楊 斌

(1低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 2川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院)

隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)以頁(yè)巖氣為標(biāo)志的非常規(guī)氣藏的大規(guī)模開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，油基鉆井液的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。與傳統(tǒng)的水基鉆井液相比，油基鉆井液因其良好的抑制性能、潤(rùn)滑性能、流變性能在頁(yè)巖氣鉆探中得以廣泛應(yīng)用[2-3]。但油基鉆井液普遍存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高、油基鉆屑處理困難、油基鉆井液使用成本高的問(wèn)題[4-5]。與油基鉆井液相比，水基鉆井液具有污染小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。頁(yè)巖氣水平井可以采用油基鉆井液和合成基鉆井液，也可以采用強(qiáng)抑制性水基鉆井液，要求其關(guān)鍵是必須確保井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑、防卡和井眼清潔[7]。

一、技術(shù)難點(diǎn)

目前采用水基鉆井液鉆進(jìn)頁(yè)巖氣水平井主要存在井壁穩(wěn)定性差、潤(rùn)滑防卡等突出問(wèn)題[8-9]。因此要求頁(yè)巖氣水平井施工中采用的水基鉆井液必須具備以下特點(diǎn)：①抑制性能。水基鉆井液的抑制性能夠接近油基鉆井液，抑制頁(yè)巖水化；②封堵性能。水基鉆井液必須具有良好的封堵性能，有效封堵頁(yè)巖的微裂縫，降低孔隙壓力傳輸；③潤(rùn)滑性能。川渝地區(qū)的頁(yè)巖氣水平井水平段施工多采用2.0 g/cm3以上的高密度，固相含量高，水平段長(zhǎng)，常規(guī)的潤(rùn)滑劑在高溫高密度鉆井液中潤(rùn)滑性能不佳，且顯著增加鉆井液黏切；④降濾失性能。高密度水基鉆井液的高溫高壓濾失性能盡可能低，盡量接近油基鉆井液，減少濾液對(duì)近井壁地帶孔隙、微裂縫的侵入。

二、研制思路

針對(duì)水基鉆井液存在問(wèn)題進(jìn)行深入分析，從體系源頭入手逐一解決，即優(yōu)選的處理劑必須同時(shí)具備兩大特點(diǎn)：性能好、對(duì)體系黏切影響小。具體選擇如下：①有機(jī)抑制劑與無(wú)機(jī)鹽協(xié)同作用抑制泥頁(yè)巖水化膨脹；②納米聚合物封堵劑作為水基鉆井液體系封堵劑，該聚合物粒徑為納米級(jí)，可變形在孔隙、微裂縫表面吸附成膜，有效封堵頁(yè)巖孔喉、微裂縫；③選用彈性固體顆粒作為體系的潤(rùn)滑劑，既解決了高密度下潤(rùn)滑難題又具有封堵作用；④優(yōu)選抗溫性能好，對(duì)高密度鉆井液的黏切影響小的高溫聚合物降濾失劑，有利于高密度水基鉆井液的流變性調(diào)控。

通過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)得到CQ-HPWBM高性能水基鉆井液體系的基本配方：3% ～5%鉆井液用封堵劑納米聚合物G314+2% ～4%有機(jī)防塌抑制劑G319+1% ～2%固體潤(rùn)滑劑彈性石墨G338+1% ～3%防泥包清潔劑聚醚多元醇G318+0.2% ～0.3%流型調(diào)節(jié)劑G310-DQT+2% ～3%高溫聚合物降濾失劑G331+0.2%NaOH+15% ～20%KCl+重晶石。

三、鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

1. 抑制性能

測(cè)試了CQ-HPWBM高性能水基鉆井液以及其它6種常用的鉆井液體系對(duì)鈣膨潤(rùn)土的線性膨脹率，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 鉆井液抑制性能對(duì)比

由圖1結(jié)果可知，在6種水基鉆井液中CQ-HPWBM高性能水基鉆井液對(duì)膨潤(rùn)土的線性膨脹率最低，僅次于油基鉆井液，能夠有效抑制黏土水化膨脹。

2.封堵性能

使用CFS700多功能巖心測(cè)試儀測(cè)試鉆井液對(duì)頁(yè)巖巖心的膜效率，以此作為考察鉆井液封堵性能的指標(biāo)，并KCl鉆井液以及國(guó)外LD、PB等4種高性能水基鉆井液體系進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖2。CQ-HPWBM高性能水基鉆井液的膜效率遠(yuǎn)高于常用的KCl鉆井液，其封堵性能達(dá)到或超過(guò)國(guó)外高性能水基鉆井液。

