威遠(yuǎn)頁巖氣水平井高密度柴油基鉆井液應(yīng)用

王學(xué)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(zhèn)江 212009）

西南地區(qū)威遠(yuǎn)區(qū)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(guān)組，二疊系長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組、梁山組，志留系龍馬溪組，奧陶系上統(tǒng)五峰組等層位。威遠(yuǎn)頁巖氣井為三開制水平井，目的層是龍馬溪組，起初針對(duì)三開鉆井采用的高密度水基鉆井液顯現(xiàn)摩阻大、井眼凈化難、井壁失穩(wěn)、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(jìn)柴油基鉆井液乳化劑的耐溫性能，優(yōu)化封堵劑組合，匹配水活度等技術(shù)措施，確保了柴油基鉆井液密度達(dá)2.21g/cm3的22口頁巖氣水平井鉆井的井下安全。

1 技術(shù)難點(diǎn)

威遠(yuǎn)非常規(guī)頁巖氣高密度柴油基鉆井液的基油為柴油，組分有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的直鏈烷烴和異構(gòu)烷烴，還含有環(huán)烷烴和芳香烴，柴油的黏度指數(shù)相對(duì)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(diào)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(zhì)量，穩(wěn)定井眼。

1.1 井壁穩(wěn)定

威遠(yuǎn)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?guī)r，頁巖層層理結(jié)構(gòu)、微裂隙和裂縫發(fā)育，易使井壁發(fā)生層間剝落，引起井下復(fù)雜[1-4]；龍馬溪組地層孔隙壓力57.48~62.38MPa、壓力系數(shù)1.60~1.85，為平衡地層壓力和防止井壁失穩(wěn)，鉆井液密度為1.98~ 2.21g/cm3。技術(shù)措施為：

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

（2）選用非極性降濾失劑配合納米級(jí)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(wěn)。

1.2 高密度性能維護(hù)

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

（1）引進(jìn)耐溫乳化劑，提前預(yù)配乳化漿體，勤維護(hù)補(bǔ)充消耗，維持高密度柴油基鉆井液較高溫度的乳化穩(wěn)定性。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆井液各項(xiàng)性能，及時(shí)調(diào)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(fā)揮。

（3）優(yōu)化循環(huán)系統(tǒng)和固控設(shè)備的配置，確保振動(dòng)篩、離心機(jī)的使用效率，滿足及時(shí)清除劣質(zhì)有害固相需要。

（4）維護(hù)重點(diǎn)使用優(yōu)質(zhì)重晶石粉，控制好鉆井液六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)￠6讀數(shù)在10~17和￠3讀數(shù)在6~12，確保高密度柴油基鉆井液的沉降穩(wěn)定性。

1.3 長(zhǎng)水平段凈化減租

威遠(yuǎn)頁巖氣水平井的井身結(jié)構(gòu)如表1所示，水平段長(zhǎng)1 500~2 500m，易形成巖屑沉積，摩阻大。技術(shù)措施為：

（1）保持鉆井液低剪切速率下六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)￠6和￠3具有較高讀數(shù)，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(dòng)切比，鉆進(jìn)過程間隔大排量洗井，結(jié)合油基稠漿舉砂。

（3）改變井筒內(nèi)巖屑堆積和運(yùn)移形態(tài)，優(yōu)化井眼軌跡，變化鉆具組合與活動(dòng)方式，防止形成巖屑床沉積，并能及時(shí)破除,見表1。

表1 威遠(yuǎn)頁巖氣水平井井身結(jié)構(gòu)

2 高密度柴油基鉆井液技術(shù)

2.1 地面準(zhǔn)備

（1）按配方70% 0#柴油+3.2%主乳化劑+0.8%輔乳化劑+1%潤(rùn)濕劑+2%液體瀝青+1.5% CaO+1.5%有機(jī)土+3%降濾失劑+26%CaCl2水溶液，準(zhǔn)備基礎(chǔ)油、處理劑、重晶石粉等。

（2）洗凈所有油基鉆井液應(yīng)用循環(huán)系統(tǒng)，固控設(shè)備、加重系統(tǒng)、各循環(huán)罐蝶閥開關(guān)正常完好，并防止各級(jí)固控的排砂槽巖屑和廢液進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。

