環保型合成基鉆井液在長寧H6-6井成功應用

李　娜，梁海軍

（1.陜西延長石油研究院，陜西西安710075；2.川慶鉆探工程公司鉆采工程技術研究院，陜西西安710018；3.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安710018）

環保型合成基鉆井液在長寧H6-6井成功應用

李娜*1，梁海軍2，3

（1.陜西延長石油研究院，陜西西安710075；2.川慶鉆探工程公司鉆采工程技術研究院，陜西西安710018；3.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安710018）

長寧H6平臺“一場雙機”工廠化現場被定為國家級頁巖開發示范區示范點，利用合成基鉆井液進行環保型鉆探作業。鉆探目的層為下古生界龍馬溪底部L3主力氣層，碳質含量高及脆性大，斜井段穿越L1、L2兩段裂縫性主力氣層，鉆井液安全密度窗口范圍0.04～0.06g/cm3，密度過高、斜井段裂縫性漏失，密度過低，水平段井壁失穩。屬于典型的壓力敏感地層。根據同平臺已鉆井經驗，在長寧H6-6井三開斜井段及水平段成功應用了環保型合成基鉆井液體系，該體系鉆井液具有低毒環保、強抑制性、強封堵性和良好流變性能等特性，成功兼顧了清潔環保和壓力敏感地層安全快速鉆井雙重標準化生產模式，為長寧頁巖氣的開發打下了堅實的技術基礎。

環保型；承壓封堵性；化學抑制性；壓力敏感地層

長寧H6平臺是長寧區塊頁巖氣工廠化鉆探示范區，H6-6井完鉆井深4340m，鉆探目的層為長寧下古生界龍馬溪頁巖層。井場周邊人口居住密度大，油基泥漿清潔化生產難度大。該井在三開先用空氣鉆井至2081m后，采用合成基鉆井液體系至完井，整個鉆井過程順利，未出現環境污染和井壁失穩等復雜情況，電測一次成功率100%，下套管用時60h，整個過程順利無遇阻現象。

1　長寧地區頁巖氣開發難點

長寧H6平臺清潔環保化生產要求通過減少鉆井液有害化學物質和有毒化學處理劑來降低油基鉆屑的處理難度，提高鉆井液回收利用率，實現清潔化生產。

長寧區塊構造位置川南古坳中隆低陡構造區與婁山褶皺帶之間，屬于構造復合體。地層傾角起伏大，地層應力分布不規律，無法求得規律性地層坍塌壓力和漏失壓力；龍馬溪地層巖性成份復雜，碳質含量高，層理發育，水平段易垮塌。鉆井液安全密度窗口需要現場根據井下情況實時調整。通過利用鉆井液強封堵性和化學抑制性來克服地層坍塌壓力不明確的瓶頸。

2　油基泥漿體系優選

通過對H6平臺已完鉆的H6-1井油基泥漿水平段使用效果總結，認識到長寧區塊頁巖氣開發井屬于典型的窄密度鉆井窗口。儲層水平段井壁穩定控制難度大，龍馬溪組上部裂縫發育，地層承壓能力弱，要求泥漿比重低，下部地層井壁易剝落，要求泥漿比重高，同一套泥漿體系很難滿足。利用泥漿密度控制井壁穩定性空間有限，在綜合考慮體系高溫高壓穩定性、流變性、封堵性及強抑制性后，最終優選配方如下：

基礎油+30%CaCl2水溶液（質量體積比為25%～35%）+（3%～5%）主乳化劑+（2%～3.5%）輔乳化劑+ （2%～3%）潤濕劑+（1%～1.5%）流型調節劑+（2%～3.5%）降濾失劑+（2.5%～3%）多級粒子硬性封堵劑+ （1%～2%）塑性封堵劑+（1.5%～2.5%）液相封堵劑+ （1.0%～1.5%）CaO+重晶石（視密度而定）。

2.1環保型評價

常規油基泥漿具有強抑制性、抗高溫、抗污染能力強及儲層保護的同時，也存在著顯著的環保問題，廢棄油基泥漿及鉆屑含有大量酚類化合物、礦物油及有毒物質，對環境造成污染。本次合成基鉆井液配方優選既要滿足鉆井工程安全、優質、快速、高效的需求，還要滿足環保排放標準，不污染井場及周圍的環境，不影響施工人員的健康安全等條件。

