成膜封堵劑FDM-1在油基鉆井液中的應用

李俊材， 唐浩然， 劉銳可

(1中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術服務公司 2四川大學化學學院 3成都西油華巍科技有限公司)

0 引言

FDM-1是一種納米-微米級高分子聚合物乳液產品，可通過濾失在孔隙性地層表面形成致密的高分子膜。同時該產品可以提高濾餅的致密程度、增強韌性，有效穩定井壁。該產品在水基鉆井液中，已顯示出封堵防塌，有效解決起下鉆掛卡，滑動定向托壓問題的效果突出，并得到逐步推廣應用[1]。

盡管頁巖氣開發廣泛使用油基鉆井液，它能很好地抑制泥頁巖的水化膨脹，防止因水化膨脹引起的井壁不穩而導致的井壁垮塌，但并不能有效地解決液相壓力傳遞引起的井壁失穩問題[2-7]。卡鉆、埋卡儀器的事故時有發生[3,8-11]。為了更好地解決問題，將成膜封堵劑FDM-1引入油基鉆井液中，提高其成膜封堵效果，改善濾餅質量，增強防塌、防卡能力。為此，開展了室內評價和現場應用試驗，取得了很好的效果。

該產品具有非滲透、可變形的特性，在地層孔隙、裂隙中形成致密的封堵層，起到封堵、改善濾餅、降低摩阻的作用[1]。

1 成膜封堵劑FDM-1室內實驗評價

1.1 粒徑分析

FDM-1可抗150℃，經過150 ℃熱滾 16 h后仍具有較好的分散性。

實驗方法：在兩個高速攪拌杯中分別量取 300 mL蒸餾水，再分別加入 12.0 g FDM-1試樣，高速攪拌 10 min，超聲分散 5 min。其中一份作為熱滾前待測試樣，另外一份裝入陳化釜中，于 150 ℃下熱滾 16 h。取出冷卻至室溫，高速攪拌 1 min，用JL-1197 型激光粒度分布測試儀測試3份待測樣的粒徑。結果見表1。

表1 FDM-1老化前后粒徑分布

從表1可知，FDM-1常溫下在納米-微米級均有良好分布，在150℃下熱滾后仍具有良好的乳化分散穩定性，在井下高溫環境中對泥頁巖微-納米尺度的孔隙和裂隙仍可以起到良好的封堵作用。

1.2 成膜效果評價

FDM-1在油基鉆井液中可抗130℃，經過130 ℃熱滾 16 h后仍具有較好的成膜封堵效果。

實驗方法：按3#白油240 mL，乳化劑12.00 g，濃度為25%的CaCl2鹽水60 mL的加量，高速攪拌20 min，配制兩份油基乳液漿。在其中一份中加入12.00 g的FDM-1，高速攪拌10 min。兩份漿分別裝入陳化釜中，于130 ℃下熱滾16 h。取出冷卻至室溫，高速攪拌10 min，測試兩份漿的API濾失量，測完濾失量后的濾紙備用；再將API濾失儀泥漿杯中的乳液漿換成3#白油，分別用上述兩張帶濾餅的濾紙測定濾膜的透失量。結果見表2。

表2 130 ℃熱滾 16 h后成膜效果評價實驗

由表2、圖1可知，FDM-1在油基鉆井液中能有效成膜，抗溫能力可達150℃，且形成的膜致密穩定，表面光潔平整，濾膜透失量大大降低，可有效阻止乳液穿過濾膜，體現出良好的封堵性。

1.3 FDM-1與油基鉆井液的配伍性評價

實驗方法：按3#白油240 mL，乳化劑12.00 g，生石灰9.00 g，有機土9.00 g，降濾失劑12.00 g，濃度為25%的CaCl2鹽水60 mL的加量，高速攪拌50 min，再加重至密度2.0 g/cm3，高速攪拌30 min，配制三份油基鉆井液。在其中兩份分別加入0.8%、1.2%的FDM-1，于130 ℃下熱滾16 h，冷卻后在50℃下測試其性能，在130℃下測定高溫高壓濾失量。結果見表3。

圖1 做完API濾失量的濾餅對比

表3 FDM-1與油基鉆井液的配伍性實驗

由表3看出，FDM-1對油基鉆井液的流變性能影響不大，高溫高壓濾失量降低明顯，濾餅更致密光潔，厚度更薄。故FDM-1與油基鉆井液配伍性良好，能進一步降低濾失量，改善濾餅質量。

