关于致密油水平井环保钻井液体系研究及应用

郭定雄

摘要：我国致密油的开采主要集中在鄂尔多斯盆地长7储层，这里的致密油呈现出低压、低孔、低渗的特点。致密油的开采需要提升油井的实际产能。对于鄂尔多斯盆地长7储层油井而言，相比直井段，致密油层发生井壁失稳的概率更高，钻探至中后期，钻杆的摩擦阻力会有所提升，致使卡钻等意外情况发生。鄂尔多斯盆地土地贫瘠、植被单一，生态系统稳定性差，因此对于环保工作提出了更高的要求，在此背景下构建致密油水平井环保钻井液体系，实现致密油开采的安全、绿色、高效具有积极意义。

关键词：致密油;水平井;环保钻井液体系

0.引言

现阶段在全球范围内，油田钻井活动愈加频繁，相对应的钻井液污染物给周边生态环境造成极为严重的破坏。为了实现人与自然和谐共处，在全球各国新颁布的环境标准当中对于环保工作提出了越来越高的要求。往往石油工业造成的危害会对周边地区造成严重的影响，这种影响在全行业范围内引起高度关注。所以开展致密油水平井环保钻井液体系对于石油工业安全、高效、绿色、环保具有积极意义。

1.致密油层与钻井技术难点

1.1地层岩石全岩与粘土矿物

使用X射线对致密油层地区岩石全岩与粘土矿物进行分析，经过分析得，岩层的主要成分是石英石，所占比例为50.2%-56.8%，长石其次，所占比例为21.7%-28.3%。具有较高的泥质质量分数，更低的黏土矿物含量，通常在3.5%-18.8%之间，在众多黏土矿物成分当中，伊利石是主要组成成分，伊蒙混层和绿泥石的含量也相对较高。[1]

岩石中存在一定量的碳酸盐，含量范围在5.1%-17.8%之间。伊利石、绿泥石具有更低的水化膨胀性，所以在实际勘探过程中需要分析水化分散风险，也正因为地层当中含有较高的岩屑，因此构建的钻井液体系需要主要实现强封堵强包被防止分散功能。

1.2储层孔渗特征

结合实际的岩心分析数据，发现致密油层的储层物性并不突出，岩石渗透率小于0.3mD，平均渗透率0.14mD，平均孔隙度9.5%。[2]结合公式1-1，带入表格数据可以计算出地层岩石拐点喉道半径为210nm，这就说明致密釉层含有丰富的纳米孔隙，而为了进一步提升封堵效率，需要使用更加专业的封堵剂纳入到钻井液体系当中提升封堵效率。

2.致密油层钻井液技术难点

2.1水平段井壁失稳

处于鄂尔多斯盆地的致密油层主要成分是岩屑长石砂岩、长石碎屑砂岩，并且含有大量的泥质粉砂，具有丰富的纳米级空隙。[3]通过地质勘探工作可以了解到，钻探到水平段时很大程度上容易出现泥质粉砂岩，致使出现井壁掉块或者是塌方的发生。由于浸泡时间过长，水平井段钻井液会引起矿物水化膨胀，最终造成脱落。伴随着钻井的不断深入，钻具、井壁之间的摩擦系数、摩擦力也在不断提升，这就进一步加剧了塌方事故的发生，水平井段无法实现正常钻进，因此使用新型环保钻井液体系需要具备更强的抑制性，保证井壁的稳定，实现安全生产。

2.2携砂能力与井眼净化

相比常规的直井相比，受到重力、钻井需求影响，水平井段的直径会比普通井口的直径更大，也正因如此在水平段井钻进的过程中，钻具无法保证持续剧中钻进，这是因为钻井液会除掉钻井岩屑，并且在重力作用下鉆井岩屑会下落，这些岩屑堆积在钻具的周围，而随着岩屑的数量越来越多，钻具也无法持续进行钻进，除非钻井液具有杰出的携沙能力，可以有效清洁井眼，才可以保证钻具的持续钻进。

3.新型环保钻井液体系研究与性能评价

3.1选择处理剂

处理剂主要包括抑制剂、降滤失剂、防塌封堵剂、润滑剂。

（1）抑制剂选择

以有机盐抑制剂离子为例进行分析，HCOO - 离子可以与中和电荷的方式实现与粘土端面的正电荷结合，这种方式可以在很大程度上降低粘土颗粒的负电性，最大程度上减小黏土矿物的水化膨胀能力。在这一过程中，HCOO - 离子与水分子结合生氢键，在氢键的作用下这些水分子不会自由移动，钻井液滤液粘度得到提升，致使钻井液难以继续推进。降低体系的水活度构成反渗透作用，在反渗透作用下形成一种底层孔隙水进入到井眼的倾向，泥页岩的水化作用下降，对泥页岩水化膨胀、分散具有一定的抑制作用。

（2）润滑剂选择

钻井时使用润滑剂的目的就是最大程度上减少钻进阻力，在基浆当中分别注入0.5%的 RY-818、RY-828、RY-838、XCS-3、GD-2 、HLR-3润滑剂，经过16小时的热滚以后对极压润滑系数进行测试，评价润滑剂性能，详见图1，可以看出RY-838、HLR-3具有最佳的润滑效果，因此在水平井段主要使用RY-838 和 HLR-3作为润滑剂。

结论

配置的钻井液样品浓度为1.20g/cm3，分别使用3.0%、5.0%.10.0%岩屑粉搅拌污染样品。50℃条件下测定120℃16小时的流动性、滤失性能。不同的污染条件下，120℃老化16小时，粘切力更低，可以满足致密油水平井降低循环压耗、有效悬浮加重剂、岩屑的实际需求，HTHP滤失量将下降至低于15.0ml，并且具有更加出众的韧性，由此使新型环保钻井液体系的性能达到实际钻井需求。加入白膨润土、钻屑以后， 新型环保钻井液体系具有更低的表观粘度，由此可见新型环保钻井液体系比传统的钻井液体系具有更加出众的抗污染性能。

参考文献

[1]顾雪凡，王棚，高龙，陈刚，张洁.我国天然高分子基钻井液体系研究进展[J].西安石油大学学报（自然科学版），2020，35（05）：83-91.

[2]宣扬，刘珂，郭科佑，宋兆辉，钱晓琳，林永学.顺北超深水平井环保耐温低摩阻钻井液技术[J].特种油气藏，2020，27（03）：163-168.

[3]李旭方，熊正强.抗高温环保水基钻井液研究进展[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（09）：32-39.