吳彬 長江大學地質資源與地質工程博士后科研流動站,湖北 荊州 434023

湖北漢科新技術股份有限公司,湖北 荊州 434000

王薦,舒福昌,向興金,聶明順 (湖北漢科新技術股份有限公司,湖北 荊州 434000)

油基鉆井液在頁巖油氣水平井的研究與應用

吳彬 長江大學地質資源與地質工程博士后科研流動站,湖北 荊州 434023

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王薦,舒福昌,向興金,聶明順 (湖北漢科新技術股份有限公司,湖北 荊州 434000)

針對頁巖油氣水平井的特點,室內著重研究了油基鉆井液體系的攜砂能力及封堵能力,構建了適合于頁巖油氣水平井的強封堵油基鉆井液體系。通過現(xiàn)場4口頁巖油氣水平井的應用表明,油基鉆井液具有良好的流變性能,沒有巖屑床形成,且防塌能力強,濾失量低,井壁穩(wěn)定,電測一次成功,下套管順利到底。

油基鉆井液;頁巖油氣;水平井;提高切力;井眼清潔能力;井眼封堵能力

近年來,隨著能源形勢的不斷嚴峻以及能源價格的快速增長,頁巖氣的資源受到了廣泛的重視。與常規(guī)天然氣相比,頁巖油氣開發(fā)雖然產(chǎn)能低,開發(fā)難度大,但其開發(fā)壽命長、儲量巨大。據(jù)專家預測, 2008年全球的頁巖氣資源量約為456×1012m3,是常規(guī)天然氣資源量的2倍。而我國頁巖氣的資源量,按照最保守的估算也有30×1012m3[1,2]。

頁巖油氣的儲層與常規(guī)的砂巖、碳酸鹽巖儲層有很大差別,具有高吸附性、極低的滲透性,同時裂縫發(fā)育且易破碎、黏土礦物含量高、水敏性強等特性[3]。目前在頁巖油氣開發(fā)中主要采用水平井的方式[4～6],因此,頁巖油氣地層的井壁穩(wěn)定、長水平段的摩阻、水平井段的井眼清潔、儲層保護問題,都制約著頁巖油氣水平井的開發(fā)[7]。油基鉆井液對頁巖具有極強的抑制性,且潤滑性優(yōu)良,因此國內外對于長水平段的頁巖氣井普遍使用油基鉆井液[8,9]。

室內研究針對頁巖油氣井的特點,在構建油基鉆井液體系配方的基礎上,著重研究了井眼清潔能力以及封堵能力,開發(fā)了專用的提切劑以及封堵材料,構建了頁巖油氣水平井強封堵油基鉆井液體系。

1 強封堵油基鉆井液體系研究

室內構建的油基鉆井液的基本配方如下:80m L基礎油+20m L CaCl2水溶液+ 1.5～2g HMO-EMUL(主乳化劑)+1～1.5g HMO-COAT(輔乳化劑)+1g HMO-WET(潤濕劑)+ 2～2.5g HMO-GEL(有機土)+3g HMO-MOTEX(降濾失劑)+2g CaO(堿度調節(jié)劑)+重晶石加重至1.35g/cm3。

該配方的基本性能見表1。

表1 油基鉆井液基本性能

1.1 油基鉆井液提切效果的增強

室內研究根據(jù)頁巖油氣水平井的特點,為了滿足動靜態(tài)攜砂能力,開發(fā)了提切劑HSV-4,并對其不同加量對鉆井液性能的影響進行了研究,結果如表2所示。

表2 提切劑對油基鉆井液性能的影響

從表2可以看出,提切劑HSV-4對油基鉆井液的塑性黏度影響不大,能顯著提高動切力及低剪切速率黏度,有利于油基鉆井液的動靜態(tài)攜砂能力的提高。

1.2 油基鉆井液封堵效果的增強

根據(jù)頁巖油氣水平井的井壁坍塌機理,對油基鉆井液的封堵能力進行了加強,加入了多種剛性、柔性以及成膜的油基封堵材料。研究結果表明,強封堵油基鉆井液體系能有效封堵泥頁巖的微裂隙 (縫),提高地層抗壓強度。表3給出了頁巖油氣水平井強封堵油基鉆井液專用封堵材料的種類和功能。表4給出了加入強封堵材料前后對油基鉆井液性能的影響及其封堵效果。試驗配方及結果如下:

