頁巖油藏油基鉆井液技術

劉振東 劉國亮 高 楊 李海斌

1.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東 東營 257000；

2.中石化勝利石油工程有限公司渤海鉆井總公司，山東 東營 257200

0 前言

勝利油田羅家區塊地層屬于濟陽坳陷沾化凹陷羅家鼻狀構造帶，該構造帶是一個近南北向的大型水下隆起，北臨渤南洼陷，南靠陳家莊凸起。 羅家鼻狀構造帶在沙三段時期沉積了數百米的暗色泥頁巖，本區新生界古近系地層被數條北西向延伸的盆傾斷層切割，形成斷階帶。 據該區實鉆和物探資料分析，設計井區沙三段油、泥頁巖裂縫發育，易形成泥頁巖裂縫油氣藏。 梁頁1 HF 井位于濟陽坳陷東營凹陷利津洼陷帶南坡梁頁1 HF 塊較高部位。 利津洼陷沙三下-沙四上時期，盆地處于斷陷-坳陷階段，沉降速度加快，湖盆的沉積環境逐漸由濱淺湖轉變為半深湖-深湖，因而從下到上發育了以油頁巖、泥巖及灰質泥巖為主的地層。 對羅家及喬莊區塊泥頁巖水化穩定性進行研究， 有助于明確泥頁巖的穩定性機理，優選鉆井液體系，保證該區塊鉆井過程中的井下安全。

1 鉆井液對泥頁巖水化穩定性影響

1.1 泥頁巖滾動回收率實驗

利用泥頁巖滾動回收率實驗考察泥頁巖水化作用對巖石穩定性的影響，見圖1。 從實驗結果看，巖屑的清水回收率達到82.4%，柴油基鉆井液回收率高達99%，說明該地層巖屑在柴油基鉆井液中不易水化分散。

圖1 泥頁巖滾動回收率實驗結果

1.2 巖石相對強度評價實驗

將羅67 井頁巖井段巖心在室內利用不同鉆井液浸泡，然后分別測定泥頁巖聲波傳遞速度，評價巖石相對強度，見表1。

由于巖石相對強度和聲波傳遞速度成正比，根據實驗結果，柴油基鉆井液浸泡后巖石的聲波傳遞速度降低率明顯低于水基鉆井液，因此證實柴油基鉆井液對泥頁巖的水化作用最弱，較有利于井壁穩定。

表1 聲波傳遞實驗結果

1.3 不同鉆井液動失水實驗

泥頁巖滾動回收率實驗中，柴油基鉆井液的回收率高于水基鉆井液，其泥頁巖水化抑制性較好，這跟鉆井液濾失進入地層的水有很大關系。 利用動失水儀測定了柴油基鉆井液和胺基鉆井液的動態濾失量，定量考察了濾失量大小對泥頁巖水化作用的影響，見圖2。

由圖2 可見，柴油基鉆井液的動態濾失量遠遠低于胺基鉆井液，進入地層的濾失小，自然水化作用就會弱。

從上述實驗結果可以看出，油基鉆井液泥頁巖水化穩定性好，原因在于：

a）濾失量小，可有效防止泥頁巖水化；

b） 抑制性好，對泥頁巖水化作用弱，不易使泥頁巖微裂縫開啟，保證了泥頁巖的井壁穩定［1-3］。

圖2 動失水實驗結果

2 油基鉆井液性能評價及現場應用

2.1 鉆井液性能評價

柴油基鉆井液配方：〔（柴油+CaCl2溶液）（油水比80∶20）〕+3%主乳化劑+1.5%輔乳化劑+2%潤濕劑+4%有機土+2.2% 堿度調節劑+3% 降濾失劑+3% 乳化封堵劑+5%復合封堵劑。

柴油基鉆井液配方性能評價實驗結果見表2。

白油基鉆井液配方性能評價結果見表3。

由表2～3 可知，柴油基鉆井液和白油基鉆井液配方塑性黏度和動切力較為合理，具有良好的流變性；同時破乳電壓均在500 V， 具有較好的電化學穩定性； 老化后，鉆井液性能基本保持不變，也說明了鉆井液體系的抗溫性。 這些指標都說明柴油基鉆井液和白油基鉆井液配方能夠滿足現場使用條件［4-5］。

表2 柴油基鉆井液配方性能評價實驗結果

表3 白油基鉆井液配方性能評價實驗結果

2.2 現場應用

油基鉆井液在渤頁平1 井、渤頁平2 井及梁頁1 HF井進行了現場應用， 表現出了良好的頁巖抑制效果、潤滑能力以及井眼清潔能力。

渤頁平1 井采用柴油基鉆井液施工，完鉆井深4 335.54 m，套管下入至3 748.86 m。 本井三開所鉆井段為油泥巖、油頁巖，裂縫發育，極易出現坍塌掉塊。 使用油基鉆井液鉆進期間，鉆屑上返及時、均質、棱角分明，無掉塊返出，電測井段井眼擴大率≤3%，后期井壁失穩后，在油氣顯示活躍條件下，優質的鉆井液保證了劃過井段井壁的穩定性，為后期工程施工奠定基礎。