（3）準(zhǔn)備能容約100m3的轉(zhuǎn)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(nèi)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(yù)配的26% CaCl2水溶液緩慢加入油相，加完后長(zhǎng)時(shí)間攪拌，監(jiān)測(cè)所配漿性能。

（3）在預(yù)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(huán)周混入井內(nèi)循環(huán)柴油基鉆井液，使井內(nèi)柴油基鉆井液達(dá)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(rùn)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(zhuǎn)換

（1）計(jì)算柴油基鉆井液用量、鉆井液泵排量、頂替時(shí)間。

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

（3）頂替出井筒內(nèi)的原水基鉆井液，集中處理。

2.4 高密度柴油基鉆井液維護(hù)調(diào)整

威遠(yuǎn)區(qū)塊柴油基鉆井液日常維護(hù)，以柴油膠液形式預(yù)先配置，配方：4%主乳化劑+1%輔乳化劑+0.05%潤(rùn)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(bǔ)充消耗。

2.4.1 乳化穩(wěn)定性

目前，農(nóng)村教育研究領(lǐng)域?qū)π滦吐殬I(yè)農(nóng)民的精準(zhǔn)教育培訓(xùn)研究主要集中在2個(gè)方面。一方面，積極進(jìn)行農(nóng)民的教育培訓(xùn)工作，通過投入教育資源的方式，對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)民進(jìn)行技術(shù)教育、經(jīng)營(yíng)能力教育，使傳統(tǒng)農(nóng)民具備現(xiàn)代新型職業(yè)農(nóng)民的基本素質(zhì)；另一方面，通過農(nóng)業(yè)高等教育，對(duì)擁有一定文化基礎(chǔ)的學(xué)生開展新型職業(yè)農(nóng)民的素質(zhì)培育，以此培養(yǎng)學(xué)生成為新型職業(yè)農(nóng)民的接班人。本文在以供給側(cè)農(nóng)業(yè)改革需求為導(dǎo)向的新型職業(yè)農(nóng)民教育培訓(xùn)分析中，提出農(nóng)村教育應(yīng)當(dāng)具有全面性和持續(xù)性，不應(yīng)因文化基礎(chǔ)不同而采取有選擇的教育方式。因此，提出了精準(zhǔn)教育體系下的集體學(xué)習(xí)機(jī)制，即利用集體學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村就地教育的開展，幫助傳統(tǒng)農(nóng)民提升認(rèn)識(shí)、知識(shí)和技術(shù)等。

穩(wěn)定破乳電壓，減少親水固相和外來水進(jìn)入鉆井液，及時(shí)補(bǔ)充主輔乳化劑乳化劑和潤(rùn)濕劑，破乳電壓持續(xù)降低時(shí)增大主輔乳化劑乳化劑用量；根據(jù)出口柴油鉆井液檢測(cè)結(jié)果補(bǔ)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(jìn)過程中，根據(jù)出口柴油鉆井液檢測(cè)結(jié)果，增大預(yù)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(shè)備清除效率有利于流變性穩(wěn)定；加入加重材料要及時(shí)補(bǔ)充乳化劑和潤(rùn)濕劑；水平段長(zhǎng)后期添加提切劑。

2.4.3 濾失造壁性

日常檢測(cè)到濾失量變大，濾液不含水時(shí)補(bǔ)充氧化瀝青、有機(jī)土等親油膠體含量；在濾失量持續(xù)增大，濾液油水共存時(shí)，防止高密度柴油基鉆井液破乳，需要及時(shí)補(bǔ)充主輔乳化劑和潤(rùn)濕劑達(dá)所需濃度。

2.4.4 防漏失封堵

3 現(xiàn)場(chǎng)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(wěn)定，隨井深增加細(xì)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(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)提示的地層壓力系數(shù)，并借鑒鄰井實(shí)鉆鉆井液性能，一般維持鉆進(jìn)密度為2.06~2.21g/cm3。在實(shí)鉆過程中，根據(jù)鉆進(jìn)參數(shù)，返砂及實(shí)測(cè)氣測(cè)值的大小、后效氣測(cè)值的數(shù)值、單根氣的含量，相應(yīng)調(diào)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(fā)育井漏風(fēng)險(xiǎn)較大，實(shí)時(shí)關(guān)注鉆井液出口密度，及時(shí)通過添加加重材料控制鉆井液的密度，在保證安全作業(yè)的前提下，為保護(hù)產(chǎn)氣層，盡可能采用低密度鉆進(jìn)。

