威远页岩气钻井液技术实践与认识

刘 宏 宇

(中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院， 盘锦 124000)

页岩气藏属于非常规气藏，储层致密、孔渗条件差，运用水平井钻井和大规模体积压裂技术可以使页岩气藏得到高效开发[1]。页岩储层微裂缝及层理发育，在钻井过程中可能会出现井塌、缩径、井漏等井下复杂情况，对钻井液的井壁稳定性、润滑性和井眼清洁能力要求较高[2-3]。钻井液技术是关系页岩储层钻井成败的关键技术之一。本次研究是在威远页岩气开发实践的基础上，总结页岩气工厂化钻井过程中油水基泥浆倒换流程，探讨适合本地区页岩气开发的钻井液技术 。

1 页岩气储层钻井液技术难点

页岩储层黏土矿物含量一般较高，易水化膨胀，其极大的膨胀压容易引起井壁岩石剥落[4-6]，从而产生井下复杂井况。页岩储层一般脆性较好，天然裂缝及微裂缝发育，在钻井过程中易产生漏失现象，所用钻井液需要具有良好的封堵能力。

页岩储层属于低孔隙度、极低渗透率气藏，必须通过水平井大规模压裂技术才能实现商业开发。国内页岩气区块水平井的水平段长度通常为1 500 ～ 2 000 m，较长的水平段使得钻井过程中钻柱的摩阻扭矩加大，因而钻井液须具有良好的润滑性以降低钻柱与井壁岩石的摩擦力。此外，较长的水平段还使得岩屑在重力作用下向井眼下的井壁聚集，容易在水平段形成岩屑床，井眼清洁困难，因而钻井液还须具有良好的携岩能力。

如何解决井壁稳定、降摩阻和岩屑清除等问题，有效保护储层，是页岩气钻井液技术研究的重要内容[7-8]。

2 威远页岩气钻井液技术

自2014年以来，威远页岩气区块的开发取得了重大进展，摸索出了一套适合该地区页岩气工厂化钻井作业的钻井液倒换方式与技术体系，满足了页岩气开发的需求。

2.1 水基钻井液与油基钻井液批量倒换

对水基钻井液与油基钻井液进行批量倒换，提高作业效率。威远页岩气井部署当中采用了丛式井组，一般每个平台上有6口井，分为上半支和下半支(见图 1)。

图1 威远页岩气丛式井组示意图

工厂化钻井作业采用“三同步”模式，即双钻机同步进场、同步安装、同步开钻的钻井模式。威远页岩气水平井多采用“三开三完”的模式，每台钻机完成各自半支的3口井作业。根据地质条件及储层特征，在直井段和造斜段一般采用水基钻井液，水平井段为了防止页岩层失稳[9-10]而大多采用油基钻井液。据此模式设计了水基油基钻井液倒换标准流程(见图 2)。钻机首先完成3口井的一开作业，随后倒换氯化钾钻井液继续进行二开作业，待3口井二开作业都结束后，将钻井液统一换为油基钻井液，直至3口井完井作业结束。这种方式减少了水基和油基转换、固井候凝、完井作业、倒换钻具、钻机等停等时间，平均单井可节约时间10 d，极大地提高了作业效率。

图2 威远页岩气水基油基钻井液倒换标准流程图

2.2 钻井液技术持续优化

钻井液技术持续优化，形成适合威远页岩气开发的钻井液技术模版(见表1)。经过实践探索，形成了一套适合威远地区页岩气开发的钻井液技术。针对表层可能存在窜漏的情况，采用聚合物无固相钻井液，并储备足量的堵漏材料，做好防漏堵漏措施。

表1 威远页岩气钻井液技术模版

二开井段整体采用氯化钾聚磺钻井液，根据钻遇地层随时调整优化钻井液性能，钻遇的雷口坡组、嘉陵江组地层为灰岩、云岩和石膏，要求钻井液具有防膏盐污染和防漏性能。钻遇的龙潭组由铝土质泥岩组成，易垮塌，要求钻井液具有强抑制、强封堵防塌性能以及适当的钻井液密度。二开井段中有多层气层，且茅口组、栖霞组含H2S，茅口 — 栖霞组为井漏频发层，所用钻井液应具备防H2S性能，同时应做好防漏、堵漏措施。

龙马溪组为页岩气水平井的目的层段，水平井裸眼段距离和钻井时间较长，钻具摩阻扭矩较大。采用的油基钻井液更具有良好的流变性能和携砂性，以及强抑制性、强封堵性、高润滑性、低摩阻值、低滤失量和良好的造壁性。

2.3 钻井液回收利用技术

在页岩气开发过程中，形成了一套钻井液回收利用技术，达到了清洁生产的目的。在同一井组用储备罐分类回收水基和油基钻井液，各井重复利用，以降低钻井液成本。同时现场配备钻屑不落地装置，油基岩屑油含量至少控制在10%左右，回收岩屑吸附的油基钻井液。建立钻井液回收处理站，实现区域钻井液统一集中管理，批量综合回收再利用，油基钻井液回收利用率达80%以上。

岩屑无害化处理主要步骤为：(1) 现场配备钻屑清洁装置处理；(2) 中心处理站生物降解处理，由专业公司负责，可将岩屑含油量控制在2%以下，满足环保要求。

2.4 高性能水基钻井液试验

针对油基钻井液成本高及环保压力大的问题，在区块内10余口水平井进行了高性能水基钻井液试验应用。钻井液的抑制封堵性、润滑性、流变性等性能达到或类似油基钻井液性能指标，在减轻环保压力、提升固井质量、提高机械钻速、减少处理费用等方面具有优势。

3 结 语

钻井液技术是关系页岩储层钻井成败的关键技术之一，如何解决井壁稳定、降摩阻和岩屑清除等问题，并有效保护储层，是页岩气钻井液技术的关键。针对页岩储层钻井液技术难点，经过实践总结优化威远页岩气钻井液技术，摸索出了一套适合本地区的钻井液技术模版。高性能水基钻井液在页岩气水平井的成功应用，突破了开发过程中环境保护、可持续发展等方面的技术瓶颈，将成为页岩储层钻井液发展的新方向。