涪陵頁巖氣水平井鉆井液防滲漏技術

譚希碩

(中國石化江漢油田分公司地質工程設計監督中心，湖北潛江433124)

涪陵頁巖氣水平井鉆井液防滲漏技術

譚希碩

(中國石化江漢油田分公司地質工程設計監督中心，湖北潛江433124)

針對涪陵地區頁巖層中層理裂縫發育的地質特性，研制出防滲漏油基鉆井液，用于頁巖氣大位移水平井的鉆井施工。在涪陵大安寨區塊和涪陵礁石壩區塊現場使用表明，防滲漏油基鉆井液封堵頁巖層微裂縫防滲漏的效果顯著，鉆井液清洗井眼、穩定井壁抑制防塌、潤滑防卡的能力滿足涪陵地區鉆大位移水平井的施工要求。防滲漏油基鉆井液的成功應用，提高了機械鉆速，降低了故障復雜時間，縮短了建井周期，為高效開發頁巖氣資源提供了技術支撐。

涪陵頁巖氣水平井;微裂縫;防滲漏;油基鉆井液;井壁穩定

涪陵地區頁巖地層受構造及成巖作用的影響，頁巖地層的層理裂縫發育，具有顯著的層理裂縫特征，層中存在著大量的微裂縫及蜂窩狀小孔洞。目前開發頁巖氣均采用鉆長段水平井的方式，井眼在頁巖層內水平延展過程中，在井底壓差及鉆井液與地層流體活度差的作用下，頁巖地層井壁的強度和應力發生變化，誘發頁巖微裂縫擴展延伸，在液柱壓力的作用下，膠結質量差的微裂縫及蜂窩狀小孔洞位置處極易發生破裂、張開，形成滲漏(漏失)通道，引發鉆井液向井筒周邊滲漏(漏失)，當鉆井液滲透到頁巖層中天然的縫隙、裂縫及薄弱層面時，頁巖將膨脹分散，影響井壁的穩定性，引發井眼失穩甚至造成鉆井作業故障及事故。鉆進過程中鉆井液的滲漏(漏失)不僅造成井壁失穩，而且導致現場作業時間、工作量、材料消耗量增加，作業成本上升。頁巖層的滲漏問題，是井壁失穩的根源性因素之一，解決了頁巖層的滲漏問題，可望從源頭上有效預防井壁失穩，為實現優快鉆井、保障施工安全奠定基礎。

1　防滲漏油基鉆井液的研發

1．1作用機理

鉆頁巖氣水平井目前均選用油基鉆井液，油基鉆井液有良好的井壁穩定、潤滑、防卡和井眼清洗性能［1-2］。由于頁巖層滲漏的危害很大，為了阻止鉆井液及其濾液大量侵入頁巖層微裂縫及蜂窩狀小孔洞，切斷頁巖水化膨脹及垮塌的外在條件，針對涪陵地區頁巖氣產層井段巖性特點，研制防滲漏油基鉆井液［3］。通過向鉆井液中恰當地添加多種封堵材料，使封堵劑擠入微裂縫，使井眼周邊形成致密的保護帶，以解決頁巖層微裂縫發育所致的滲漏問題，提高地層的承壓能力，降低漏失的風險。

室內試驗篩選出FD-C成膜劑、FD-L及FD-F井壁穩定劑。FD-C成膜劑是一種油基鉆井液成膜封堵劑，用于提高井壁承壓能力，穩定井壁，降低濾失;FD-L及FD-F為瀝青類井壁穩定劑，可以在井壁形成致密的瀝青保護帶，變形后擠入孔隙及裂縫中，封閉濾失通道，達到穩定井壁與降低濾失的作用。使用FD-C、FD-L及FD-F等封堵材料對于消除壓差卡鉆、抗鹽類污染也有一定的作用。

1．2井壁承壓能力評價［4］

室內評價了FD-C、FD-L、FD-F在油基鉆井液體系中的承壓能力。FD-C加量為3%時最大的承壓能力達到5．6 MPa，FD-L加量為3%時最大的承壓能力為6．3 MPa，FD-F加量為3%時最大的承壓能力為7．0 MPa，綜合各種因素，這三種封堵材料復配到油基鉆井液中，承壓能力達到了9 MPa，現場應用可望有效提高地層的井壁承壓能力。

1．3鉆井液封堵性能評價

室內采用熱滾后的油基鉆井液。在100℃的條件進行評價，為了進一步考察所建立的油基鉆井液體系，以及各種封堵材料的封堵性能，根據儲層孔隙度大小，采用不同目數的砂子進行油基鉆井液封堵性能評價。

通過對三種封堵材料封堵性能評價發現，三種材料加入后，分別采用40～80目以及80目以上的砂子作填砂管，鉆井液的侵入深度都在2．0 cm以下。試驗表明油基鉆井液體系加入封堵材料后在微裂隙中封堵性能較好。

