威遠頁巖氣水平井高密度柴油基鉆井液應用

2022-03-21 05:39:40王學軍劉欣宇蔡傳洲

化工設計通訊 2022年3期

王學軍，王華，劉欣宇，蔡傳洲，梁雷

（中石化華東石油工程有限公司六普鉆井分公司，江蘇鎮江 212009）

西南地區威遠區塊處于川中古隆中斜平緩帶西南部的低陡褶帶，地層向下依次為侏羅系沙溪廟組、涼高山組、自流井組，三疊系須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關組，二疊系長興組、龍潭組、茅口組、棲霞組、梁山組，志留系龍馬溪組，奧陶系上統五峰組等層位。威遠頁巖氣井為三開制水平井，目的層是龍馬溪組，起初針對三開鉆井采用的高密度水基鉆井液顯現摩阻大、井眼凈化難、井壁失穩、流變性難控制，以及改用油基鉆井液暴露的高溫破乳、重晶石粉沉淀、流變性差等問題，通過改進柴油基鉆井液乳化劑的耐溫性能，優化封堵劑組合，匹配水活度等技術措施，確保了柴油基鉆井液密度達2.21g/cm3的22口頁巖氣水平井鉆井的井下安全。

1 技術難點

威遠非常規頁巖氣高密度柴油基鉆井液的基油為柴油，組分有結構簡單的直鏈烷烴和異構烷烴，還含有環烷烴和芳香烴，柴油的黏度指數相對較低，有利于平衡高地層孔隙壓力條件下鉆井液高密度流變性能的調整；按照相似相溶性理論，柴油作為非極性溶劑，要求鉆井液處理劑的具有較高的非極性，便于改善高密度鉆井液的封堵性，減少濾失量降低損耗，改善濾餅質量，穩定井眼。

1.1 井壁穩定

威遠頁巖氣目的層龍馬溪組巖性石英含量較高，上部為灰色、深灰色頁巖，下部灰黑色、深灰色頁巖互層，底部見深灰褐色生物灰巖，頁巖層層理結構、微裂隙和裂縫發育，易使井壁發生層間剝落，引起井下復雜[1-4]；龍馬溪組地層孔隙壓力57.48~62.38MPa、壓力系數1.60~1.85，為平衡地層壓力和防止井壁失穩，鉆井液密度為1.98~ 2.21g/cm3。技術措施為：

（1）根據地層壓力及時提高合理的鉆井液密度，并維持密度穩定避免大幅度的波動，平衡地層坍塌壓力。

（2）選用非極性降濾失劑配合納米級剛性和柔性材料，提高鉆井液近井壁封堵能力。

（3）提高柴油基鉆井液水相礦化度，降低活度，防泥頁巖地層吸水失穩。

1.2 高密度性能維護

威遠頁巖氣目的層龍馬溪組井底溫度103~130℃、出口溫度58~72℃。鉆進時受溫度和各種親水固體進入影響，高密度加重材料的懸浮沉降穩定性難維護，高密度柴油基鉆井液性能易失穩，性能維護難度大[5-6]。技術措施為：

（1）引進耐溫乳化劑，提前預配乳化漿體，勤維護補充消耗，維持高密度柴油基鉆井液較高溫度的乳化穩定性。

（2）實時監測鉆井液各項性能，及時調整鉆井液的油水比、堿度和氯根，確保各處理劑的作用得以發揮。

（3）優化循環系統和固控設備的配置，確保振動篩、離心機的使用效率，滿足及時清除劣質有害固相需要。

（4）維護重點使用優質重晶石粉，控制好鉆井液六速旋轉黏度計￠6讀數在10~17和￠3讀數在6~12，確保高密度柴油基鉆井液的沉降穩定性。

1.3 長水平段凈化減租

威遠頁巖氣水平井的井身結構如表1所示，水平段長1 500~2 500m，易形成巖屑沉積，摩阻大。技術措施為：

（1）保持鉆井液低剪切速率下六速旋轉黏度計￠6和￠3具有較高讀數，控制鉆井液初、終切差值，有利于攜帶懸浮巖屑。

（2）提高鉆井液的動切比，鉆進過程間隔大排量洗井，結合油基稠漿舉砂。

（3）改變井筒內巖屑堆積和運移形態，優化井眼軌跡，變化鉆具組合與活動方式，防止形成巖屑床沉積，并能及時破除,見表1。

表1 威遠頁巖氣水平井井身結構

2 高密度柴油基鉆井液技術

2.1 地面準備

（1）按配方70% 0#柴油+3.2%主乳化劑+0.8%輔乳化劑+1%潤濕劑+2%液體瀝青+1.5% CaO+1.5%有機土+3%降濾失劑+26%CaCl2水溶液，準備基礎油、處理劑、重晶石粉等。

（2）洗凈所有油基鉆井液應用循環系統，固控設備、加重系統、各循環罐蝶閥開關正常完好，并防止各級固控的排砂槽巖屑和廢液進入循環系統。

（3）準備能容約100m3的轉換罐，便于回收利用鉆井液。

2.2 高密度柴油基鉆井液配制

（1）攪拌先放入配制罐內的柴油，按配方順序添加各處理劑，混入速度為50~75kg/min，加完一種處理劑后攪拌30~120min。

（2）將預配的26% CaCl2水溶液緩慢加入油相，加完后長時間攪拌，監測所配漿性能。

（3）在預處理罐中，均勻加入重晶石粉，將柴油基鉆井液密度逐步提高至2.3g/cm3，再按循環周混入井內循環柴油基鉆井液，使井內柴油基鉆井液達到所需密度。

（4）如老柴油基鉆井液可改造再用。65%老漿+35%膠液+重晶石粉加重至所需密度，其中膠液配方：80% 0#柴油+20%的28% CaCl2水溶液+3.5%主乳化劑+2%輔乳化劑+3%潤濕劑+1.5%封堵劑+1.5%降濾失劑+2% CaO。

