目筛，测量回收率；然后将回收的岩屑重复试验，测定二次回收率。

实验结果见表5。

从滚动回收率结果来看，该井段钻屑在淡水中水化分散严重，而在三个钻井液体系中，基本没有水化分散，二次回收率都在90%以上，说明钻井液体系具有很强的抑制页岩水化分散的能力。而且从滚后钻屑颗粒也可以看出，清水中的钻屑颗粒完整性不好，颗粒变小，而钻井液体系中的钻屑颗粒热滚前后基本没什么变化。对比实验结果可以看出，CaCl2钻井液体系抑制性要优于其他两种体系，但三种钻井液体系差别不大。(实验中回收率结果＞100%是因为筛网过细导致岩屑中含有部分钻井液材料颗粒)

表5 三个钻井液体系二次滚动回收率实验结果

4 结语

(1)根据回收率实验，三个钻井液体系均有很好的抑制性能，回收率均能达到90%以上，能够很好的抑制页岩水化分散；综合CST和高温高压水化膨胀实验结果表明，氯化钙钻井液体系优于其它两中钻井液体系。

(2)综合钻井液的流变性能和抑制性能，所研究的三种钻井液都能够达到页岩气三开水平钻井的要求；但是仍需对钻井液的润滑性、稳定性、抗侵污性等性能进行进一步深入的研究。

(3)水基钻井液能否取代油基钻井液，不仅需要进一步的室内研究评价，而且需要大量现场应用实践的验证。

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王俊祥(1992-)，长江大学石油工程学院石油与天然气工程专业硕士研究生。