李　娜，梁海軍

（1.陜西延長石油研究院，陜西西安710075；2.川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

環(huán)保型合成基鉆井液在長寧H6-6井成功應(yīng)用

李娜*1，梁海軍2，3

（1.陜西延長石油研究院，陜西西安710075；2.川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

長寧H6平臺(tái)“一場(chǎng)雙機(jī)”工廠化現(xiàn)場(chǎng)被定為國家級(jí)頁巖開發(fā)示范區(qū)示范點(diǎn)，利用合成基鉆井液進(jìn)行環(huán)保型鉆探作業(yè)。鉆探目的層為下古生界龍馬溪底部L3主力氣層，碳質(zhì)含量高及脆性大，斜井段穿越L1、L2兩段裂縫性主力氣層，鉆井液安全密度窗口范圍0.04～0.06g/cm3，密度過高、斜井段裂縫性漏失，密度過低，水平段井壁失穩(wěn)。屬于典型的壓力敏感地層。根據(jù)同平臺(tái)已鉆井經(jīng)驗(yàn)，在長寧H6-6井三開斜井段及水平段成功應(yīng)用了環(huán)保型合成基鉆井液體系，該體系鉆井液具有低毒環(huán)保、強(qiáng)抑制性、強(qiáng)封堵性和良好流變性能等特性，成功兼顧了清潔環(huán)保和壓力敏感地層安全快速鉆井雙重標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式，為長寧頁巖氣的開發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

環(huán)保型；承壓封堵性；化學(xué)抑制性；壓力敏感地層

長寧H6平臺(tái)是長寧區(qū)塊頁巖氣工廠化鉆探示范區(qū)，H6-6井完鉆井深4340m，鉆探目的層為長寧下古生界龍馬溪頁巖層。井場(chǎng)周邊人口居住密度大，油基泥漿清潔化生產(chǎn)難度大。該井在三開先用空氣鉆井至2081m后，采用合成基鉆井液體系至完井，整個(gè)鉆井過程順利，未出現(xiàn)環(huán)境污染和井壁失穩(wěn)等復(fù)雜情況，電測(cè)一次成功率100%，下套管用時(shí)60h，整個(gè)過程順利無遇阻現(xiàn)象。

1　長寧地區(qū)頁巖氣開發(fā)難點(diǎn)

長寧H6平臺(tái)清潔環(huán)保化生產(chǎn)要求通過減少鉆井液有害化學(xué)物質(zhì)和有毒化學(xué)處理劑來降低油基鉆屑的處理難度，提高鉆井液回收利用率，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)。

長寧區(qū)塊構(gòu)造位置川南古坳中隆低陡構(gòu)造區(qū)與婁山褶皺帶之間，屬于構(gòu)造復(fù)合體。地層傾角起伏大，地層應(yīng)力分布不規(guī)律，無法求得規(guī)律性地層坍塌壓力和漏失壓力；龍馬溪地層巖性成份復(fù)雜，碳質(zhì)含量高，層理發(fā)育，水平段易垮塌。鉆井液安全密度窗口需要現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)井下情況實(shí)時(shí)調(diào)整。通過利用鉆井液強(qiáng)封堵性和化學(xué)抑制性來克服地層坍塌壓力不明確的瓶頸。

2　油基泥漿體系優(yōu)選

通過對(duì)H6平臺(tái)已完鉆的H6-1井油基泥漿水平段使用效果總結(jié)，認(rèn)識(shí)到長寧區(qū)塊頁巖氣開發(fā)井屬于典型的窄密度鉆井窗口。儲(chǔ)層水平段井壁穩(wěn)定控制難度大，龍馬溪組上部裂縫發(fā)育，地層承壓能力弱，要求泥漿比重低，下部地層井壁易剝落，要求泥漿比重高，同一套泥漿體系很難滿足。利用泥漿密度控制井壁穩(wěn)定性空間有限，在綜合考慮體系高溫高壓穩(wěn)定性、流變性、封堵性及強(qiáng)抑制性后，最終優(yōu)選配方如下：