2　鉆井液現場配制與維護處理

2．1防滲漏油基鉆井液基漿的配制

涪陵防滲漏油基鉆井液配方組分為:柴油+2．4%主乳化劑+1．6%輔乳化劑+1．5%CaO+1%有機土+1%增粘劑+3%降濾失劑+3%FD-L+3%FD-F+水相+3%FD-C+重晶石。鉆井液的油水比為80∶20。

配方中的處理劑均通過混合漏斗高剪切加入，各處理劑加入的先后順序不能顛倒，且每加入一種處理劑應循環、攪拌20～30 min后再加入下一種處理劑，使處理劑能夠很好地分散到柴油中，確保油基鉆井液的乳化效果。

2．2防滲漏油基鉆井液現場維護原則與措施

鉆井液的油水比通過乳化劑和CaCl2水溶液來調節，前期保持油水比80∶20，后期逐漸提高到90∶10，以獲得良好的高溫流變性，配出的鉆井液應始終維持穩定的乳化狀態(電穩定性大于600 V)。補充新配的油基鉆井液基液時，要按照循環周法細水長流形式逐步加入到循環體系中，保證循環體系的性能均勻、穩定。

控制鉆井液的HTHP濾失量在3 mL以內，使井壁上形成光滑薄韌的泥餅，降低鉆具與井壁的摩擦力，提高鉆井液的潤滑性，以保證增斜段和水平段的正常鉆進。除降濾失劑以外，加入的乳化劑、潤濕劑、增粘劑都具有較好的降低濾失的效果。FD-L和FD-F可以有效地提高鉆井液的濾失控制效果，FD-F在降低濾失的同時對體系流變影響較小;在需要提粘并降低濾失時適度加大FD-L的用量是一個好的選擇。

可通過適當增加油基鉆井液中的有機土含量或加入油基增粘劑等措施來提高鉆井液的動切力、靜切力，提高懸浮攜帶能力的同時封堵微裂縫，達到提高地層的承壓能力。

鉆進過程中充分使用好固控設備減少鉆井液中的有害固相，維持鉆井液密度在設計范圍。如果鉆進過程中出現固相含量升高，用離心機清除有害固相并結合加入適量柴油進行稀釋，使油基鉆井液性能穩定。鉆進中使用高溫降濾失劑，控制鉆井液的高溫高壓失水量遠低于設計要求，用油基成膜劑加強泥餅質量和鉆井液的封堵性，阻止過多的濾液進入地層，提高井壁的穩定性，防止頁巖底層水化膨脹坍塌，鉆進中適當補充乳化劑、樹脂瀝青等維持鉆井液穩定性及防塌性，并控制鉆井液粘度65～100 s，動塑比不低于0．3，以確保鉆井液的攜砂性。

進入水平段之前及時補充液體瀝青和乳化劑、細顆粒的封堵材料用以填充井壁，提高鉆井液的防塌、封堵能力，防止頁巖段出現掉塊，滿足水平段頁巖地層的正常鉆進。視情況進行短期下鉆拉劃井壁，保證井眼干凈、井壁規則穩定。進入水平段后，隨著水平段的增長，及時補充足量的液體瀝青、乳化劑、潤濕劑等提高體系的防塌封堵能力、高溫穩定能力，保證水平段的正常鉆進。

鉆進中定時監測油基鉆井液的各項性能指標，并根據監測數據確定鉆井液維護處理的方案措施，經室內小型試驗驗證后再進行現場實施。

3　應用效果

3．1涪陵大安寨區塊

涪陵大安寨區塊的井均為淺層大位移水平井，技術套管以下裸眼井段存在多套壓力系統，存在壓力敏感地層，密度窗口窄。井塌、井漏、井噴的風險并存。采用防滲漏油基鉆井液鉆水平段，各井鉆井液使用情況見表1。

表1　涪陵大安寨區塊鉆井液使用情況表

對于垂深接近2 000 m的常壓地層而言，用不超過1．2 g/cm3的鉆井液密度即可平衡地層壓力，但從表1中可見，4口井的實鉆密度均大于1．7 g/cm3。如此高的鉆井液密度，對于多套壓力系統并存的裸眼井段，鉆井液的承壓、封堵性能不過關，薄弱層的滲透性漏失量必然非常大。表1中所列各井的鉆井液日補充量很小，表明了使用的防滲漏油基鉆井液的承壓、封堵性能滿足了施工的特殊需求。

同時，表1中鉆井液的高溫高壓濾失量最大的僅2．2 mL，均未超過設計要求的3 mL，濾失量控制得越低，鉆井液的防滲漏、防塌、封堵性能就越強，穩定井壁的效果也越明顯。實測FY2-2HF井水平段井眼平均井徑擴大率7．8%，FY4-2HF水平段井眼平均井徑擴大率6．4%，FY6-2HF水平段井眼平均井徑擴大率僅為5．01%，這些數據表明各井的鉆井液防塌、封堵效果顯著，穩定井壁抑制防塌的作用突出。

