深层页岩气油基钻井液承压堵漏技术

2020-01-12聂天宇

化工设计通讯 2020年10期

聂天宇

（新疆贝肯能源工程股份有限公司，新疆维吾尔自治区克拉玛依 834000）

根据过去施工生产中积累的经验来看，油基钻井液的使用能够有效避免页岩气开发过程中出现的塌陷、污染、不稳定等事故，在高温深井和水平井中有极佳的应用效果。深层页岩气的储藏深度非常大，能够在三千多米的地下存在，该位置的地层压力非常高，稍有不慎就可能出现开采的质量问题，为了避免这一问题，有必要对本课题进行深入探索。

1 国外油基堵漏技术

深层页岩气开发指的是埋藏深度大于3 500m、在高地层压力条件下进行的一种开发工作，在这个深度下地层压力从1.45～1.50上升到1.60～1.80，再加上地层微裂缝在这个阶段开始发育，底层破碎的严重性有所提升，在进行钻井开采时必须要尽可能提升地层的承压能力，利用油基钻井液进行封堵处理。现在我国的承压堵漏过程中，使用的材料一般还停留在水基堵漏材料阶段，这些材料具有极其突出的亲水性，在钻井环境下会发生膨胀、降解，很难长时间保持堵漏的有效性，与油基钻井液也难以顺利结合，最后的封堵效果可见一斑。所以说对国外的油基钻井液堵漏技术进行研究就显得十分重要。

根据我国某地区页岩气开发过程中发生的泄漏情况、现场调查的结果等，对油基钻井液的使用和防漏堵漏技术进行深入分析。具体来说，要求在定向工具未取出的情况下进行堵漏，小漏洞可以在钻进的过程中堵住、而大漏洞则要尽快堵住，一般来说都能在短期内完成有效的封堵。堵漏技术的操作原理非常简单，主要可以理解成变形封堵，颗粒填充、解决渗透，利用硬性封堵剂的性质，就能够使之停留在某个泄漏缝隙当中并且形成基础性的架桥，而后柔性粒子就能够解决填塞层渗透问题，最后形成硬度可观的堵塞层，这样一来地层的承压能力必然会有所提升，解决了页岩气开发中常见的返吐问题，更解决了钻井施工以后发生泄漏的可能性。具体来说，在选择堵漏材料时应考虑以下几个方面的因素：第一，考虑其材质。堵漏材料和油基钻井液之间必须要相对稳定，不能发生明显的化学反应，堵漏材料不会影响钻井液正常发挥作用，同时还应该具有一些防水耐高温的性能。第二，考虑材料的粒子直径。为了最快完成堵漏操作，堵漏材料的颗粒直径一般需要在3mm 以下，这样一来其才能通过定向工具实现封堵，目前常见的堵漏材料粒子直径大概分成50～150μm、150～250μm、1 000～1 400μm 与2 000～2 500μm 四种。第三，考虑材料的加量。根据国外专家的研究结果来看，封堵裂缝时其封堵材料的加量一般在15%以下为宜。

2 堵漏技术的现场实践应用

2.1 技术配方与评估

2.1.1 油基钻井液基础配方

根据页岩气开发工作现场施工的需求，在对有机土加量进行合理控制的前提下，对其他类别的处理剂进行有序使用，形成耐100～220℃高温、密度在0.85～2.2的油基钻井液配方。经过实验以后可以发现，在钻井液油水比发生变化以后，配方的效果仍然比较稳定，乳化效果极佳，破乳电压在400V 以上，能够满足施工中所需要的封堵需求。

2.1.2 封堵降耗技术配方

油基钻井液的抑制效果十分可观，也通过了试验检测，然而在具体的钻进操作中不可避免地会遇到轻微裂缝等情况。油侵入时往往会给井壁结构带来一定的损耗，埋下了井壁坍塌等质量隐患，另外在液压差的影响下，循环所需要的能量非常多。对页岩气开发、油基钻井液的实际使用情况进行分析以后，可选用凝胶微球封堵剂、3%的纤维封堵剂等进行综合处理，同时还可以结合页岩气开发中不同的实际情况，构建凝胶微球为主体的封堵降耗技术。另外，还可以利用高温失水仪器对钻井液在高温高压下的渗透效果进行研究，经过一系列的测试可以发现，在封堵材料的帮助下滤饼厚度降低到1.5mm 左右，渗透率降低近98%。不难发现，封堵材料的使用提升了封堵的效果和性能，封堵降耗技术的有效性得到了验证。

2.2 现场使用

2016 年1 月到9 月，中石化公司在我国某工区内执行了三十余口油基钻井液的作业施工任务，进尺深度在66 000m以上，除了一小部分地区出现了由地质条件特殊导致的井漏事件之外，钻井施工十分顺利，中井壁的稳定性未受到影响，井直径的稳定性十分可观，井眼干净整洁，液动塑比大于0.2，单口井的钻井液使用量在400m3左右，根据本次施工操作可以总结以下经验：

第一，高温高压流变控制。根据过去多年来的实践尝试和理论研究结果可以看出，钻井液的可压缩性能十分可观，而温度压力等数据则会影响其流动变形程度，在高温高压的条件下，井底结构和地面结构的流变性有极大差异。为了掌握井底结构中钻井液的流变状态，可以在高温高压条件下进行研究，研究时需要根据矿区的具体情况，开发高温高压流变控制技术。另外，施工现场的油基钻井液主要表现出黏度低等特点，在温度提升以后其动塑比为0.2～0.4，带砂状态符合实际需求，能够保证井眼的整洁程度。在实际操作中，可选用密度为1.51g/cm3、油水比为17:3的油包水钻井液，对井深为1 000m、1 500m、2 000m 时的钻井液性能进行记录。最后发现，在温度和压力数据发生变化的情况下，流变数据一般呈现不断下降的状态。

第二，钻井液损耗量控制。为了尽可能降低油基钻井液的使用数量、提升地层的承压能力，可以选择全井段封堵策略，主要对高渗透地层进行有效的封堵，从而降低钻井液的损耗量，这种尝试具有一定的现实意义。经过统计以后发现，施工当年的钻井液循环损耗量小于0.076m3，和去年同期的0.085m3比较起来，降低了8%左右，这证明了钻井液损耗量控制技术的有效性。

第三，循环使用维护处理。在回收钻井液时，施工人员往往面对着密度低、固相含量高、处理剂复杂等问题，为了解决这些问题，顺利完成回收，一般需要采取以下策略：利用离心机降低低密度固相含量，根据情况使用乳化剂从而提升钻井液的流变性，另外在储存的过程中需要安排人员定期进行拌和、取样，对其性能进行分析检测，使之维持稳定。还需要合理地确定钻井液的比重并且进行混合，根据业内固定的规格评估性能，完成循环利用。2016年1月与9月，中石化公司执行的封堵任务中，共配制钻井液14 000余立方米，回收钻井液近7m3000m3、补充新浆7m3000m3左右，回收率在48%左右，整体回收效果十分可观。