基礎(chǔ)油+30%CaCl2水溶液（質(zhì)量體積比為25%～35%）+（3%～5%）主乳化劑+（2%～3.5%）輔乳化劑+ （2%～3%）潤濕劑+（1%～1.5%）流型調(diào)節(jié)劑+（2%～3.5%）降濾失劑+（2.5%～3%）多級(jí)粒子硬性封堵劑+ （1%～2%）塑性封堵劑+（1.5%～2.5%）液相封堵劑+ （1.0%～1.5%）CaO+重晶石（視密度而定）。

2.1環(huán)保型評(píng)價(jià)

常規(guī)油基泥漿具有強(qiáng)抑制性、抗高溫、抗污染能力強(qiáng)及儲(chǔ)層保護(hù)的同時(shí)，也存在著顯著的環(huán)保問題，廢棄油基泥漿及鉆屑含有大量酚類化合物、礦物油及有毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成污染。本次合成基鉆井液配方優(yōu)選既要滿足鉆井工程安全、優(yōu)質(zhì)、快速、高效的需求，還要滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，不污染井場(chǎng)及周圍的環(huán)境，不影響施工人員的健康安全等條件。

針對(duì)H6平臺(tái)儲(chǔ)層特點(diǎn)，采用以白油和人工合成酯為基液的合成基無土低固相鉆井液，特點(diǎn)是芳烴含量低、環(huán)保型處理劑、無腐蝕性、生物毒性低和良好的熱穩(wěn)定性，符合工業(yè)生產(chǎn)環(huán)保要求。無土低固相有效減小油基泥漿對(duì)井場(chǎng)及儲(chǔ)層的污染，同時(shí)大大降低巖屑處理難度。合成基鉆井液抗地層水污染強(qiáng)、抑制頁巖礦物水化分散效果好，有利于井壁穩(wěn)定和鉆井提速。

2.2強(qiáng)封堵性

龍馬溪儲(chǔ)層礦物組成復(fù)雜，微裂縫發(fā)育，易水化剝落，發(fā)生井壁失穩(wěn)，要求鉆井液具有強(qiáng)封堵能力。根據(jù)H6-1實(shí)鉆經(jīng)驗(yàn)，在儲(chǔ)層龍馬溪頁巖地層斜井段和水平段鉆進(jìn)時(shí)，在泥漿體系中加入剛性和彈性結(jié)合隨鉆單向壓力封堵劑及碳酸鈣1250/325，封堵劑以碳酸鈣為主，以碳酸鈣325及剛性隨鉆封堵劑對(duì)微裂縫進(jìn)行橋接，塑性隨鉆封堵劑進(jìn)入并填充橋接孔隙，最后由碳酸鈣1250配合塑性封堵劑進(jìn)行表面覆蓋和修復(fù)，達(dá)到高效封堵微裂縫的目的，避免井漏惡性事故的發(fā)生。

在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室對(duì)已篩選出的合成基鉆井液體系的封堵性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過FANN滲透堵漏儀（PPA）進(jìn)行封堵性測(cè)試。本次使用體系封堵效果如表1所示。

表1　鉆井液體系封堵性測(cè)試數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)測(cè)試用巖芯板的滲透率為10mD、100mD、1000mD，在120℃、25MPa條件下，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，濾失量均為0，說明該體系具有良好的封堵性能。

2.3化學(xué)抑制性

H6-1井施工情況可以得到長寧地區(qū)龍馬溪頁巖儲(chǔ)層地層應(yīng)力敏感，當(dāng)?shù)貙颖淮蜷_時(shí)，地層應(yīng)力分布受到破壞，機(jī)械支撐不準(zhǔn)確，另外長寧區(qū)塊頁巖儲(chǔ)層屬于弱水敏地層，但裂縫發(fā)育2～10μm，極易受到泥漿或?yàn)V液侵入發(fā)生井壁失穩(wěn)。因此本體系鉆井液著重考慮了對(duì)油基泥漿HTHP失水和水相活度的控制，控制合適的HTHP濾失量，太少可以減少濾液滲入微裂縫，但不利于形成堅(jiān)韌的泥餅。同時(shí)保持較低的水相活度，從化學(xué)上解決井壁失穩(wěn)問題。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