針對H6平臺儲層特點，采用以白油和人工合成酯為基液的合成基無土低固相鉆井液，特點是芳烴含量低、環保型處理劑、無腐蝕性、生物毒性低和良好的熱穩定性，符合工業生產環保要求。無土低固相有效減小油基泥漿對井場及儲層的污染，同時大大降低巖屑處理難度。合成基鉆井液抗地層水污染強、抑制頁巖礦物水化分散效果好，有利于井壁穩定和鉆井提速。

2.2強封堵性

龍馬溪儲層礦物組成復雜，微裂縫發育，易水化剝落，發生井壁失穩，要求鉆井液具有強封堵能力。根據H6-1實鉆經驗，在儲層龍馬溪頁巖地層斜井段和水平段鉆進時，在泥漿體系中加入剛性和彈性結合隨鉆單向壓力封堵劑及碳酸鈣1250/325，封堵劑以碳酸鈣為主，以碳酸鈣325及剛性隨鉆封堵劑對微裂縫進行橋接，塑性隨鉆封堵劑進入并填充橋接孔隙，最后由碳酸鈣1250配合塑性封堵劑進行表面覆蓋和修復，達到高效封堵微裂縫的目的，避免井漏惡性事故的發生。

在室內實驗室對已篩選出的合成基鉆井液體系的封堵性能進行了實驗，通過FANN滲透堵漏儀（PPA）進行封堵性測試。本次使用體系封堵效果如表1所示。

表1　鉆井液體系封堵性測試數據

實驗測試用巖芯板的滲透率為10mD、100mD、1000mD，在120℃、25MPa條件下，經過實驗，濾失量均為0，說明該體系具有良好的封堵性能。

2.3化學抑制性

H6-1井施工情況可以得到長寧地區龍馬溪頁巖儲層地層應力敏感，當地層被打開時，地層應力分布受到破壞，機械支撐不準確，另外長寧區塊頁巖儲層屬于弱水敏地層，但裂縫發育2～10μm，極易受到泥漿或濾液侵入發生井壁失穩。因此本體系鉆井液著重考慮了對油基泥漿HTHP失水和水相活度的控制，控制合適的HTHP濾失量，太少可以減少濾液滲入微裂縫，但不利于形成堅韌的泥餅。同時保持較低的水相活度，從化學上解決井壁失穩問題。

3　現場應用

H6-6井在使用空氣鉆井鉆穿石牛欄組進入龍馬溪組后，在井深2081m處轉化為合成基鉆井液體系。地層傾角范圍為下傾6.7°～9.2°，在井深2990m進入A靶后，根據先期臨井地層對比和隨鉆伽馬測量值的導向，以80°～83°井斜實時調整軌跡，實施水平段鉆進，最終在井深4340m完鉆，水平段長度為1350m。

3.1環保型合成基鉆井液應用效果

本次H6-6井優選精制工業白油和人工合成酯作為合成基鉆井液的部分基礎油，經過減壓蒸餾餾分，兩次加氫精制而成，嚴格控制芳烴含量在5%以內，同時將合成酯在基礎油中含量提高至35%以上，從鉆井源頭降低環境污染和后期鉆屑處理難度。H6臺MI SWACO公司采用甩干機脫干法配合離心機對鉆屑進行現場處理，通過甩干機處理出來的巖屑含油量低于5%～7%時，否則做重復處理，鉆屑被回收到巖屑處理廠，進一步經過巖屑分餾法的處理，使白油質量分數低于1%，完全可以滿足API排放標準。從甩干機出來的液相經過離心機的進一步處理可作為鉆井液基礎油循環利用，從而達到節能減排的目的。

基礎油在巖屑上的滯留量對控制或減少基礎油損失及環境污染起著重要作用。粘度影響鉆井液在巖屑上的滯留量，基礎油粘度越高，鉆井液在巖屑上殘留量越大。其他影響因素包括乳化劑、潤濕劑及基礎油的化學性質。

