頁巖油地層油基鉆井液技術

劉冠彤

（大慶鉆探鉆井四公司鉆井液分公司，吉林 松原 138000）

在可持續發展理念日漸實施的過程中，傳統的能源資源開發顯然與這一戰略背道而馳，為改變能源結構，很多國家都致力于新能源的開發和利用，其中，頁巖氣就是重點的清潔能源，這類能源資源的開發潛力巨大。但此類資源開發時，油基鉆井液技術是核心技術，但當下的油基鉆井液技術尚存在很多的技術缺陷，不僅無法保障鉆井的綜合效益，更是增大了頁巖氣資源的開發。未來的發展過程中，各個油田企業都要增大在油基鉆井液技術方面的研發和創新，有效開發頁巖氣資源。

1 頁巖氣地層油基鉆井液研究現狀

油基鉆井液的連續相和分散相分別為油和水，在資源開發作業中，乳化液為穩定劑。與常規的水基鉆井液相比較，油基鉆井液的潤滑性良好，且兼具抗高溫和耐腐蝕特性，可以在很大程度上進行井壁的保護，伴隨著開發作業的進行，油基鉆井液對于儲存基本不會產生嚴重的污染[1]。即使在開采作業中面臨的是復雜深井、超深井和水平井的開發作業，同樣可以利用油基鉆井液技術來達到相應的開發目標。根據當下頁巖油地層的油基鉆井液技術發展現狀，以基油種類作為劃分依據，主要包含了以下幾方面的技術。

1.1 白油基鉆井液體系

白油基鉆井液體系應用的過程中，具有良好封堵防塌能力，且將濾失量控制在了合理的標準內，整體的流變性相對突出，在頁巖油地層中的這一油基鉆井液技術應用，對井壁垮塌等事故起到了重要的抑制作用。當下的國內外市場上，日漸出現了各種不同的白油基鉆井液，不同類型白油基鉆井液技術，表現出了低剪切速率、低粘度、良好的沉降穩定性的特點，開采作業中所形成的濾餅質量更有保障，體系的穩定性突出。

1.2 柴油基鉆井液

與其他的油基鉆井液技術相比，柴油基鉆井液技術的抗HTHP 和穩定性相對突出，在面臨頁巖油地層的開發條件時，基本上不存在鉆井液不穩定的情況。當下的國內外市場上，柴油基鉆井液體系有了一定的發展，針對鉆井作業中的地層水化膨脹或者井下掉塊、失返性漏失、固相侵入等各種問題，都有對應所開發的油基鉆井液。

1.3 氣制油基鉆井液

氣制油基鉆井液表現出較低的運動勃度、強攜帶能力的特征，這一鉆井液技術的使用，可以使得在鉆井作業進行的過程中，能夠克服相應的技術限制。

2 油基鉆井液技術難題

2.1 頁巖地層微孔縫封堵技術難題

以某頁巖氣田為例，該氣田的主力儲層脆性礦物中，伊利石的含量保持在59%～81%之間，而膨脹性粘土礦物的含量卻相對偏低，納微米孔縫發育，且層理薄。根據在該頁巖氣中的鉆井技術應用現狀，存在著較大的井壁失穩威脅，結合分析結果，伴隨著孔隙壓力的逐步傳遞，導致坍塌壓力異常升高，井壁失穩不可避免，當在油基鉆井液技術應用的過程中，存在封堵不及時或者不到位的情況時，將在生產作業中呈現出井壁失穩、提高密度、短暫穩定、加劇濾液侵入與坍塌惡化的惡性循環，正常的開采作業無法保持。

針對頁巖封堵方面的技術難題，在該頁巖氣田開發過程中，形成一套專門的堵漏策略，具體的實施中：在正式的三開開鉆之前，一次性加入FA-M與RB-N，其中，前者為柔性納微米封堵劑，粒徑多保持在1.98μm，而后者為納米膠液封堵劑，粒徑保持在100nm左右。伴隨著鉆井作業的進行，每保持200～300m 的進尺，就需要進行封堵劑的補充，補充量為0.5tFA-M、0.5tRB-N[2]。隨著鉆進作業的推進，當遇到了掉塊等異常情況時，同樣要進行封堵劑的補充，但補充的量要適當大一些。

2.2 鉆井液流變性控制難題

此頁巖氣作業進行時，發現在鉆井作業進行的過程中，存在著嚴重的地層掉塊問題，且這些掉塊都非常堅硬，清水滾動回收率甚至高達85%以上，上返油基巖屑的成型效果雖然良好，但是存在著鋸齒狀的特點，質地偏軟且易碎，在巖屑斷面上存在有明顯的濾液侵入現象。雖然油基鉆井液的抑制性特征明顯，但在現場作業進行時尚且存在一定的不足，表現為LGS 的反復升高、粘度切力反復升高，這種情況下，為全面確保鉆井作業的順利實施，專業人員就需要不斷進行膠液稀釋井漿。根據現有的研究，鉆井液粘度、切力反復上升的問題是由于鉆井液中存在有害低密度固相所導致，這些低密度固相來源于崩散變細的巖屑粉末，這一形成過程是由于鉆井液及其濾液存在侵入巖屑剪切滑移面，引起了巖屑崩散，巖屑上返時因為存在鉆具的反復研磨與碾壓，也就形成了很多的巖屑粉末；第二個來源為井壁泥漿，主要是由于鉆井作業進行的過程中，低效有機土的結構穩定性相對較好，使得在濾失過程中無法形成致密堆積，泥餅虛厚現象明顯，在起下鉆的過程中，附著于井壁的泥餅將隨著鉆具使用，逐步被鉆具刮下且在鉆井液中得以分散，也就形成了低密度固相累積效應[3]。

此外，外來顆粒的添加也可能會加劇粘度、切力的升高現象，在鉆井液中添加的納米膠乳類、瀝青類膠體物質，使得在循環的過程中日漸分散，在靜電引力作用下也就同步形成了較為穩定的空間網架結構，同步增大了塑性粘度，但這一增加的量和程度卻與材料增量、循環剪切時間存在著緊密的聯系，從這個角度來分析，高密度油基鉆井液中，這種材料的使用存在著數量方面的限制[4]。針對這一情況，需進行相應的材料改進和數量控制。

2.3 水平段潤滑防卡難題

因為此頁巖油地層的開發作業進行中，靶窗相對較小，且區域構造十分復雜，地層傾角存在著明顯的變化，在鉆井作業進行的同時，鉆井眼軌跡脫靶和出箱體的現象發生十分頻繁，為獲得良好的鉆井作業效果，相應的施工人員需結合隨鉆地質導向技術，以地質情況調查為基礎，對井斜方位加以適當調整。但此地區的地震資料十分有限，正是因為資料數據的不全面，使得根據構造預測和鄰井資料推測的地層傾角、箱體設計深度等都與實際存在較大的偏差，影響了正常的資源開發。部分井區的地層厚度和傾角變化存在著明顯的不確定性，尤其是沿著地層上傾方向的水平井，鉆遇地層視厚度明顯變薄，隨鉆測井儀器與井底存在著測量盲區，不僅無法保障鉆頭處的地質信息完整性和準確性[5]。針對這些問題所導致的水平段潤滑防卡難題，相關人員要加強鉆井液攜巖能力，并避免出現巖屑床。

3 結束語

現階段，針對頁巖油地層開發條件，雖然油基鉆井液技術十分有效且取得了明顯的技術成效，但因為存在著一定的技術難題，未來還需要針對這些技術難題來不斷進行油基鉆井液技術的創新，提升能源開發效率和效益。