H6-6井在使用空氣鉆井鉆穿石牛欄組進(jìn)入龍馬溪組后，在井深2081m處轉(zhuǎn)化為合成基鉆井液體系。地層傾角范圍為下傾6.7°～9.2°，在井深2990m進(jìn)入A靶后，根據(jù)先期臨井地層對(duì)比和隨鉆伽馬測(cè)量值的導(dǎo)向，以80°～83°井斜實(shí)時(shí)調(diào)整軌跡，實(shí)施水平段鉆進(jìn)，最終在井深4340m完鉆，水平段長度為1350m。

3.1環(huán)保型合成基鉆井液應(yīng)用效果

本次H6-6井優(yōu)選精制工業(yè)白油和人工合成酯作為合成基鉆井液的部分基礎(chǔ)油，經(jīng)過減壓蒸餾餾分，兩次加氫精制而成，嚴(yán)格控制芳烴含量在5%以內(nèi)，同時(shí)將合成酯在基礎(chǔ)油中含量提高至35%以上，從鉆井源頭降低環(huán)境污染和后期鉆屑處理難度。H6臺(tái)MI SWACO公司采用甩干機(jī)脫干法配合離心機(jī)對(duì)鉆屑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，通過甩干機(jī)處理出來的巖屑含油量低于5%～7%時(shí)，否則做重復(fù)處理，鉆屑被回收到巖屑處理廠，進(jìn)一步經(jīng)過巖屑分餾法的處理，使白油質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1%，完全可以滿足API排放標(biāo)準(zhǔn)。從甩干機(jī)出來的液相經(jīng)過離心機(jī)的進(jìn)一步處理可作為鉆井液基礎(chǔ)油循環(huán)利用，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

基礎(chǔ)油在巖屑上的滯留量對(duì)控制或減少基礎(chǔ)油損失及環(huán)境污染起著重要作用。粘度影響鉆井液在巖屑上的滯留量，基礎(chǔ)油粘度越高，鉆井液在巖屑上殘留量越大。其他影響因素包括乳化劑、潤濕劑及基礎(chǔ)油的化學(xué)性質(zhì)。

表2　不同鉆井液巖屑處理效果對(duì)比

由表2可以看出使用環(huán)保型合成基鉆井液，巖屑處理效果明顯好于H6-1的全白油基鉆井液，主要原因在于H6-6井合成基鉆井液采用兩次精制低毒白油和合成酯作為基礎(chǔ)油，有效控制基礎(chǔ)油的粘度和芳烴、重質(zhì)油等有害成份的含量，通過紅外光法測(cè)定合成基鉆井液中芳烴含量大大低于白油基鉆井液。重質(zhì)油成份含量越低，處理鉆屑除油率越高，這是H6-6井巖屑處理后含油量低于H6-1井的原因。

其次合成基鉆井液的乳化劑、潤濕劑及流行調(diào)節(jié)劑等鉆井液處理劑全采用符合API環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的低毒、無毒材料，也在很大程度上降低了鉆井液及鉆屑的污染。

3.2保證井壁穩(wěn)定技術(shù)措施

（1）采用試鉆法確定合理的鉆井液密度。頁巖儲(chǔ)層應(yīng)力系統(tǒng)復(fù)雜，無法獲得規(guī)律性井下坍塌壓力剖面，鉆井液密度窗口的控制需要現(xiàn)場(chǎng)嘗試性確定。長寧H6-1井水平段鉆井液采用2.06～2.08g/cm3，多次出現(xiàn)黑色頁巖掉片（3cm×3.5cm），在逐步提到密度至2.1g/cm3發(fā)生了漏速為5～8m3/h的井漏，低排量和加隨鉆堵漏劑無果，最后降低比重至2.04～2.06g/cm3恢復(fù)正常，現(xiàn)場(chǎng)分析是由于鉆井液激動(dòng)壓力太高、及鉆具剛性強(qiáng)，機(jī)械性碰撞井壁引起井壁失穩(wěn)，誘發(fā)井漏復(fù)雜情況。

