页岩气钻井施工中高密度油基钻井液的应用研究

高松

摘要：针对高密度油基钻井液容易出现乳化稳定性不够、封堵能力不强、流变性控制困难、携岩能力不足等问题，形成了一套新型油基钻井液体系，该体系使用3#白油为基油，使用沥青类降滤失剂和抗高温有机土，配合2-5μm超细碳酸钙和soltex复配作为封堵剂，配制出密度范围为2.0-2.4g/cm³的油基钻井液。在页岩气水平井钻井应用过程中，该油基钻井液在润滑防卡、稳定井壁和提高机械钻速等方面取得了显著的效果，共完成页岩气水平井25口，形成了油基钻井液的规模化应用技术，为页岩气规模化开发奠定了技术基础。

关键词:高密度；油基钻井液；规模化应用；页岩气；井壁稳定

0引言

某页岩气气藏的开发主要采用水平井方式，其中三开井段使用油基钻井液，三开井段长2000～2600m，水平段长1200～1800m，钻井过程中面临水敏性页岩井壁稳定、长水平段井眼清洁、润滑防卡、储层保护等难点问题。油基钻井液已成为页岩气钻井的主要技术手段，为此，研制了一套适合页岩气钻井施工的油基钻井液，应用在三开井段，现场应用表明，该油基钻井液在井壁稳定、长水平段井眼清洁且可回收再利用，满足了页岩气井钻井施工对钻井液的技术要求，形成了油基钻井液规模化应用技术。

1钻井液施工难点

目标页岩气水平井为三开井(不含导管)，其中三开井段采用油基钻井液施工，施工难点主要有：

1.1井壁稳定性差

地层倾角变化较大，皱褶形态明显，龙马溪页岩层应力系统特别复杂¨’2。。另外页岩的泥质含量高，水敏性较强，容易造成井壁失稳现象。

1.2安全密度窗口窄

非常规油气藏地质条件复杂，具有非均质性，破裂压力和地层坍塌压裂较为接近，施工过程中难以确定合适的密度，平衡地层压力。

1.3润滑防卡要求高

该井水平段长1200～1800m，最大井斜106^。，另外采用旋转导向技术，钻进中寻找最优质页岩层，不断调整方位变化，给钻井液润滑能力提出更高要求。

1.4井眼净化问题

由于水平井造斜段井斜变化大，井眼难清洁；同时，在水平段由于井中岩屑重力效应，影响了井眼清洁；再者，施工密度高，泵压高，因排量受到限，易形成岩屑床，进一步增加摩阻、扭矩和井下复杂情况发生的几率。

1.5规模化应用带来的问题

油基钻井液的规模化应用给钻井液回收再利用创造了有利条件，降低了施工成本，但是在重复利用过程中面临着由于低密度固相累计导致的PV不断升高、泥饼质量降低等问题。

2钻井液配方优选及性能评价

2.1油基钻井液配方优选

在分析钻井液施工难点后，认识到优选出的油基钻井液必须具备高密度状态下良好的流变性、乳化稳定性、封堵性以满足研究区页岩气水平井井壁稳定、润滑防卡、井眼净化等多方面要求，通过大量正交试验优选出油基钻井液配方如下：

3#白油+1.5％～2％有机土+10％cacl₂水溶液+2％～3％主乳化剂+3％-4％辅乳化剂+2％～3％降滤失剂+1％～2％润湿剂+1％-2％封堵剂+4.5％caO+重晶石。

2．2性能评价

（1）基本性能评价

对形成的钻井液、压井液配方进行了基本性能评价，性能见表l。从表l可以看出，钻井液流变性能优良，HTHP滤失量小于3mL，破乳电压在1000V以上，具有良好的乳化稳定性。

表1钻井液基本性能评价

（2）不同温度对流变性的影响

深井油基钻井液的塑性黏度、动切力、静切力等值均随温度的升高而减小，随压力的升高而增大。高温深井施工，若钻井液热敏性差，会造成钻井液在井下携岩不佳、地面稠化等问题，为评价温度对钻井液流变性影响，测定热滚后钻井液在不同温度下钻井液流变性，见表2。从表2可以看出，随着温度升高，塑性黏度和切力逐渐降低，但是低剪切速率下黏度变化不大，可以满足携岩要求。

表2 不同温度对流变性的影响

（3）热稳定性

考察了油基钻井液在120℃老化不同时间的性能变化，结果见表3。从表3可看出，随着老化时间的增加，钻井液塑性黏度、动切力等参数均基本保持稳定，说明该油基钻井液具有良好的热稳定性。

表3 油基钻井液热稳定性实验

（4）沉降稳定性

使用2.15g/cm³钻井液在120℃条件下分别静置24h，48h，72h，96h和120h测定上下密度差分别为0g/cm³，0.01g/cm³，0．01g/cm³，0．02g/cm³和0．02g/cm³，未发生重晶石沉淀现象，说明该体系具有良好的悬浮能力和沉降稳定性。

图l 油基钻井液在120℃下静置不同时间的密度差

3应用效果

该钻井液技术应用在研究区多口页岩气井三开井段进行了应用，平均完井井深5067m，油基钻井液平均施工井段长2227m，完成油基钻井液进尺55673m，取得了良好的使用效果。

（1）钻井液性能稳定，流变性能优良。施工中破乳电压均在1000V以上，流变性好，有效降低了ECD值，三开吊φ8¹/₂井眼井段，排量为28L／s的条件下，将泵压控制在32MPa以下。

（2）井壁稳定能力强，井径规则。在页岩气水平井施工过程中未出现井壁稳定问题引起的划眼等问题，平均井径扩大率小于3％。

（3）润滑防卡效果好。多口井井斜大于100^。，最大井斜106^。，并存在扭方位现象，但起下钻、下套管作业顺畅。

（4）机械钻速高。平均机械钻速达到了5.47m／h，平均三开钻井周期仅39.48d。

4结论

(1)油基钻井液是保障非常规油气钻井施工顺利的有效手段，可以解决非常规油气钻井施工中的井壁稳定、润滑防卡等技术难点。

(2)超细碳酸钙复配封堵剂soltex能够有效封堵地层微裂缝，搭配合理的钻井液密度，解决了页岩井壁在长时间施工过程中难以保持稳定的技术难题。

(3)油基钻井液规模化施工中，由于钻井液重复利用次数多，低密度固相累积且难以清除的现象较为突出，容易造成塑性黏度高、携岩效果不佳等问题，提高固控设备工作效率和良好的流变性控制是确保施工顺利的关键。

参考文献

[1]刘洪林.中国页岩气勘探开发适用技术探讨[J].油气井测试，2019，18(4)：68-71．