高温高密度油基钻井液在四川盆地页岩气井中的应用

2019-12-09侯为民中石化江汉石油工程有限公司钻井二公司湖北武汉430206

长江大学学报(自科版) 2019年12期

侯为民 (中石化江汉石油工程有限公司钻井二公司，湖北武汉 430206)

汪夯志 (荆州嘉华科技有限公司，湖北荆州 434000)

自2014年9月起，在四川盆地探明涪陵、威远、长宁、威荣等整装页岩气田，页岩气累计新增探明地质储量突破万亿立方米，产能达135×108m3，累计产气225.80×108m3[1,2]。然而，龙马溪-五峰组多以硬脆性泥页岩为主，其微裂隙、裂缝发育，具有井底温度高、地层压力系数高等特点，施工过程中会遇到如钻井液性能不稳定、井壁失稳等难题，为此，在四川盆地页岩气井中开展了高温高密度油基钻井液应用研究。

1 技术对策

1.1 解决黏度和破乳电压的突变问题

1)研发新一代润湿反转剂，改善体系的润湿性和稳定性。

2)研发长时间耐高温抗污染的新型材料，如降滤失剂和封堵剂等，使体系在长周期作业中性能稳定。

3)保持油基钻井液内相中水相含量及氯化钙的低质量分数。

4)钻井过程中提高钻井液密度过程的把控和预处理。

1.2 解决井壁失稳问题

1)调整合适的钻井液密度和流变性。观察振动筛注意返砂量与返砂岩性、形状等，根据返砂情况对钻井液性能进行调整。

2)采用纳微米封堵剂对微裂隙形成有效的支撑和填充，提高钻井液的封堵防塌性能[3]。

3)控制钻井液水相活度低于地层水活度，防止地层中的黏土矿物因水化、膨胀、分散而导致井壁失稳[4]。

2 室内评价

2.1 润湿反转剂

油基钻井液体系中主乳化剂和辅乳化剂自带润湿功能，在早期涪陵区块中低密度(1.3～1.9g/cm3)油基钻井液作业中能保持良好的性能，但在四川盆地页岩气区块高密度(≥2.0g/cm3)油基钻井液的应用中存在乳化剂润湿性不足的现象[5～7]。为此，笔者自行研发了新一代润湿反转剂。当大量的重晶石和钻屑等亲水性的固体颗粒侵入油基钻井液时，润湿反转剂可使其颗粒表面迅速转变为油湿，且能较好地悬浮在油相中，满足钻井施工过程中提高密度和抗固相侵污的要求[8～10]。润湿反转剂的室内评价数据如表1所示。加入润湿反转剂热滚后，动切力保持较低，黏度相对稳定，破乳电压较高。

表1 乳化剂和润湿反转剂对油基钻井液性能的影响

注：NΦ6、NΦ3分别为六速黏度计上6、3r/min的读数；油基钻井液密度为2.2g/cm3；配方中的百分数均为质量分数。下同。

2.2 新型降滤失剂

在基浆中加入降滤失剂HIFLO-2，评价结果如表2所示。热滚前常规降滤失剂HIFLO-1对油基钻井液性能影响不大，长时间热滚后出现了明显的增稠和降破乳电压的现象。但加入降滤失剂HIFLO-2后，长时间热滚后增稠和降破乳电压的现象均得到有效遏制。

2.3 水相中CaCl2

针对高温高密度油基钻井液水相中CaCl2的质量分数进行了评价试验，结果如表3所示。25% CaCl2盐水配制的油基钻井液遇钻屑侵污后，长时间老化增稠明显，破乳电压下降。15% CaCl2盐水配制的油基钻井液遇钻屑侵污后，长时间老化黏度稳定，且破乳电压稳定上升。

3 现场应用

3.1 施工工艺

先泵入6m3隔离液，然后泵入油基钻井液，小排量将隔离液顶替出钻头后，大排量循环顶替，连续作业直至隔离液返出井口。转换油基钻井液结束后，大排量循环2个循环周以上，在充分剪切和循环油基钻井液后，再测量钻井液各项性能，优化调节至满足钻井设计要求。

表3 不同质量分数CaCl2对油基钻井液性能的影响

3.2 维护措施

①考虑到地层压力的升高，转浆后应尽量降低钻井液的黏度，预留足够的空间以应对地层异常压力情况下的钻井液加重能力，使加重后的钻井液仍然具有较低的黏度和较好的流变性。②在油基钻井液钻井期间，出现破乳电压下降的情况时，增加主、辅乳化剂加量，同时调整碱度至设计范围。措施后加密监测，直至破乳电压和流变性等性能调整到设计范围内。③密切监测油水比，控制油水比在80∶20～85∶15的范围。④保持较低的黏度和较高的切力，特别是钻井作业后期，可引入流型调节剂调控油基钻井液性能。