為驗(yàn)證結(jié)論合理性，H6-6井全井段采用普通鉆桿和無磁承壓鉆桿，避免使用加厚鉆桿和無磁鉆鋌，上提下放鉆具及倒劃眼鉆壓及扭矩（8～10kN·m）無異常波動(dòng)。水平段鉆井液采用如表2低密度和低流變性性能，在停泵接立柱時(shí)觀察出口鉆井液已斷流，證明1.9g/cm3的比重可以平衡地層壓力。接完立柱沒有泵壓峰值出現(xiàn)（因靜切力過高引起開泵困難），1個(gè)循環(huán)周后觀察振動(dòng)篩無明顯掉塊返出。

（2）優(yōu)選合理鉆井液流變性能及濾失量。由于長寧龍馬溪儲(chǔ)層傾角變化大，水平段井眼軌跡差。井底當(dāng)量循環(huán)壓力偏高，地層裂縫發(fā)育，存在井筒“呼吸效應(yīng)”，容易形成誘導(dǎo)性井漏和井壁失穩(wěn)。

鉆井液流變性如表3所示，采用了較低的流變性以最大限度降低ECD和泵壓，控制井底循環(huán)當(dāng)量密度附加值小于0.1g/cm3；該井在井深4200m、排量1670L/min的條件下，泵壓僅為19～20.5MPa；在滿足鉆井液低流變性，減小井筒“呼吸效應(yīng)”的同時(shí)，要保證鉆井液懸浮力和井眼清潔能力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，具體措施如下：

①R3控制在6以上，保證鉆井液懸浮重晶石能力；R6控制在井眼尺寸的1.1～1.3倍，確保井眼清潔，接立柱開泵下放鉆具順利。

表3　鉆井液流變性及濾失量性能表

②乳化劑加量應(yīng)不低于2%，動(dòng)塑比由初始0.18增加至0.31，流變性明顯得到改善。鉆井過程中巖屑攜帶順利，水平段無巖屑床，起下鉆順利。

③要嚴(yán)格控制HTHP濾失量，失水量控制合理。H6-6井在進(jìn)入水平段2990～3081m期間，鉆井液比重超過1.90g/cm3后，發(fā)生2～5m3/h的漏失；將比重降低至1.84g/cm3以下，振動(dòng)篩返出2cm×3cm的黑色頁巖掉塊。采用強(qiáng)封堵型鉆井液處理劑后，從井深3100～4340m完鉆，鉆井液比重從1.88g/cm3提高至1.97g/cm3，未發(fā)生鉆井液漏失。

（3）高效物理封堵性。長寧頁巖地層層理結(jié)構(gòu)強(qiáng)、微裂隙發(fā)育，特別強(qiáng)調(diào)泥餅形成過程中的硬封堵、軟封堵及粒子級(jí)配。優(yōu)化粒子尺寸分布和硬塑性粒子配比是提高泥餅封堵性的有效措施。H6-6進(jìn)入頁巖地層后，提高封堵能力的措施如表4所示。

表4　鉆井液封堵劑明細(xì)表

H6-1井下?139.7mm套管至水平段時(shí)，套管每根帶一個(gè)?205mm扶正器，需要開泵旋轉(zhuǎn)下放，環(huán)空壓耗比正常鉆進(jìn)大，地層發(fā)生微漏失；而停泵后，鉆井液出口不斷流，地層返吐鉆井液。開泵循環(huán)測(cè)后效，又無明顯氣測(cè)值，分析論證地層微裂隙存在圈閉壓力。下套管57.5h，共計(jì)漏失鉆井液17m3。而H6-6井60h，共計(jì)損失鉆井液2.7m3，由此可見，長寧H6-6井三開油基鉆井液的封堵能力比H6-1井大大增強(qiáng)，有效控制了頁巖裂隙和微裂隙在鉆井液侵入后發(fā)生滲漏的復(fù)雜情況。

（4）化學(xué)抑制性。頁巖儲(chǔ)層微裂隙發(fā)育，三開合成基鉆井液不僅增強(qiáng)了物理封堵性，更提高了化學(xué)抑制性。頁巖地層中水平段井壁的坍塌壓力大于同層直井井眼井壁的地層坍塌壓力，加之鉆井液侵入微裂縫形成毛細(xì)管力誘發(fā)頁巖層理間剝落，結(jié)果均會(huì)造成井壁失穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得地層流體的活度范圍在0.56～0.74之間，鉆井液活度值保持在低于頁巖地層流體活度0.15左右，充分保證由于新漿乳化不充分、高溫高壓不穩(wěn)定或粒度分布不均，造成HTHP失水突然增大，或?yàn)V液有水產(chǎn)生頁巖層理間毛細(xì)管壓力和頁巖膨脹造成井壁失穩(wěn)。