表3 頁巖氣油基鉆井液封堵材料

表4 油基鉆井液體系性能

表4結果表明,通過架橋、充填、成膜封堵可有效降低油基鉆井液濾失量,封堵頁巖氣地層的微裂隙 (縫),提高泥餅抗壓強度,有利于井壁穩(wěn)定。

最終構建的頁巖油氣井強封堵油基鉆井液體系的基本配方為:80m L基礎油+20m L CaCl2水溶液+1.5～2g HMO-EMUL+1～1.5g HMO-COAT+1g HMO-WET+2～2.5g HMO-GEL+3g HMOMOTEX+2g CaO+0.5g HSV-4+2g HMO-HFR+3g HMO-RLF+2g HMO-NTF+重晶石加重1.35g/cm3。配方性能如表5所示。

表5 油基鉆井液性能

2 強封堵油基鉆井液體系現(xiàn)場應用

頁巖油氣強封堵油基鉆井液體系目前已經(jīng)應用于川東油田威201-H3井、河南油田泌頁HF-1井、勝利油田渤頁平1井、渤頁平2井等4口頁巖油氣井,應用結果表明,油基鉆井液性能穩(wěn)定,流變性好,無巖屑床形成;封堵防塌能力強,濾失量低,井壁穩(wěn)定性好,電測一次成功,下套管順利到底。

2.1 良好的流變性能

表6給出了泌頁HF-1井及渤頁平1井的現(xiàn)場鉆井液流變性能。

表6 泌頁HF-1井及渤頁平1井三開水平段油基鉆井液性能

從表6現(xiàn)場流變性能來看,強封堵油基鉆井液體系具有良好的流變性能,低的濾失量以及高的破乳電壓。表現(xiàn)出良好的封堵性能和穩(wěn)定性。

2.2 良好的井壁穩(wěn)定性

表7及表8給出了威201-H3井及泌頁HF-1井的現(xiàn)場井徑數(shù)據(jù)。

表7 威201-H3井三開井徑數(shù)據(jù)

表8 泌頁HF-1井三開井徑數(shù)據(jù)

從以上2口井的井徑數(shù)據(jù)中可以看出,強封堵油基鉆井液體表現(xiàn)出良好的封堵性能和井壁穩(wěn)定性。三開井段井徑擴大率均很低。

3 結論與認識

1)頁巖油氣儲層與常規(guī)砂巖、碳酸鹽巖儲層有很大差別,它具有高吸附性、極低的滲透性,同時裂縫發(fā)育且易破碎、黏土礦物含量高、水敏性強等特性。

2)提切劑HSV-4能顯著提高動切力及低剪切速率黏度,有利于鉆井液的動靜態(tài)攜砂能力的提高。

3)通過架橋、充填、成膜封堵可有效地降低油基鉆井液濾失量,封堵頁巖氣地層微裂縫和微孔隙,提高泥餅抗壓強度,有利于井壁穩(wěn)定。

[1]閏存章,黃玉珍,葛春梅,等.頁巖氣是潛力巨大的非常規(guī)天然氣資源[J].天然氣工業(yè),2009,29(5):1～6.

[2]李世臻,喬德武,馮志剛,等.世界頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及對中國的啟示[J].地質通報,2010,29(6):918～924.

[3]張金川,金之鈞,袁明生.頁巖氣成藏機理和分布[J].天然氣工業(yè),2004,24(7):15～18.

[4]Zhao Hank,Givens N B,Curtis B.Thermal maturity of the Barnett Shale determined from well-log analysis[J].AAPG Bulletin, 2007,91(4):535～549.

[5]Jarvie D M,Hill R J,Rubi E T E,et al.UnconventionaI shale-gas systems:the Mississippian Barnett Shale of northcentral Texas as one model for thermogenic shale gas assessment[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):475～499.

[6]Hill R J,Zhang E,Katz B J,et al.Modeling of gas generation from the Barnett Shale,Fort Worth Basin,Texas[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):501～521.

[7]崔思華,班凡生,袁光杰.頁巖氣鉆完井技術現(xiàn)狀及難點分析[J].天然氣工業(yè),2011,31(4):72～75.

[8]Cipolla C L.Fracture treatment design and execution in low porosity chalk reservoirs[J].SPE86485,2004.

[9]Taheri A.WAG performance in a low porosity and low permeability reservoir,Sirri-A Field,Iran[J].SPE100212,2006.

[編輯]黃鸝

TE254.3

A

1000-9752(2014)02-0101-04

2013-05-20

國家科技重大專項(2011ZX05026-001-09)。

吳彬(1973-),男,1993年江漢石油學院畢業(yè),博士 (后),高級工程師,長期從事鉆井液、完井液技術研究。