涪陵深层页岩气水平井高效油基钻井液体系研究

2019-12-12刘元宪

当代化工 2019年1期

刘元宪

摘要：针对涪陵深层页岩气水平井开发过程中存在井壁失稳、摩阻较大以及起下钻困难等问题，在分析研究钻井液技术难点的基础上，结合该区块具体地质特征，提出了相应的钻井液技术对策，决定采用油基钻井液钻进。为此，室内在前期涪陵页岩气区块使用的油基钻井液基础之上，通过降滤失剂以及润湿剂的优选，研制了一套适合涪陵深层页岩气水平井的高效油基钻井液体系，具体配方为：柴油：氯化钙水溶液（32%）=90：10～70：30+4%主乳化剂HZRJ-1+4%辅乳化剂HFRJ-3+5%降失水剂JSY-1+3%有机土+1润湿剂HRSJ-10+5%氧化钙+重晶石加重至密度为1.80～2.20 g/cm3。室内对该高效油基钻井液体系的综合性能进行了评价，结果表明，高效油基钻井液体系在不同密度范围和不同油水条件下均具有良好的流变性能，并且具有良好的沉降稳定性能、抑制性能以及抗污染性能，能够满足涪陵深层页岩气钻井施工的需求。为目标区块深层页岩气的高效稳定开发提供技术支持和保障。

关键词：深层页岩气;水平井;技术难点;高效油基钻井液;涪陵地区

中图分类号：TE 242 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2019）01-0179-04

Abstract： In view of the problems such as wall instability， high friction and difficulty of drilling in the development of Fuling deep shale gas horizontal well， the corresponding drilling fluid technical countermeasures were put forward on the basis of analyzing and studying the technical difficulties of drilling fluid and combining with the specific geological characteristics of this block， and it was decided to adopt oil-based drilling fluid for drilling. Therefore， on the basis of oil-based drilling fluid used in Fuling shale gas block， a set of high-efficiency oil-based drilling fluid system suitable for Fuling deep shale gas horizontal well was developed by optimizing filtrate reducer and wetting agent. The formulation was as follows： diesel oil： calcium chloride aqueous solution （32%） = 90：10～70：30+4% main emulsifier HZRJ-1+4% co-emulsifier HFRJ-3+5% dehydrating agent JSY-1+3% organic soil+1% wetting agent HRSJ-10+5% calcium oxide+ barite （ aggravating to 1.80～2.20 g/cm3）. The comprehensive performance of the high-efficiency oil-based drilling fluid system was evaluated in laboratory. The results show that the high-efficiency oil-based drilling fluid system has good rheological properties in different densities and oil-water conditions， and has good sedimentation stability， inhibition performance and anti-pollution performance， which can meet the requirements of Fuling deep shale gas horizontal well drilling. It provides technical support and guarantee for the efficient and stable development of deep shale gas in the target area.

Key words：Deep shale gas; Horizontal well; Technical difficulties; High efficiency oil based drilling fluid; Fuling area

中淺层页岩气的商业化开发已经在焦石坝以及长宁等地区实现了突破，而深层页岩气的勘探开发研究尚处于起步阶段。深层页岩气通常指储层埋深大于3 500 m的页岩气，与中浅层页岩气储层相比较而言，深层页岩气由于其特殊的地质特征，导致其在钻井过程中通常面临更多的技术难题，例如机械钻速低、井身结构复杂、井眼轨迹难控制以及钻井周期长等问题[1-4]。

油基钻井液以其良好的润滑性能、低摩阻性能以及强抑制性能等众多优点，使其在页岩气水平井开发过程中被普遍采用。目前，国内外对中浅层页岩气水平井开发用油基钻井液体系的研究较多，并且取得了良好的应用效果，但对深层页岩气水平井开发用油基钻井液体系的研究及相关报道较少[5-7]。相比较常规油基钻井液体系，深层页岩气开发对油基钻井液的性能提出了更高的要求。因此，开展深层页岩气水平井高效油基钻井液技术研究，对于深层页岩气的高效稳定开发具有十分重要的现实意义。

笔者以涪陵深层页岩气水平井为研究对象，对钻井过程中所面临的钻井液技术难题进行了深入分析研究，并提出了相应的技术对策。在此基础之上，通过降滤失剂以及润湿剂等处理剂的优选，形成了一套适合涪陵深层页岩气水平井的高效油基钻井液体系，并对体系的综合性能进行了评价，以期为涪陵深层页岩气钻井施工的顺利进行提供技术支持和保障，也能为同类页岩气区块的勘探开发提供一定的借鉴。