2 現場應用情況

2.1 N216H19-4井

N216H19-4井是一口位于四川盆地長寧背斜構造中奧頂構造南翼的頁巖氣水平井。目的層龍馬溪組地層巖性為上部灰色頁巖，下部為黑色頁巖，屬于脆性特征頁巖，易碰撞掉塊；頁巖層理發育，局部位置裂縫、斷層發育，地層破碎，在鉆井液浸泡下易于剝落掉塊。

鉆井過程中使用白油基鉆井液配合?215.9 mm鉆頭鉆進。鉆至4 005 m時井底返出較多掉塊，掉塊最大直徑4～5 cm，厚度1～2 cm。同時出現嚴重的起鉆倒劃眼掛卡，扭矩增大蹩停頂驅現象。由于掉塊嚴重，增斜鉆井只能降低鉆壓至40～60 kN，且加壓極不穩定，轉速低，僅為20 r/min，扭矩在2～8 kN·m之間不規律波動。針對這一情況，分兩次加入成膜封堵劑FDM-1共8.0 t，占井漿中的比例約為2.4%。加入FDM-1后掉塊消失，后續鉆進正常，起下鉆劃眼平穩，鉆壓可平穩的提高到100 kN，鉆速可提至80 r/min，提速期間，扭矩在6～18 kN·m之間有規律的波動，并最終趨于平穩。加入FDM-1前后鉆井液性能見表4。

2.2 W202H65-2井

W202H65-2井位于四川盆地威遠構造，目的層志留系龍馬溪組巖性為黑色頁巖。鉆井中使用白油基鉆井液，密度在1.98～2.0 g/cm3之間?？紤]到同平臺鄰近井已經完成了壓裂作業，地層的穩定性存在風險，極易出現井漏、井壁失穩等問題。為了保證井壁穩定，減少掉塊卡鉆，在該井使用了3 t成膜封堵劑FDM-1，占井漿中的比例約為1.0%。

表5表明，在使用成膜封堵劑FMD-1的過程中，鉆井液實鉆性能優良穩定，流變性好，黏切適中，且FMD-1的加入對高溫高壓濾失量有明顯降低作用，形成的濾餅比加之前更薄，更致密，韌性更好。

表4 N216H19-4井加入FDM-1前后鉆井液性能

表5 FDM-1與W202H65-2井井漿的配伍性

從現場數據情況來看，FDM-1確實有助于降低鉆井液消耗量，正常鉆進鉆井液損耗從10～12 m3/100 m降低至7～8 m3/100 m。在實鉆過程中，加入FDM-1前，下鉆到底循環，有較多掉塊返出，掉塊約3～5 cm，厚1～1.5 cm；加入FDM-1后，下鉆到底循環，僅有零星掉塊返出，在正常鉆進時，基本上沒有掉塊返出，體現出了鉆井液良好的封堵防塌效果。

此后，FDM-1在油基鉆井液中得到逐步推廣使用，在貴州AY1-4HF井、AY1-3HF井，威遠WY41-2井，長寧N209H49-8/-7/-5、N209H20-1/-2/-3、N209H43-5/-4/-3/-2/-1、N209H26-6/-3/4/-5、N209H37-7/-1、N209H36-3等井中均獲得了很好的應用效果。在鉆井過程中，加0.5%～2.0%的FDM-1，可以很好地預防掉塊、垮塌。

3 結論與建議

1)成膜封堵劑FDM-1是一種水包油聚合物乳液，可在油包水乳液自身乳化劑的乳化作用下，均勻分散于其中，通過濾失形成致密的高分子膜。這種高分子膜具有非滲透、可變形的特性，在地層孔隙、裂隙中形成致密的封堵層，起到封堵、改善濾餅、降低摩阻的作用。

2)水基鉆井液用成膜封堵劑FDM-1在油基鉆井液中可抗130℃高溫，能夠成膜，使濾膜透失量大大減小，同時與油基鉆井液配伍性能良好。

3)現場應用中，在油基鉆井液中加入成膜封堵劑FDM-1可在井壁成膜，在地層孔隙中形成致密的封堵層；同時通過改善濾餅質量，減少鉆井液濾失，從而提高油基鉆井液封堵防塌能力，減少掉塊，對穩定井壁起到了積極有效的作用。

4)建議持續在油基鉆井液中進行推廣應用，尤其是水平井段，可以減少鉆井液濾失，很好的預防掉塊、垮塌。