頁巖水平段水基鉆井液技術

劉浩冰，趙素娟，陳長元，羅志剛

頁巖水平段水基鉆井液技術

劉浩冰，趙素娟，陳長元，羅志剛

（湖北省潛江市江漢石油工程公司鉆井一公司，湖北 潛江 433121）

龍馬溪-五峰組頁巖地層頁巖脆性礦物含量高，微納米級孔隙裂縫和層理發育，常規水基鉆井液無法滿足鉆進需要，針對龍馬溪五峰組頁巖裂縫發育等特性，提出吸附封堵提高承壓，強抑制強潤滑三管其下形成減弱水基鉆井液對頁巖強度弱化影響長效機制，構建了JHGWY-1高性能水基鉆井液，該體系具有較好的封堵性，160 ℃熱滾后保持良好的流變和低失水量，具備較強的抗污染能力，在涪陵焦頁××井等3口井三開代替油基鉆井液應用，在三開鉆、完井過程中，該體系表現出良好的封堵性、潤滑性及及時封堵裂縫抑制裂縫擴展的能力，完井作業順利，固井質量良好，說明該水基鉆井液能夠滿足涪陵頁巖區塊鉆完井工程需要。

鉆完井作業； 水基鉆井液；頁巖水平段

頁巖水平段水基鉆井液俗稱高性能水基鉆井液因環保良好，價格低廉，代替油基鉆井液是大勢所趨，國內外各大油服公司試圖研發實現水代油，目前各大油田各區塊已有成功應用水基鉆井液的案例[1]，油基鉆井液以自身良好的潤滑和抑制性，一直是水平段首選鉆井液[2]，但它環保壓力大，成本高。基于環保法規和經濟性的要求，亟需開發可取代油基的環保型水基鉆井液，國內外各大油服公司試圖研發實現水代油，目前各大油田各區塊已有成功應用水基鉆井液的案例[3]，但是由于水基鉆井液應用風險偏高，容易造成井壁失穩、垮塌、卡鉆等事故，國內各大油田在應用上慎之又慎，因此水基鉆井液的推廣收到限制和約束，本文通過分析頁巖區塊特性和存在的技術難點，提出相應水基鉆井液技術對策，研制了配套的高性能水基鉆井液JHGWY-1體系，該體系在三口井的應用中表現出良好的潤滑性、抑制性和封堵性，三口井施工順利，說明該體系可滿足頁巖水平段的鉆進需要。

1 五峰-龍馬溪組頁巖礦物分析

五峰-龍馬溪組頁巖黏土礦物主要以伊/蒙混層和伊利石為主，且伊/蒙混層中混層比非常低，幾乎全部為伊利石，膨脹性較強的蒙脫石含量極少，因此五峰-龍馬溪組頁巖總體活性較弱，膨脹性較差。下面幾組圖顯示五峰-龍馬溪頁巖裂縫層理發育明顯。

圖1 焦頁×井非組構選擇性裂縫氬離子拋光掃描電鏡圖

圖2 焦頁×井組構選擇性微裂縫氬離子拋光掃描電鏡圖

綜上所述，微裂縫發育、硬脆性頁巖、伊蒙混層黏土礦物是影響巖石水化前后強度變化的主要內在因素。

2 水基鉆井液對策

因此基于微納米尺度和宏觀頁巖井壁失穩機理分析，提出多元協同、及時強封堵與強抑制相協同水基鉆井液技術對策。

（1）提高封堵強化：龍馬溪組泥頁巖含微裂縫，要求水基鉆井液具有較強的防漏封堵能力，采用微納米封堵劑及時對微裂縫進行封堵；

（2）強化潤滑減阻：在水平段施工時隨著水平段的延伸，磨阻和扭矩逐步增大，水基鉆井液需具有優異的降摩減阻效果，采用長鏈醇胺酯類潤滑劑提高潤滑減阻性；

（3）強化抑制性：加入強抑制劑和包被劑，抑制表面水化和滲透水化，保持井壁穩定。

圖3 納米接枝顆粒吸附頁巖裂縫封堵

3 JHGWY-1水代油水基鉆完井液及其性能評價

利用微納米封堵劑吸附封堵、長效潤滑與強抑制相結合的水基鉆井液技術對策，有效保持頁巖穩定，通過對核心處理劑的嚴選，構建了高性能水基鉆井液配方，室內實驗表明，該體系表現出較好的封堵、抑制、潤滑，流變及抗污染等性能。