表2　不同鉆井液巖屑處理效果對比

由表2可以看出使用環保型合成基鉆井液，巖屑處理效果明顯好于H6-1的全白油基鉆井液，主要原因在于H6-6井合成基鉆井液采用兩次精制低毒白油和合成酯作為基礎油，有效控制基礎油的粘度和芳烴、重質油等有害成份的含量，通過紅外光法測定合成基鉆井液中芳烴含量大大低于白油基鉆井液。重質油成份含量越低，處理鉆屑除油率越高，這是H6-6井巖屑處理后含油量低于H6-1井的原因。

其次合成基鉆井液的乳化劑、潤濕劑及流行調節劑等鉆井液處理劑全采用符合API環保標準的低毒、無毒材料，也在很大程度上降低了鉆井液及鉆屑的污染。

3.2保證井壁穩定技術措施

（1）采用試鉆法確定合理的鉆井液密度。頁巖儲層應力系統復雜，無法獲得規律性井下坍塌壓力剖面，鉆井液密度窗口的控制需要現場嘗試性確定。長寧H6-1井水平段鉆井液采用2.06～2.08g/cm3，多次出現黑色頁巖掉片（3cm×3.5cm），在逐步提到密度至2.1g/cm3發生了漏速為5～8m3/h的井漏，低排量和加隨鉆堵漏劑無果，最后降低比重至2.04～2.06g/cm3恢復正常，現場分析是由于鉆井液激動壓力太高、及鉆具剛性強，機械性碰撞井壁引起井壁失穩，誘發井漏復雜情況。

為驗證結論合理性，H6-6井全井段采用普通鉆桿和無磁承壓鉆桿，避免使用加厚鉆桿和無磁鉆鋌，上提下放鉆具及倒劃眼鉆壓及扭矩（8～10kN·m）無異常波動。水平段鉆井液采用如表2低密度和低流變性性能，在停泵接立柱時觀察出口鉆井液已斷流，證明1.9g/cm3的比重可以平衡地層壓力。接完立柱沒有泵壓峰值出現（因靜切力過高引起開泵困難），1個循環周后觀察振動篩無明顯掉塊返出。

（2）優選合理鉆井液流變性能及濾失量。由于長寧龍馬溪儲層傾角變化大，水平段井眼軌跡差。井底當量循環壓力偏高，地層裂縫發育，存在井筒“呼吸效應”，容易形成誘導性井漏和井壁失穩。

鉆井液流變性如表3所示，采用了較低的流變性以最大限度降低ECD和泵壓，控制井底循環當量密度附加值小于0.1g/cm3；該井在井深4200m、排量1670L/min的條件下，泵壓僅為19～20.5MPa；在滿足鉆井液低流變性，減小井筒“呼吸效應”的同時，要保證鉆井液懸浮力和井眼清潔能力。根據現場經驗，具體措施如下：

①R3控制在6以上，保證鉆井液懸浮重晶石能力；R6控制在井眼尺寸的1.1～1.3倍，確保井眼清潔，接立柱開泵下放鉆具順利。

表3　鉆井液流變性及濾失量性能表

②乳化劑加量應不低于2%，動塑比由初始0.18增加至0.31，流變性明顯得到改善。鉆井過程中巖屑攜帶順利，水平段無巖屑床，起下鉆順利。

③要嚴格控制HTHP濾失量，失水量控制合理。H6-6井在進入水平段2990～3081m期間，鉆井液比重超過1.90g/cm3后，發生2～5m3/h的漏失；將比重降低至1.84g/cm3以下，振動篩返出2cm×3cm的黑色頁巖掉塊。采用強封堵型鉆井液處理劑后，從井深3100～4340m完鉆，鉆井液比重從1.88g/cm3提高至1.97g/cm3，未發生鉆井液漏失。

（3）高效物理封堵性。長寧頁巖地層層理結構強、微裂隙發育，特別強調泥餅形成過程中的硬封堵、軟封堵及粒子級配。優化粒子尺寸分布和硬塑性粒子配比是提高泥餅封堵性的有效措施。H6-6進入頁巖地層后，提高封堵能力的措施如表4所示。