圖2 鉆井液的膜效率對(duì)比

應(yīng)用OFITE封堵儀測(cè)試鉆井液對(duì)不同滲透率的磨砂盤的封堵性能，并與國(guó)內(nèi)外5種鉆井液體系進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。CQ-HPWBM高性能水基鉆井液的瞬時(shí)濾失量低，表明體系封堵效果良好，能夠有效進(jìn)行瞬時(shí)封堵，快速形成優(yōu)質(zhì)濾餅，封堵性能接近油基鉆井液，降低孔隙壓力傳輸，有利于穩(wěn)定井壁。

圖3 鉆井液的封堵性能對(duì)比

3.潤(rùn)滑性能

高密度水基鉆井液中由于固相含量高，加重材料顆粒之間摩擦較多，常規(guī)潤(rùn)滑劑難以有效改善高密度水基鉆井液的潤(rùn)滑性能。含植物油潤(rùn)滑劑會(huì)導(dǎo)致高密度水基鉆井液顯著增稠，而含有礦物油的潤(rùn)滑劑則因?yàn)榄h(huán)保問(wèn)題限制了應(yīng)用。為此，優(yōu)選了固體彈性潤(rùn)滑劑G338作為體系的潤(rùn)滑劑，測(cè)試了CQ-HPWBM鉆井液的極壓潤(rùn)滑系數(shù)，與其他類型的鉆井液進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)圖4。

圖4 高密度下鉆井液潤(rùn)滑性能對(duì)比

由圖4數(shù)據(jù)可知，CQ-HPWBM高性能水基鉆井液體系即使在高密度條件下仍然具有良好的潤(rùn)滑性能，可實(shí)現(xiàn)接近油基鉆井液的潤(rùn)滑性。

4.高溫高壓降濾失性能

優(yōu)選出抗高溫聚合物降濾失劑 G331作為體系的降濾失劑，測(cè)試了并對(duì)比了在不同溫度下的高溫高壓濾失量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

CQ-HPWBM高性能水基鉆井液在不同的溫度下的高溫高壓濾失量均遠(yuǎn)小于其它類型的水基鉆井液，且溫度越高優(yōu)勢(shì)越明顯，尤其是在180℃下的高溫高壓濾失量明顯小于其它水基鉆井液，接近油基鉆井液。由于川渝區(qū)域頁(yè)巖氣水平井井底實(shí)測(cè)溫度一般小于150℃，因此CQ-HPWBM高性能水基鉆井液體系的高溫高壓濾失性能已能滿足需要。

圖5 鉆井液的高溫高壓降濾失性能對(duì)比

5.高溫高壓流變性能

使用高溫高壓流變儀M7500測(cè)試了體系在不同溫度下的流變性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 不同溫度下的黏度

CQ-HPWBM高性能水基鉆井液在高溫下流變性良好，當(dāng)溫度高于160℃時(shí)黏切才發(fā)生突降，在不同溫度下該體系均未發(fā)生高溫增稠現(xiàn)象，體系抗溫可達(dá)160℃。

圖7 不同溫度下的動(dòng)切力

四、結(jié)論和建議

(1)CQ-HPWBM高性能水基鉆井液能夠有效抑制泥頁(yè)巖水化，避免因泥頁(yè)巖水化帶來(lái)的復(fù)雜問(wèn)題。

(2)CQ-HPWBM高性能水基鉆井液體系具有較強(qiáng)的封堵性能，可以進(jìn)行瞬時(shí)封堵，快速形成優(yōu)質(zhì)濾餅，降低孔隙壓力傳輸，有利于穩(wěn)定井壁。

(3)CQ-HPWBM高性能水基鉆井液體系在高密度條件下依然具有良好的潤(rùn)滑性能，可實(shí)現(xiàn)接近油基鉆井液的潤(rùn)滑性。

(4)CQ-HPWBM高性能水基鉆井液體系在高溫高密度條件下具有良好的降濾失性能，體系抗溫160℃，對(duì)黏切影響較小，有利于流變性調(diào)控。

(5)CQ-HPWBM高性能水基鉆井液體系解決了水基鉆井液在易塌地層鉆進(jìn)中存在的抑制、封堵、潤(rùn)滑等方面存在的難題，性能基本接近油基鉆井液，有利于降低鉆井液成本。

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