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(xiàn)場(chǎng)鉆井液油水比對(duì)流變性能黏切影響很大，實(shí)鉆時(shí)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(xiàn)場(chǎng)使用油基鉆井液時(shí)，維持測(cè)鉆井液時(shí)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(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)油基鉆井液濾液呈現(xiàn)油相而非水相，是油基鉆井液保護(hù)產(chǎn)氣層和穩(wěn)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(fù)配強(qiáng)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(xiàn)場(chǎng)柴油基鉆井液檢測(cè)的堿度呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)，由于處理劑的持續(xù)消耗，柴油基鉆井液體系導(dǎo)電性增強(qiáng)，將導(dǎo)致油基鉆井液性能發(fā)生突變，及時(shí)補(bǔ)充儲(chǔ)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(shí)補(bǔ)充CaO，保持油基鉆井液乳狀液的穩(wěn)定性。

3.5 破乳電壓

現(xiàn)場(chǎng)柴油基鉆井液高油水比能有效增加鉆井液穩(wěn)定性，破乳電壓值從600V提升至1 020V，結(jié)合油基鉆井液費(fèi)用和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)方便，鉆進(jìn)過程中油水比一般保持在70/30~80/20；實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)高溫高壓濾液是否含水與柴油基鉆井液乳化穩(wěn)定性密切相關(guān)；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。

表3 破乳電壓隨井深變化

4 應(yīng)用效果

威遠(yuǎn)區(qū)塊非常規(guī)頁巖氣開發(fā)三開長(zhǎng)水平段處于頁巖層位，高密度柴油基鉆井液施工22口井的過程中，沒有發(fā)生因鉆井液因數(shù)導(dǎo)致的井下故障，沒有井壁失穩(wěn)劃眼復(fù)雜情況，井口返出巖屑辨識(shí)度高，鉆井液性能調(diào)整維護(hù)方便。

1）井壁穩(wěn)定，電測(cè)段平均井徑擴(kuò)大率小于5%，井徑規(guī)則，施工時(shí)未發(fā)生坍塌現(xiàn)象。

2）潤(rùn)滑減租，長(zhǎng)水平段平均上提摩阻在10kN附近，定向工具面擺放正常，起下鉆順暢。

3）流變性好，盡管固相含量高達(dá)42%~51%，靜止后循環(huán)隨溫度回升，流變參數(shù)恢復(fù)如初。

4）抑制性強(qiáng)，泥巖鉆屑在油基鉆井液不分散，返出鉆屑均質(zhì)、棱角分明，未鉆頭泥包。

5）沉降穩(wěn)定性好，鉆井液密度達(dá)2.21g/cm3，能穩(wěn)定懸浮重晶石粉不沉降。

6）維護(hù)簡(jiǎn)便，高溫高壓濾失量易控制到3mL以下，黏度調(diào)整實(shí)施能在周期內(nèi)達(dá)標(biāo)。

5 結(jié)論

1）高密度柴油基鉆井液能滿足威遠(yuǎn)區(qū)塊22口井的頁巖氣水平井鉆井需要。

2）頁巖氣水平井鉆進(jìn)中，保證鉆井液合適密度，優(yōu)質(zhì)封堵性，水相保持低活度。

3）高密度柴油基鉆井液宜控制好六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)￠6讀數(shù)10~17和￠3讀數(shù)6~12。

4）柴油基鉆井液維護(hù)高密度時(shí)宜預(yù)配加重漿，均勻混入，防影響導(dǎo)向信號(hào)采集。

5）多數(shù)固相和纖維類封堵材料會(huì)導(dǎo)致柴油基鉆井液破乳電壓快速降低，須及時(shí)調(diào)整。

6）回收的高密度油基鉆井液做好預(yù)處理，再重復(fù)利用。