深層頁巖氣油基鉆井液承壓堵漏技術(shù)

聶天宇

（新疆貝肯能源工程股份有限公司，新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依 834000）

根據(jù)過去施工生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗(yàn)來看，油基鉆井液的使用能夠有效避免頁巖氣開發(fā)過程中出現(xiàn)的塌陷、污染、不穩(wěn)定等事故，在高溫深井和水平井中有極佳的應(yīng)用效果。深層頁巖氣的儲藏深度非常大，能夠在三千多米的地下存在，該位置的地層壓力非常高，稍有不慎就可能出現(xiàn)開采的質(zhì)量問題，為了避免這一問題，有必要對本課題進(jìn)行深入探索。

1 國外油基堵漏技術(shù)

深層頁巖氣開發(fā)指的是埋藏深度大于3 500m、在高地層壓力條件下進(jìn)行的一種開發(fā)工作，在這個深度下地層壓力從1.45～1.50上升到1.60～1.80，再加上地層微裂縫在這個階段開始發(fā)育，底層破碎的嚴(yán)重性有所提升，在進(jìn)行鉆井開采時必須要盡可能提升地層的承壓能力，利用油基鉆井液進(jìn)行封堵處理。現(xiàn)在我國的承壓堵漏過程中，使用的材料一般還停留在水基堵漏材料階段，這些材料具有極其突出的親水性，在鉆井環(huán)境下會發(fā)生膨脹、降解，很難長時間保持堵漏的有效性，與油基鉆井液也難以順利結(jié)合，最后的封堵效果可見一斑。所以說對國外的油基鉆井液堵漏技術(shù)進(jìn)行研究就顯得十分重要。

根據(jù)我國某地區(qū)頁巖氣開發(fā)過程中發(fā)生的泄漏情況、現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果等，對油基鉆井液的使用和防漏堵漏技術(shù)進(jìn)行深入分析。具體來說，要求在定向工具未取出的情況下進(jìn)行堵漏，小漏洞可以在鉆進(jìn)的過程中堵住、而大漏洞則要盡快堵住，一般來說都能在短期內(nèi)完成有效的封堵。堵漏技術(shù)的操作原理非常簡單，主要可以理解成變形封堵，顆粒填充、解決滲透，利用硬性封堵劑的性質(zhì)，就能夠使之停留在某個泄漏縫隙當(dāng)中并且形成基礎(chǔ)性的架橋，而后柔性粒子就能夠解決填塞層滲透問題，最后形成硬度可觀的堵塞層，這樣一來地層的承壓能力必然會有所提升，解決了頁巖氣開發(fā)中常見的返吐問題，更解決了鉆井施工以后發(fā)生泄漏的可能性。具體來說，在選擇堵漏材料時應(yīng)考慮以下幾個方面的因素：第一，考慮其材質(zhì)。堵漏材料和油基鉆井液之間必須要相對穩(wěn)定，不能發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，堵漏材料不會影響鉆井液正常發(fā)揮作用，同時還應(yīng)該具有一些防水耐高溫的性能。第二，考慮材料的粒子直徑。為了最快完成堵漏操作，堵漏材料的顆粒直徑一般需要在3mm 以下，這樣一來其才能通過定向工具實(shí)現(xiàn)封堵，目前常見的堵漏材料粒子直徑大概分成50～150μm、150～250μm、1 000～1 400μm 與2 000～2 500μm 四種。第三，考慮材料的加量。根據(jù)國外專家的研究結(jié)果來看，封堵裂縫時其封堵材料的加量一般在15%以下為宜。

2 堵漏技術(shù)的現(xiàn)場實(shí)踐應(yīng)用

2.1 技術(shù)配方與評估

2.1.1 油基鉆井液基礎(chǔ)配方

根據(jù)頁巖氣開發(fā)工作現(xiàn)場施工的需求，在對有機(jī)土加量進(jìn)行合理控制的前提下，對其他類別的處理劑進(jìn)行有序使用，形成耐100～220℃高溫、密度在0.85～2.2的油基鉆井液配方。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)以后可以發(fā)現(xiàn)，在鉆井液油水比發(fā)生變化以后，配方的效果仍然比較穩(wěn)定，乳化效果極佳，破乳電壓在400V 以上，能夠滿足施工中所需要的封堵需求。

2.1.2 封堵降耗技術(shù)配方

油基鉆井液的抑制效果十分可觀，也通過了試驗(yàn)檢測，然而在具體的鉆進(jìn)操作中不可避免地會遇到輕微裂縫等情況。油侵入時往往會給井壁結(jié)構(gòu)帶來一定的損耗，埋下了井壁坍塌等質(zhì)量隱患，另外在液壓差的影響下，循環(huán)所需要的能量非常多。對頁巖氣開發(fā)、油基鉆井液的實(shí)際使用情況進(jìn)行分析以后，可選用凝膠微球封堵劑、3%的纖維封堵劑等進(jìn)行綜合處理，同時還可以結(jié)合頁巖氣開發(fā)中不同的實(shí)際情況，構(gòu)建凝膠微球?yàn)橹黧w的封堵降耗技術(shù)。另外，還可以利用高溫失水儀器對鉆井液在高溫高壓下的滲透效果進(jìn)行研究，經(jīng)過一系列的測試可以發(fā)現(xiàn)，在封堵材料的幫助下濾餅厚度降低到1.5mm 左右，滲透率降低近98%。不難發(fā)現(xiàn)，封堵材料的使用提升了封堵的效果和性能，封堵降耗技術(shù)的有效性得到了驗(yàn)證。

