大庆油田古龙页岩油钻井液技术研究与应用

王楠男

(大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413)

松辽盆地北部页岩油资源丰富，其中齐家—古龙地区是中高成熟度页岩油发育的最有利区，齐家—古龙地区已钻井获10m3以上高产油流，试采产量稳定，对大庆油田油气可持续开采具有重要意义。在钻井过程中，造斜段、水平段井眼周围地应力的变化，极易诱发井壁失稳，采用油基钻井液均存在不同程度的井壁剥落，采用水基钻井液，井壁坍塌现象更为严重，频繁憋泵、卡钻，被迫提前完钻。因此，通过对页岩油区块井壁失稳机理进行分析，并提高油基钻井液封堵防塌能力，是当前解决古龙页岩油水平井井壁失稳问题的关键。

1 页岩油地层钻井液施工难点分析

（1）井下复杂事故率高。对近几年大庆页岩油区块施工情况进行分析，施工的5口井中有4口井使用油基钻井液，均发生了不同程度的井壁剥落和掉块现象，一口井采用水基钻井液，井壁坍塌现象更为严重，频繁憋泵、卡钻，最终导致该井被迫提前完钻，这就要求钻井液具有良好的井壁稳定能力[1]。

（2）目的层埋藏较深，造斜段和水平段较长，起下钻和后期下套管摩阻较大，需要钻井液具有良好的润滑能力。

（3）长水段水平井技术是页岩油增储的核心技术，这对钻井液的携岩能力提出更高要求，否则极易在井底形成岩屑床，如果设计井轨扭方位，更不利于钻屑及时返出，同时在着陆及水平段施工中经常调整井轨寻找储层，携屑更加困难，加剧了井下安全风险。

2 页岩油地层井壁失稳机理分析

2.1 XRD衍射分析

通过对页岩油区块青山口组二段和青山口组一段取样岩芯进行XRD衍射分析得知，大庆页岩油地层粘土矿物含量总体含量较高，超过30%，主要以伊利石和伊蒙混层为主，其中伊利石相对含量大于80%，脆性矿物含量高达45%以上。高粘土矿物含量极易导致页岩发生表面水化，引起井壁剥落，导致井壁承压能力低，同时，钻井液滤液等外来液相在压力传递作用下，容易发生“水力尖劈”作用，进而发生更为严重的井壁失稳事故[2]。

2.2 扫描电镜及薄片分析

通过扫描电镜及薄片分析得知，页岩油地层页理、微裂缝发育，微裂缝以页理缝和构造缝为主，页理缝密度较高，构造缝宽度为微米级。

2.3 水化特性测定

通过滚动回收实验和线性膨胀实验得知，页岩油地层岩芯在清水的滚动回收率为93%，线性膨胀率小于5%，属于低分散弱膨胀型硬脆性页岩。

3 页岩油区块钻井液研究思路

（1）结合现场施工情况和页岩油地质特征，水基钻井液技术暂不适合该区块的钻井施工，油基钻井液是解决该区块施工难题的首选。

（2）确定合理的钻井液密度，是提高页岩油地层井壁稳定效果的重要力学因素。

（3）提高油基钻井液封堵防塌能力，是提高钻井液对微裂缝和微孔隙结构封堵性，保持井壁稳定的重要措施之一。

（4）要求钻井液动切力高、触变性好，具有较高的悬浮性和携屑能力，保证岩屑及时清除、确保井眼通畅和井下安全。

4 钻井液体系优化与评价

4.1 钻井液密度确定

根据数模和坍塌压力云图，对页岩油区块造斜段和水平段井筒三压力剖面进行了预测，确定了造斜段的合理钻井液密度为1.50~1.55g/cm3，水平段钻井液密度1.55~1.60g/cm3时，井壁稳定效果较好[3]。

4.2 钻井液封堵性能提高

针对页岩地层微裂缝宽度和分布范围特征，优化封堵材料粒度级配，研选粒度分布更低、分散效果更好的油溶性复合型成膜封堵材料HFLK，同时将体系封堵材料种类进行优选和合理级配[4]，将由4种降至3种，并将封堵材料总量由4%提至5%，优化前后钻井液性能对比如表1所示。由表1可知，优化后体系高温高压滤失量由2.6mL降低至1.4mL，砂床侵入深度由1.2cm降低至0.6cm，破乳电压升高，且流变性良好。

表1 优化前后钻井液封堵性能对比数据表

4.3 钻井液流变性

通过开展油基钻井液体系流变特性研究，在保证体系凝胶结构稳定的前提下，在原有体系配方基础上，通过调整主、辅乳化剂最优配比，改善低转速粘度，提高体系携岩能力，最终形成优化后的油基钻井液配方：油水比（80:20），2%~3%主乳+1%~1.5%辅乳+3%有机土+2%CaO2+2.5%~3%降滤失剂+2%~3%微米级封堵剂+1%~2%纳米级封堵剂+CaCl2（20%水溶液），钻井液性能如表2所示[5]。由表2可知，优化后的钻井液体系在150℃条件下分别老化16h、24h、32h后，钻井液流变性稳定，破乳电压变化不大。

表2 油基钻井液性能数据表

5 现场应用

优化后的油基钻井液体系在GY2HC井进行了应用，同区块临井GYYP1井使用的未优化前的油基钻井液体系，在3922m处发生严重卡钻，导致最终填井侧钻。GY2HC井施工中青山口组地层井壁稳定，一次性安全完钻，井壁稳定效果突出，实现了该井2020m长水平段的安全施工。整个钻进过程中，返屑正常，青山口组没有发生井壁剥落和掉块等问题；起下钻顺利，全程未发生遇阻和卡钻的现象，后期下套管一次到底。

6 结论

（1）针对松辽盆地北部页岩油开发过程中常发生的井壁剥落、坍塌、起下钻遇阻等井下复杂，通过开展页岩油地层井壁失稳机理分析，明确了页岩油地层井壁失稳的主要因素，为页岩油区块钻井液研究提供了思路。

（2）通过调整主、辅乳化剂最优配比，改善低转速粘度，提高体系携岩能力，保证井眼清洁效率等措施，最终形成一套封堵性能优异的油基钻井液体系。在现场施工中，钻井液井壁稳定效果突出，为页岩油安全施工提供了技术支撑。