2.3 高密度柴油基鉆井液井漿轉換

（1）計算柴油基鉆井液用量、鉆井液泵排量、頂替時間。

（2）將預配制30% CaCl2水溶液15m3作前置液泵入井后，緊接著泵入預配好的柴油基鉆井液。

（3）頂替出井筒內的原水基鉆井液，集中處理。

2.4 高密度柴油基鉆井液維護調整

威遠區塊柴油基鉆井液日常維護，以柴油膠液形式預先配置，配方：4%主乳化劑+1%輔乳化劑+0.05%潤濕劑+1%液體瀝青+1.5~2%CaO+2%~3%降濾失劑，一般保持在15m3存量，用于補充消耗。

2.4.1 乳化穩定性

目前，農村教育研究領域對新型職業農民的精準教育培訓研究主要集中在2個方面。一方面，積極進行農民的教育培訓工作，通過投入教育資源的方式，對傳統農民進行技術教育、經營能力教育，使傳統農民具備現代新型職業農民的基本素質；另一方面，通過農業高等教育，對擁有一定文化基礎的學生開展新型職業農民的素質培育，以此培養學生成為新型職業農民的接班人。本文在以供給側農業改革需求為導向的新型職業農民教育培訓分析中，提出農村教育應當具有全面性和持續性，不應因文化基礎不同而采取有選擇的教育方式。因此，提出了精準教育體系下的集體學習機制，即利用集體學習方式，實現農村就地教育的開展，幫助傳統農民提升認識、知識和技術等。

穩定破乳電壓，減少親水固相和外來水進入鉆井液，及時補充主輔乳化劑乳化劑和潤濕劑，破乳電壓持續降低時增大主輔乳化劑乳化劑用量；根據出口柴油鉆井液檢測結果補充CaO、CaCl2，控制堿度在1.8~2.6間，「Cl-」在20 000~28 000mg/L。

2.4.2 高密度流變性

正常鉆進過程中，根據出口柴油鉆井液檢測結果，增大預配的26%CaCl2水溶液水相來提高黏切，增大油相來降低黏切；維持固控設備清除效率有利于流變性穩定；加入加重材料要及時補充乳化劑和潤濕劑；水平段長后期添加提切劑。

2.4.3 濾失造壁性

日常檢測到濾失量變大，濾液不含水時補充氧化瀝青、有機土等親油膠體含量；在濾失量持續增大，濾液油水共存時，防止高密度柴油基鉆井液破乳，需要及時補充主輔乳化劑和潤濕劑達所需濃度。

2.4.4 防漏失封堵

3 現場鉆井液性能

高密度柴油基鉆井液施工22口井的過程中，以W204H34-1井性能為例見表2，在一定井溫條件下流變性穩定，隨井深增加細巖屑侵入黏度切力升高明顯。高密度柴油基鉆井液密度三開后，依據地質設計提示的地層壓力系數，并借鑒鄰井實鉆鉆井液性能，一般維持鉆進密度為2.06~2.21g/cm3。在實鉆過程中，根據鉆進參數，返砂及實測氣測值的大小、后效氣測值的數值、單根氣的含量，相應調整高密度柴油基鉆井液密度。龍馬溪組水平段地層微裂縫發育井漏風險較大，實時關注鉆井液出口密度，及時通過添加加重材料控制鉆井液的密度，在保證安全作業的前提下，為保護產氣層，盡可能采用低密度鉆進。

表2 高密度柴油基鉆井液部分井漿性能

3.1 馬氏漏斗黏度

現場鉆井液油水比對流變性能黏切影響很大，實鉆時低油水比黏度大出高油水比高20~50s；高密度柴油基鉆井液馬氏漏斗黏度隨井深變化，馬氏漏斗黏度在60~76s逐漸增大。

3.2 靜切力

現場使用油基鉆井液時，維持測鉆井液時低剪切速率下有較高讀值，使得油基鉆井液提高低剪切力，有助于降低鉆井液加重料重晶石粉或巖屑沉降現象；高密度柴油基鉆井液靜切力隨井深變化，初切在3~6Pa左右，終切在4~12Pa逐漸增大。

3.3 高溫高壓濾失量

現場油基鉆井液濾液呈現油相而非水相，是油基鉆井液保護產氣層和穩定泥頁巖層的重要原因，高溫高壓濾失量控制在3mL向下，用瀝青類降濾失劑、彈性樹脂復配強化封堵降濾失，也減少了油基鉆井液的損耗；柴油基鉆井液120℃、3.5MPa高溫高壓濾失量隨井深變化，高溫高壓濾餅薄而致密，高溫高壓濾失量能保持在1.8~3mL。

3.4 堿度

現場柴油基鉆井液檢測的堿度呈現持續下降趨勢，由于處理劑的持續消耗，柴油基鉆井液體系導電性增強，將導致油基鉆井液性能發生突變，及時補充儲備堿，保證鉆井液的堿度在1.0以上；高密度柴油基鉆井液堿度隨井深變化，隨著井深增加，堿度逐漸降低，須及時補充CaO，保持油基鉆井液乳狀液的穩定性。

3.5 破乳電壓

現場柴油基鉆井液高油水比能有效增加鉆井液穩定性，破乳電壓值從600V提升至1 020V，結合油基鉆井液費用和現場作業方便，鉆進過程中油水比一般保持在70/30~80/20；實踐中發現高溫高壓濾液是否含水與柴油基鉆井液乳化穩定性密切相關；高密度柴油基鉆井液破乳電壓隨井深變化，見表3，隨著井深增加，破乳電壓緩慢上升，能維持在500V以上。