①密切監(jiān)測(cè)油水比、堿度、氯根離子含量等數(shù)據(jù)，結(jié)合鉆井新進(jìn)尺及蒸發(fā)消耗量，給體系補(bǔ)充20%～35%氯化鈣水溶液3.5～5m3。

②如表3使體系維持較高的破乳電壓，每班至少測(cè)2次破乳電壓。及時(shí)預(yù)防地層出水破壞泥漿性能，鉆井液水分消耗過大，使鹽濃度過高而析出鹽晶體，均會(huì)造成鉆井液破乳電壓下降。

3.3長寧H6-6井保證井下安全工程技術(shù)措施

為保證井壁穩(wěn)定，避免井漏發(fā)生，采取以下技術(shù)措施：

（1）鉆井液低流變性，三開使用雙泵1600L/min大排量鉆進(jìn)，控制頂驅(qū)轉(zhuǎn)數(shù)30～40r/min，接立柱前根據(jù)扭矩變化情況劃眼1～2邊，必要時(shí)倒劃眼，目的是破壞巖屑床和虛泥餅，避免井眼不清潔引起壓力劇烈波動(dòng)（甚至憋泵），誘發(fā)井塌。

（2）進(jìn)入水平段后，嚴(yán)禁隨意增大鉆具組合剛性，避免鉆具剛性過強(qiáng)，機(jī)械性碰撞引發(fā)井壁失穩(wěn)。

（3）每次接完立柱或起下鉆后初次開泵前，先旋轉(zhuǎn)鉆具破壞鉆井液的靜切力，再緩慢開泵頂通，至正常排量，避免激動(dòng)壓力造成井壁失穩(wěn)、井漏。

（4）頁巖儲(chǔ)層是典型的壓力敏感地層，易出現(xiàn)掉塊，嚴(yán)禁長時(shí)間定點(diǎn)循環(huán)和旋轉(zhuǎn)鉆具，應(yīng)選擇下劃、上提或倒劃眼方式活動(dòng)鉆具；接立柱堅(jiān)持“晚停、早開”的原則，減少停泵真空期；鉆具在井眼中靜止時(shí)間不超過3min，活動(dòng)鉆具不小于6m。

4　結(jié)論

（1）環(huán)保型合成基鉆井液的成功應(yīng)用，證明該體系既能降低巖屑處理難度、節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境，又能滿足頁巖儲(chǔ)層坍塌壓力體系復(fù)雜、微裂縫發(fā)育、結(jié)構(gòu)層理強(qiáng)鉆井技術(shù)要求，為環(huán)保型鉆井液在頁巖氣生產(chǎn)領(lǐng)域拓寬了思路。

（2）針對(duì)長寧區(qū)塊頁巖地層脆性、層理間次生應(yīng)力紊亂。通過優(yōu)化鉆井液堵漏材料的硬/軟封堵分布、粒子級(jí)配來提高泥餅一級(jí)封堵效果，利用鉆井液自身強(qiáng)封堵性和化學(xué)抑制性來提高井壁承壓和抗機(jī)械碰撞能力，降低井壁失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）通過試鉆法確定三開不同井段合理的密度窗口，為H6平臺(tái)及同區(qū)塊井組井壁穩(wěn)定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

（4）保證懸浮和攜砂能力的條件下，利用高密度鉆井液低流變性來降低井底當(dāng)量循環(huán)壓力，避免誘發(fā)性井漏復(fù)雜發(fā)生。

（5）采用物理、化學(xué)防塌相結(jié)合的方法，降低誘發(fā)性井漏和滲透壓力造成井壁失穩(wěn)的復(fù)雜情況。

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TE254

B

1004-5716（2016）09-0083-04

2015-09-03

2015-09-17

李娜（1984-），女（漢族），山東荷澤人，工程師，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)采收率研究工作。