高溫高密度油基鉆井液在四川盆地頁巖氣井中的應用

侯為民 (中石化江漢石油工程有限公司鉆井二公司，湖北 武漢 430206)

汪夯志 (荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000)

自2014年9月起，在四川盆地探明涪陵、威遠、長寧、威榮等整裝頁巖氣田，頁巖氣累計新增探明地質儲量突破萬億立方米，產能達135×108m3，累計產氣225.80×108m3[1,2]。然而，龍馬溪-五峰組多以硬脆性泥頁巖為主，其微裂隙、裂縫發育，具有井底溫度高、地層壓力系數高等特點，施工過程中會遇到如鉆井液性能不穩定、井壁失穩等難題，為此，在四川盆地頁巖氣井中開展了高溫高密度油基鉆井液應用研究。

1 技術對策

1.1 解決黏度和破乳電壓的突變問題

1)研發新一代潤濕反轉劑，改善體系的潤濕性和穩定性。

2)研發長時間耐高溫抗污染的新型材料，如降濾失劑和封堵劑等，使體系在長周期作業中性能穩定。

3)保持油基鉆井液內相中水相含量及氯化鈣的低質量分數。

4)鉆井過程中提高鉆井液密度過程的把控和預處理。

1.2 解決井壁失穩問題

1)調整合適的鉆井液密度和流變性。觀察振動篩注意返砂量與返砂巖性、形狀等，根據返砂情況對鉆井液性能進行調整。

2)采用納微米封堵劑對微裂隙形成有效的支撐和填充，提高鉆井液的封堵防塌性能[3]。

3)控制鉆井液水相活度低于地層水活度，防止地層中的黏土礦物因水化、膨脹、分散而導致井壁失穩[4]。

2 室內評價

2.1 潤濕反轉劑

油基鉆井液體系中主乳化劑和輔乳化劑自帶潤濕功能，在早期涪陵區塊中低密度(1.3～1.9g/cm3)油基鉆井液作業中能保持良好的性能，但在四川盆地頁巖氣區塊高密度(≥2.0g/cm3)油基鉆井液的應用中存在乳化劑潤濕性不足的現象[5～7]。為此，筆者自行研發了新一代潤濕反轉劑。當大量的重晶石和鉆屑等親水性的固體顆粒侵入油基鉆井液時，潤濕反轉劑可使其顆粒表面迅速轉變為油濕，且能較好地懸浮在油相中，滿足鉆井施工過程中提高密度和抗固相侵污的要求[8～10]。潤濕反轉劑的室內評價數據如表1所示。加入潤濕反轉劑熱滾后，動切力保持較低，黏度相對穩定，破乳電壓較高。

表1 乳化劑和潤濕反轉劑對油基鉆井液性能的影響

注：NΦ6、NΦ3分別為六速黏度計上6、3r/min的讀數；油基鉆井液密度為2.2g/cm3；配方中的百分數均為質量分數。下同。

2.2 新型降濾失劑

在基漿中加入降濾失劑HIFLO-2，評價結果如表2所示。熱滾前常規降濾失劑HIFLO-1對油基鉆井液性能影響不大，長時間熱滾后出現了明顯的增稠和降破乳電壓的現象。但加入降濾失劑HIFLO-2后，長時間熱滾后增稠和降破乳電壓的現象均得到有效遏制。

2.3 水相中CaCl2

針對高溫高密度油基鉆井液水相中CaCl2的質量分數進行了評價試驗，結果如表3所示。25% CaCl2鹽水配制的油基鉆井液遇鉆屑侵污后，長時間老化增稠明顯，破乳電壓下降。15% CaCl2鹽水配制的油基鉆井液遇鉆屑侵污后，長時間老化黏度穩定，且破乳電壓穩定上升。

3 現場應用

3.1 施工工藝

先泵入6m3隔離液，然后泵入油基鉆井液，小排量將隔離液頂替出鉆頭后，大排量循環頂替，連續作業直至隔離液返出井口。轉換油基鉆井液結束后，大排量循環2個循環周以上，在充分剪切和循環油基鉆井液后，再測量鉆井液各項性能，優化調節至滿足鉆井設計要求。

表3 不同質量分數CaCl2對油基鉆井液性能的影響

3.2 維護措施

①考慮到地層壓力的升高，轉漿后應盡量降低鉆井液的黏度，預留足夠的空間以應對地層異常壓力情況下的鉆井液加重能力，使加重后的鉆井液仍然具有較低的黏度和較好的流變性。②在油基鉆井液鉆井期間，出現破乳電壓下降的情況時，增加主、輔乳化劑加量，同時調整堿度至設計范圍。措施后加密監測，直至破乳電壓和流變性等性能調整到設計范圍內。③密切監測油水比，控制油水比在80∶20～85∶15的范圍。④保持較低的黏度和較高的切力，特別是鉆井作業后期，可引入流型調節劑調控油基鉆井液性能。

3.3 應用效果

在四川盆地頁巖氣長寧、威遠等區塊井的應用中，現場作業井鉆井液性能長期穩定、攜砂性好、沉降穩定性好、摩阻小、機械鉆速高，縮短了鉆井周期。同時可降低柴油的用量，節約成本。

4 認識與結論

1)室內研發出新一代潤濕反轉劑、降濾失劑，研究水相中氯化鈣的質量分數對油基鉆井液性能的影響，成功解決了油基鉆井液在高溫高密度條件下流變性及穩定性控制的難題。

2)改進后的高溫高密度油基鉆井液在四川盆地頁巖氣井中成功應用，縮短了鉆井周期，節約了經濟成本。