3．2涪陵焦石壩區塊

在涪陵大安寨區塊應用成功后，隨著中國石化涪陵國家級頁巖氣示范區建設的全面啟動，防滲漏油基鉆井液開始在涪陵焦石壩區塊大規模推廣使用，截止到2014年10月底，已完井110多口。涪陵焦石壩頁區塊首批頁巖氣水平井均為大位移水平井，為了檢驗防滲漏的效果，統計了最先使用防滲漏油基鉆井液施工的3口井水平段鉆進時的鉆井液日損耗量，焦頁9-2HF井為2．3 m3、焦頁7-2HF井為2．7 m3、焦頁5-2HF井為3．0 m3，與普通油基鉆井液相比降低了40%以上。

表2列出了最先使用防滲漏油基鉆井液施工的3口井實鉆鉆井液性能。3口井鉆井液使用情況良好，鉆進中鉆井液性能穩定，抑制防塌、潤滑、防漏效果達到了預期的目標，解決了頁巖氣長水平段水平井鉆探中的潤滑防卡、懸浮攜帶、井壁穩定等各項技術難題，保障了中國石化涪陵頁巖氣產能示范區的整體開發進度。

表2　焦石壩已完鉆井油基鉆井液性能表

這3口使用防漏油基鉆井液的水平井在焦石壩區塊創下多項施工紀錄:焦頁9-2HF在長達1 530 m的水平段施工過程中，未發生任何井下復雜，創下了國內陸上頁巖氣同類水平井段最長紀錄;焦頁5-2HF在1 530 m水平段鉆進僅用時152．5 h，機械鉆速達15．81m/h，創造焦石壩地區水平段鉆進單只鉆頭、單根螺桿、一趟鉆的單項記錄;焦頁7-2HF三開水平段復合鉆進突破日進尺412 m，創焦石壩工區三開水平段日進尺最高記錄。

4　結束語

防滲漏油基鉆井液較好地解決了頁巖氣水平井鉆探中防滲漏、穩定井壁抑制防塌的難題，鉆井液封堵頁巖層中微裂縫的效果顯著，鉆井液清洗井眼、潤滑防卡的能力同樣也滿足了涪陵地區鉆井地質、工程施工的要求，施工中起下鉆、電測、下套管順利，井壁穩定、井眼暢通。防滲漏油基鉆井液的成功應用，提高了機械鉆速、降低了故障復雜、縮短了建井周期，為高效開發非常規頁巖氣資源提供了技術支撐。但防滲漏油基鉆井液僅僅對頁巖層中微裂縫的封堵效果顯著，無法有效封堵頁巖層中大的裂縫，應用中需要進一步研究攻關，以期研制出能夠封堵較大裂縫的優質高效防漏鉆井液來滿足安全優快施工的需求。

［1］王中華．頁巖氣水平井鉆井液技術的難點及選用原則［J］．中外能源，2012(4):43－47．

［2］劉曉東．油基鉆井液的化學分析測試研究［J］．石油天然氣學報，2012(1):146－148．

［3］岳前升，向興金，李中，等．油基鉆井液的封堵性能研究與應用［J］．鉆井液與完井液，2006(5):40－42．

［4］劉清峰，劉建忠，敖耀庭，等．地層承壓能力的影響因素分析［J］．內蒙古石油化工，2011(13):34－37．

Drilling Fluid Anti-Leakage Technology for Shale Gas Horizontal Well of Fuling Area

TAN Xi-shuo
(Design and Supervision Center for Geological Engineering，Jianghan Oilfield，SINOPEC，Qianjiang 433124，Hubei，China)

According to the geological characteristics of the fractured shale bedding layer in Fuling area，the paper develops the anti leakage of oil base drilling fluid for drilling shale gas in large displacement horizontal wells．Early in the anti leakage oil base drilling fluid formulation in Fuling area，the indoor test R＆D achieves a lot of success．The field application in Da’anzhai block site and in Fuling rock dam block shows that the effect of anti leakage of oil base drilling fluid shale on micro crack sealing is remarkable;the drilling fluid cleaning hole，borehole stability of anti sloughing，lubricity and anticard capacity all meet the construction requirements of large displacement horizontal well drilling in Fuling area．The successful application of anti leakage of oil based drilling fluid improves the mechanical drilling speed，reduce the failure of complex time，shortens the drilling cycle，and provides a technical support for the efficient development of shale gas resources．

Fuling shale gas well;micro crack;seepage prevention;oil base drilling fluid;wellbore stability

TE25

B

1008-9446(2015)01-0010-04

2014-12-02

譚希碩(1968－)，男，江蘇徐州人，中國石化江漢油田分公司地質工程設計監督中心工程師，主要從事鉆井液設計、監督工作。