圖4 納米封堵劑粒徑分布圖

3.1 JHGWY-1體系封堵性能評價

體系中核心處理劑納米吸附封堵劑的粒徑范圍主要在60～800 nm之間，可實現對頁巖納米裂縫孔隙的有效封堵。

鉀基聚合物鉆井液和高性能水基鉆井液均在50 ℃條件下熱滾2 h，用FA型無滲透濾失量測定儀測試，對比在（20～40）目石英砂床中的漏失和滲入情況。

表1 體系封堵性能評價

實驗圖片見圖5、圖6。

圖5 回收巖心

（巖心顆粒較小但棱角分明）

圖6 砂床實驗封堵性良好

（最大侵入深度1.3 cm）

由上圖表可知：砂床實驗封堵性良好（最大侵入深度1.3 cm）。

3.2 JHGWY-1體系抗鹽、抗石膏、抗巖屑污染性能評價

分別對該體系進行鹽、石膏、巖屑污染評價，性能如表2。

結論：通過以上室內研究得出室內研究的頁巖氣JHGWY-1高性能水基鉆井液體系在密度1.38～2.03 g/cm3范圍內具有良好的流變性，對頁巖裂縫孔隙有很好的封堵能力，抑制性強，頁巖回收率達到99%，潤滑性能良好，沉降穩定性佳，可抗鹽15%以上，抗鈣5%，抗8%鉆屑污染，抗溫150 ℃。總體性能接近油基鉆井液。

4 現場應用

焦頁×井三開五峰-龍馬溪組地層采用JHGWY-1高性能水基鉆井液鉆進，造斜點井深：2 330 m A靶點井深：3 080 m，水平段長：1 570 m。完井、下套管順利，固井質量優良。

表2 頁巖氣JHGWY-1高性能水基鉆井液抗污染評價數據

圖7 高性能水基流型良好

該井三開鉆進工程中JHGWY-1水基鉆井液流變性能良好，該體系對井壁穩定起到了很好的效果。在鉆井施工過程中，以物理封堵和化學防塌相結合，根據井下情況控制合適的密度，盡可能的降低鉆井液的濾失量（API濾失量控制在2.0 mL以內，高溫高壓濾失量控制在7 mL以內），提高和改善泥餅質量，減少鉆井液濾液進入地層，起到了很好的防塌和穩定井壁的效果。應用證明該體系流變性好，懸浮攜帶性能強。

5 結論

JHGWY-1高性能水基鉆井液在鉆井施工中性能穩定，流變性良好，攜巖返砂正常，潤滑性良好，無掉塊，起下鉆、下套管和固井施工作業均比較順利。這表明研制的高性能水基鉆井液完全滿足頁巖氣各項正常鉆井需要，具備水替油能力，可在同類井推廣應用，為頁巖氣開發鉆井用鉆井液提供選擇空間和新的思路。

［1］JULIOCM,ERICVO,RICARDOB,etal.Using a low-salinity high-performance water-based drilling fluid for improved drilling performance in Lake Maracaibo[C]. SPE-110366-MS, 2007.

［2］何恕，李勝，王顯光，等. 高性能油基鉆井液的研制及在彭頁3HF井的應用[J]. 鉆井液與完井液，2013, 30（5）：1-4.

［3］孫金聲，劉敬平，閆麗麗，等. 國內外頁巖氣井水基鉆井液技術現狀及中國發展方向［J］.鉆井液與完井液, 2016, 33 (5).

Water Based Drilling Fluid Technology for Shale Horizontal Section

,,,

（The First Drilling Branch of Sinopec Jianghan Oilfield Service Corporation, Hubei Qianjiang 430211, China）

Longmaxi-Wufeng formation has high content of brittle minerals in shaleand the development of micro/nano-scale pore fractures and stratification, so conventional water-based drilling fluid cannot meet drilling requirements.Based on shale fracture development characteristics,high-performance water-based drilling fluid JHGWY-1 was developed.The system has good rheology, low water loss and strong anti-pollution ability after 160 ℃ hot rolling. The high-performance water-based drilling fluid JHGWY was successfully used in the third open section of three wells in Fuling work area instead of oil-based drilling fluid.The drilling and completion operation were smooth, which met the needs of the third opening and completion project of the well.

drilling and completion fluids; water-based drilling fluid; shale horizontal section

2019-10-09

劉浩冰（1981-），男，高級工程師，河南省許昌市人，2005年畢業于北京石油大學（華東）石油工程專業，現從事鉆井液技術研究及應用工作。

趙素娟（1984-），女，工程師，碩士學位，現主要從事鉆井液技術研究工作。

TQ016

A

1004-0935（2020）01-0116-03