2.2 現(xiàn)場使用

2016 年1 月到9 月，中石化公司在我國某工區(qū)內(nèi)執(zhí)行了三十余口油基鉆井液的作業(yè)施工任務(wù)，進(jìn)尺深度在66 000m以上，除了一小部分地區(qū)出現(xiàn)了由地質(zhì)條件特殊導(dǎo)致的井漏事件之外，鉆井施工十分順利，中井壁的穩(wěn)定性未受到影響，井直徑的穩(wěn)定性十分可觀，井眼干凈整潔，液動塑比大于0.2，單口井的鉆井液使用量在400m3左右，根據(jù)本次施工操作可以總結(jié)以下經(jīng)驗(yàn)：

第一，高溫高壓流變控制。根據(jù)過去多年來的實(shí)踐嘗試和理論研究結(jié)果可以看出，鉆井液的可壓縮性能十分可觀，而溫度壓力等數(shù)據(jù)則會影響其流動變形程度，在高溫高壓的條件下，井底結(jié)構(gòu)和地面結(jié)構(gòu)的流變性有極大差異。為了掌握井底結(jié)構(gòu)中鉆井液的流變狀態(tài)，可以在高溫高壓條件下進(jìn)行研究，研究時需要根據(jù)礦區(qū)的具體情況，開發(fā)高溫高壓流變控制技術(shù)。另外，施工現(xiàn)場的油基鉆井液主要表現(xiàn)出黏度低等特點(diǎn)，在溫度提升以后其動塑比為0.2～0.4，帶砂狀態(tài)符合實(shí)際需求，能夠保證井眼的整潔程度。在實(shí)際操作中，可選用密度為1.51g/cm3、油水比為17:3的油包水鉆井液，對井深為1 000m、1 500m、2 000m 時的鉆井液性能進(jìn)行記錄。最后發(fā)現(xiàn)，在溫度和壓力數(shù)據(jù)發(fā)生變化的情況下，流變數(shù)據(jù)一般呈現(xiàn)不斷下降的狀態(tài)。

第二，鉆井液損耗量控制。為了盡可能降低油基鉆井液的使用數(shù)量、提升地層的承壓能力，可以選擇全井段封堵策略，主要對高滲透地層進(jìn)行有效的封堵，從而降低鉆井液的損耗量，這種嘗試具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。經(jīng)過統(tǒng)計以后發(fā)現(xiàn)，施工當(dāng)年的鉆井液循環(huán)損耗量小于0.076m3，和去年同期的0.085m3比較起來，降低了8%左右，這證明了鉆井液損耗量控制技術(shù)的有效性。

第三，循環(huán)使用維護(hù)處理。在回收鉆井液時，施工人員往往面對著密度低、固相含量高、處理劑復(fù)雜等問題，為了解決這些問題，順利完成回收，一般需要采取以下策略：利用離心機(jī)降低低密度固相含量，根據(jù)情況使用乳化劑從而提升鉆井液的流變性，另外在儲存的過程中需要安排人員定期進(jìn)行拌和、取樣，對其性能進(jìn)行分析檢測，使之維持穩(wěn)定。還需要合理地確定鉆井液的比重并且進(jìn)行混合，根據(jù)業(yè)內(nèi)固定的規(guī)格評估性能，完成循環(huán)利用。2016年1月與9月，中石化公司執(zhí)行的封堵任務(wù)中，共配制鉆井液14 000余立方米，回收鉆井液近7m3000m3、補(bǔ)充新漿7m3000m3左右，回收率在48%左右，整體回收效果十分可觀。

2.3 承壓堵漏施工期間的注意事項(xiàng)

必須要先應(yīng)用正注方法進(jìn)行操作，在油基鉆井液注入量越來越多的情況下，泵送和套管所需要承載的壓力會有所提升，發(fā)生開裂的可能性不斷增加，因此在發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象時需要停止泵送，經(jīng)過2h 后再繼續(xù)操作。在檢測到立管壓力大于3Mpa 的時候，利用反擠技術(shù)進(jìn)行操作，直至套管壓力穩(wěn)定方可停止。

3 結(jié)語

利用國產(chǎn)油基鉆井液對頁巖氣水平井內(nèi)部進(jìn)行處理，能夠避免鉆探操作中出現(xiàn)的開裂問題，確保從起鉆、電測到套管施工的穩(wěn)定性，是一種積極有益的嘗試。為了提升我國頁巖氣開發(fā)能力、也為了解決開發(fā)中封堵技術(shù)落后的問題，在今后的發(fā)展中，應(yīng)對深層頁巖氣油基鉆井液承壓堵漏技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步探究。