渤頁平2 井作為勝利油田第二口頁巖油水平井，該井三開采用白油基鉆井液施工， 無任何復雜事故發生。該井井徑規則，井眼擴大率為2.3%，成功解決了三開井段泥頁巖井壁不穩定、長水平段井眼清潔難等問題。 該井水平位移1 329.75 m，水平段881.88 m，平均機械鉆速達到8.22 m/h，鉆井速度較渤頁平1 井有大幅提高。

梁頁1 HF 井位于濟陽坳陷東營凹陷利津洼陷帶南坡梁頁1 HF 塊較高部位。 該井采用白油基鉆井液施工，完鉆井深3 961.97 m，水平段長626.2 m，位移1 003.16 m。該井三開施工順利，無任何復雜事故，成功解決了該區塊三開井段泥頁巖井壁不穩定的難題。

3 現場應用中的問題及對策

3.1 乳液穩定性

油基鉆井液使用中，必須確保乳液的穩定性［6-10］。 目前，衡量乳液穩定性的主要指標是破乳電壓。 當鉆遇水層引起地層水侵入，或當大量鉆屑進入鉆井液，乳化劑和潤濕劑在鉆屑表面吸附導致其過量消耗而未能及時補充時，乳液穩定性就會變差，需要及時補充乳化劑和潤濕劑，并注意調整好油水比，盡快恢復其原有穩定性。從現場情況來看，渤頁平1 井油基鉆井液隨循環剪切時間的增長，鉆井液的破乳電壓呈增大趨勢，由最初的947 V 增大至1 500 V 左右。 鉆進期間鉆屑及加重材料等固相不斷進入鉆井液中， 為保證油基鉆井液的乳化穩定性，現場有針對性地適當補充乳化劑及潤濕劑，保證了油基鉆井液的乳化穩定性，在后期鉆井液多次經受高壓

油氣污染及大量集中加入加重材料的情況下，鉆井液的破乳電壓仍能保持在1 400 V 左右。

3.2 封堵性

盡管油基鉆井液具有很強的抑制性，但對于一些層理和微裂縫發育的硬脆性和破碎性地層，油的侵入仍然會帶來地層的不穩定因素，故油基鉆井液的封堵問題仍然不能忽視。 可通過采用乳化瀝青和納米封堵顆粒的復合封堵作用來提高鉆井液的封堵性能。 鉆井液封堵劑優選實驗見表4。

表4 鉆井液封堵劑優選實驗

此方法在現場應用中獲得了較好的封堵效果。 渤頁平1 井通過添加乳化瀝青、納米封堵顆粒及降濾失劑等材料，控制鉆井液的HTHP 濾失量在2.4 mL 左右，因而該井鉆井液封堵性良好， 未出現任何井壁失穩的現象。又如梁頁1 井鉆進至3 526 m，實施短起下作業時出現漏失，通過加入乳化瀝青及納米封堵材料，堵漏過程中井壁穩定，未出現任何掉塊、坍塌等情況，說明鉆井液封堵性強。

3.3 原油污染

鉆遇油層時，原油會溶于油基鉆井液，導致鉆井液流變性變差。 因此，在采用油基鉆井液鉆開油層時，必須重視原油污染的預防和處理工作。 渤頁平1 井在鉆進至4 264.86 m 后就曾出現多次油氣侵現象， 地層油氣不斷侵入鉆井液中，造成鉆井液黏切上升，性能變差。 故油基鉆井液配方必須有較好的抗原油污染能力。 從室內研究來看，研制的油基鉆井液可以抗18% 的原油污染，抗原油污染效果比較理想，見表5。 另外，現場可采用基油稀釋的辦法調節黏切，并通過適當加入乳化劑及潤濕劑來保證鉆井液流變性和乳化穩定性。

表5 鉆井液抗原油污染性能評價

3.4 油基鉆屑及鉆井液回收處理

油基鉆屑及鉆井液對環境的污染較大，雖然現在使用白油基低毒油基鉆井液，但鉆井液里面的芳烴物質對環境仍有污染。 因此，需要對油基鉆屑和鉆井液進行謹慎處理，保證其使用過程的環保安全。 目前，在現場可通過油基鉆屑及鉆井液全回收處理的辦法來解決環境友好性問題；也可使用油基鉆屑的隨鉆處理裝置，通過對鉆屑的清洗，達到安全排放的標準，同時對油基鉆井液進行回收處理并重復利用，可大大提高油基鉆屑的處理速度，簡化油基鉆井液處理工藝和操作程序。 油基鉆井液回收處理工藝示意見圖3。

圖3 油基鉆井液回收處理工藝

4 結論

a）油基鉆井液濾失量小， 可有效防止泥頁巖水化；且油基鉆井液抑制性強，對泥頁巖的水化作用弱，可進一步阻止泥頁巖的水化分散，因而更有利于泥頁巖的井壁穩定。

b）通過在渤頁平1 井、 渤頁平2 井及梁頁1 HF 井的應用，說明研制的油基鉆井液體系抑制性強、潤滑性好，能夠滿足頁巖地層的要求。

c）在油基鉆井液使用過程中， 要根據現場情況，及時合理補充乳化劑和潤濕劑，保證乳液穩定性；同時要及時加入封堵材料，提高封堵能力，保證井壁穩定性。

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