表4　鉆井液封堵劑明細表

H6-1井下?139.7mm套管至水平段時，套管每根帶一個?205mm扶正器，需要開泵旋轉下放，環空壓耗比正常鉆進大，地層發生微漏失；而停泵后，鉆井液出口不斷流，地層返吐鉆井液。開泵循環測后效，又無明顯氣測值，分析論證地層微裂隙存在圈閉壓力。下套管57.5h，共計漏失鉆井液17m3。而H6-6井60h，共計損失鉆井液2.7m3，由此可見，長寧H6-6井三開油基鉆井液的封堵能力比H6-1井大大增強，有效控制了頁巖裂隙和微裂隙在鉆井液侵入后發生滲漏的復雜情況。

（4）化學抑制性。頁巖儲層微裂隙發育，三開合成基鉆井液不僅增強了物理封堵性，更提高了化學抑制性。頁巖地層中水平段井壁的坍塌壓力大于同層直井井眼井壁的地層坍塌壓力，加之鉆井液侵入微裂縫形成毛細管力誘發頁巖層理間剝落，結果均會造成井壁失穩。實驗測得地層流體的活度范圍在0.56～0.74之間，鉆井液活度值保持在低于頁巖地層流體活度0.15左右，充分保證由于新漿乳化不充分、高溫高壓不穩定或粒度分布不均，造成HTHP失水突然增大，或濾液有水產生頁巖層理間毛細管壓力和頁巖膨脹造成井壁失穩。

①密切監測油水比、堿度、氯根離子含量等數據，結合鉆井新進尺及蒸發消耗量，給體系補充20%～35%氯化鈣水溶液3.5～5m3。

②如表3使體系維持較高的破乳電壓，每班至少測2次破乳電壓。及時預防地層出水破壞泥漿性能，鉆井液水分消耗過大，使鹽濃度過高而析出鹽晶體，均會造成鉆井液破乳電壓下降。

3.3長寧H6-6井保證井下安全工程技術措施

為保證井壁穩定，避免井漏發生，采取以下技術措施：

（1）鉆井液低流變性，三開使用雙泵1600L/min大排量鉆進，控制頂驅轉數30～40r/min，接立柱前根據扭矩變化情況劃眼1～2邊，必要時倒劃眼，目的是破壞巖屑床和虛泥餅，避免井眼不清潔引起壓力劇烈波動（甚至憋泵），誘發井塌。

（2）進入水平段后，嚴禁隨意增大鉆具組合剛性，避免鉆具剛性過強，機械性碰撞引發井壁失穩。

（3）每次接完立柱或起下鉆后初次開泵前，先旋轉鉆具破壞鉆井液的靜切力，再緩慢開泵頂通，至正常排量，避免激動壓力造成井壁失穩、井漏。

（4）頁巖儲層是典型的壓力敏感地層，易出現掉塊，嚴禁長時間定點循環和旋轉鉆具，應選擇下劃、上提或倒劃眼方式活動鉆具；接立柱堅持“晚停、早開”的原則，減少停泵真空期；鉆具在井眼中靜止時間不超過3min，活動鉆具不小于6m。

4　結論

（1）環保型合成基鉆井液的成功應用，證明該體系既能降低巖屑處理難度、節能減排、保護環境，又能滿足頁巖儲層坍塌壓力體系復雜、微裂縫發育、結構層理強鉆井技術要求，為環保型鉆井液在頁巖氣生產領域拓寬了思路。

（2）針對長寧區塊頁巖地層脆性、層理間次生應力紊亂。通過優化鉆井液堵漏材料的硬/軟封堵分布、粒子級配來提高泥餅一級封堵效果，利用鉆井液自身強封堵性和化學抑制性來提高井壁承壓和抗機械碰撞能力，降低井壁失穩的風險。

（3）通過試鉆法確定三開不同井段合理的密度窗口，為H6平臺及同區塊井組井壁穩定提供數據依據。

（4）保證懸浮和攜砂能力的條件下，利用高密度鉆井液低流變性來降低井底當量循環壓力，避免誘發性井漏復雜發生。

（5）采用物理、化學防塌相結合的方法，降低誘發性井漏和滲透壓力造成井壁失穩的復雜情況。

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TE254

B

1004-5716（2016）09-0083-04

2015-09-03

2015-09-17

李娜（1984-），女（漢族），山東荷澤人，工程師，現從事油氣田開發采收率研究工作。