1 涪陵深层页岩气钻井液技术难点

涪陵地区深层页岩气开发以水平井为主，结合该地区地质特征及以往相同类型水平井钻井液的应用情况，分析认为涪陵地区深层页岩气水平井钻井液主要存在以下几个方面的技术难点：

（1）水平井段储层泥页岩发育微裂缝及微孔隙，导致应力敏感性较强，在钻井过程中容易发生井壁坍塌等失稳现象。且深层页岩气地层压力较高，需要钻井液体系具有较高的密度以平衡地层压力。

（2）深層泥页岩储层水敏性较强，若使用水基钻井液，滤失量控制不当，过多的水基滤液侵入储层后，容易引起井壁剥落垮塌，导致井壁失稳。

（3）深层水平井造斜段的井斜容易发生变化，井斜角较大，容易造成岩屑沉积，导致井眼清洁度变差，且容易堵塞井眼，造成卡钻事故的发生。

（4）深层水平井井眼轨迹复杂，在钻进过程中容易在井壁上形成键槽和小台阶，造成钻具与井壁的摩擦力升高，钻头扭矩增大，因此，要求钻井液必须具有较好的润滑性，从而降低钻井过程中的摩擦阻力，减少黏附卡钻事故的出现。

2 钻井液技术对策

从以上涪陵深层页岩气水平井钻井液技术难点分析结果可知，在该地区水平钻井过程中，钻井液需要具有保护井壁稳定、良好的携砂性能以及降低摩阻性能。因此，钻井液的研究需要从以下几个方面来开展：

（1）控制合理的钻井液密度，稳定地层压力，防止应力敏感性引起的井壁坍塌。

（2）加强钻井液体系的抑制能力以及封堵能力，防止钻井液滤液侵入储层造成的损害。

（3）提高钻井液体系的携砂性能，防止岩屑沉积导致的卡钻事故。

（4）提高钻井液体系的润滑能力，降低钻井过程中的摩擦阻力，提高钻井效率。

鉴于以上原因，涪陵深层页岩气水平井钻井宜采用油基钻井液体系，能够有效解决以上问题。因此，本文将在常规页岩气水平井用油基钻井液的基础上，继续研究适合涪陵深层页岩气水平井的高效油基钻井液体系。

3 高效油基钻井液技术研究

通过对前期涪陵中浅层页岩气水平井使用的常规油基钻井液体系进行调研分析，并结合该地区深层页岩气储层的特点，确定了高效油基钻井液体系的基础配方为：柴油：氯化钙水溶液（32%）=80：20+4%主乳化剂HZRJ-1+4%辅乳化剂HFRJ-3+3%有机土+5%氧化钙+重晶石粉。为提高油基钻井液体系的稳定性，还需要加入性能优良的降滤失剂和润湿剂。下面将针对这两种处理剂展开优选。

3.1 降滤失剂的优选

室内评价了四种降滤失剂在高效油基钻井液基础配方中的降失水效果，见表1。

由表1结果可知，降滤失剂JSY-1的降失水效果最好，且对钻井液体系的流变性影响较小。选择5% JSY-1作为高效油基钻井液体系的降滤失剂。

3.2 润湿剂的优选

润湿剂的加入能使油基钻井液体系形成稳定的连续相，提高油基钻井液的稳定性。室内对研制的高效润湿剂HRSJ-10进行了加量的优选，实验结果见表2。

由表2结果可知，加入高效润湿剂HRSJ-10后，油基钻井液体系的流变性变化较小，但破乳电压明显升高，当HRSJ-10加量为1.0%时，破乳电压达到1 000 V以上，体系较为稳定。

3.3 高效油基钻井液体系配方确定

通过以上降滤失剂和润湿剂的优选，最终确定适合涪陵深层页岩气水平井的高效油基钻井液体系配方为：柴油：氯化钙水溶液（32%）=90：10～70：30+4%主乳化剂HZRJ-1+4%辅乳化剂HFRJ-3+5%降失水剂JSY-1+3%有机土+1润湿剂HRSJ-10+5%氧化钙+重晶石加重至密度为1.80 ～2.20 g/cm3。下面重点将评价该高效油基钻井液体系的综合性能。

4 高效油基钻井液体系性能评价

4.1 流变性能评价

结合涪陵地区以往勘探开发钻井资料，油基钻井液的密度应该满足在1.80～2.20 g/cm3之间，下面评价了不同钻井液密度以及不同油水比条件下的流变性能，实验结果见表3和表4。

由表3和表4实验结果可以看出，该高效油基钻井液体系在高温高密度下老化前后流变性能稳定，破乳电压变化幅度较小。随着油水比的下降，钻井液体系黏度和切力稍微增大，破乳电压稍有降低，但仍然能够满足深层页岩气钻井施工对钻井液的要求，说明该钻井液体系具有良好的流变性能。

4.2 沉降稳定性

油基钻井液的沉降稳定性好坏对深层页岩气钻井过程具有比较重要的影响，若油基钻井液在钻井过程中发生沉降，固相材料会堵塞地层，并会粘附在井下钻具上，影响钻井效率。室内配制不同密度的油基钻井液体系，放置在150 ℃下静置老化不同时间后，测定油基钻井液体系的上下密度差，以评价油基钻井液体系的沉降稳定性。实验结果见图1。

4.3 对泥页岩的抑制性能

鉴于涪陵地区深层页岩气储层黏土矿物含量较高，在钻井过程中钻井液滤液或其他外来流体的侵入可能会引起地层中黏土矿物的水化膨胀，分散运移等，造成井壁失稳，影响钻井效果。因此，需要对研究的高效油基钻井液体系进行抑制性能的评价。室内使用涪陵地区深层页岩气储层钻屑，采用滚动回收率法评价了高效油基钻井液体系的抑制性能，并与邻井的水基钻井液体系和清水的抑制性能进行了对比，钻屑洗油烘干后过10～40目筛，滚动实验后过40目筛，实验温度为150 ℃，钻井液密度为2.0 g/cm3，油水比为80：20。结果见表5。

由表5实验数据可以看出，由于页岩储层黏土矿物含量高，使用清水的钻屑回收率较小，仅为39.3%。而钻屑在研制的高效油基钻井液体系中的回收率高达98.8%，远远大于邻井的水基钻井液滚动回收率。说明研制的高效油基钻井液体系对涪陵地区深层泥页岩储层具有良好的抑制性能，能够防止钻井过程中出现的泥页岩水化分散，避免井壁坍塌、失稳的情况出现，提高钻井效率。

4.4 抗污染性能

在深层页岩气储层钻井过程中，钻井液体系中不可避免的会混入一定的钻屑，如果钻井液体系的抗钻屑污染能力不强，容易引起钻井液体系增稠，流变性能变差，影响钻井效果。因此，很有必要对研制的高效油基钻井液体系进行抗钻屑污染性能评价，室内使用目标区块深层页岩气储层钻屑，磨成粉末状，按不同比例加入到高效油基钻井液体系中，评价其对钻井液体系流变性能的影响。实验温度为150℃，钻井液密度为2.0 g/cm3，油水比为80：20。实验结果见表6。

由表6实验数据可以看出，研制的高效油基钻井液体系中加入不同量的钻屑粉后，钻井液体系的流变性能变化不大，切力变化也较小，破乳电压值略有降低，但仍满足要求。表明研制的高效油基钻井液体系具有良好的抗钻屑污染能力。

5 结论

（1）在分析了涪陵深层页岩气开发钻井液技术难点的基础上，提出了钻井液主要技术对策，决定在该区块采用高效油基钻井液体系。

（2）在确定了高效油基钻井液基础配方之后，通过降滤失剂以及润湿剂的优选，研制出了一套适合涪陵深层页岩气水平井的高效油基鉆井液体系。

（3）高效油基钻井液体系综合性能评价结果表明，该体系具有良好的流变性能、沉降稳定性能、抑制性能以及抗污染性能，能够满足涪陵深层页岩气钻井施工的需求。

参考文献：

[1] 王志刚. 涪陵页岩气勘探开发重大突破与启示[J]. 石油与天然气地质， 2015， 36（1）：1-6.

[2] 刘钊，阿斯汗，孙策，等. 辩证看待中国页岩气开发[J]. 当代化工， 2014（8）：1623-1625.

[3] 信石玉，宋代诗雨. 涪陵深层页岩气开发装备配套方案与建议[J]. 钻采工艺， 2017， 40（1）：108-111.

[4] 臧艳彬. 川东南地区深层页岩气钻井关键技术[J].石油钻探技术， 2018，46（3）：7-12.

[5] 陈艳秋，张洪恩，马云朋，等. 超临界CO2压裂在页岩气开采中的技术研究[J]. 当代化工， 2017， 46（7）：1399-1401.

[6] 梁文利，宋金初，陈智源，等. 涪陵页岩气水平井油基钻井液技术[J]. 钻井液与完井液， 2016， 33（5）：19-24.