高 強, 明顯森, 歐 翔, 劉 偉

(1中石油川慶鉆探公司鉆采工程技術研究院 2油氣田應用化學四川省重點實驗室)

用于商業(yè)開發(fā)的頁巖油氣水平井水平段一般長達800～2 500 m[1]，施工過程中對鉆井液的井眼清潔能力和潤滑性能要求極高[2-4]；長寧區(qū)塊龍馬溪組儲層層理發(fā)育、疏松、性脆，易垮塌，特別是斜井段鉆進時，高伽馬碳質頁巖更容易出現(xiàn)井壁嚴重失穩(wěn)，因此，頁巖氣水平井對鉆井液技術提出了嚴峻的挑戰(zhàn)[5-7]。根據(jù)長寧頁巖氣區(qū)塊相關資料，為預防水平井眼垮塌，水平段鉆進過程中鉆井液密度一般控制在1.80～2.20 g/cm3，然而寧217井直井鉆井過程中在石牛欄組、龍馬溪組、五峰組使用1.40～1.53 g/cm3均出現(xiàn)了井漏失返的復雜情況，雖然寧217井直改平在石牛欄組斜井段經(jīng)過承壓堵漏將地層承壓能力提高到1.80 g/cm3，但進入龍馬溪組水平段后使用密度1.80 g/cm3的油基鉆井液仍然出現(xiàn)了井漏，為預防井漏，采用1.40 g/cm3的低密度油基鉆井液，解決了井眼清潔、井壁失穩(wěn)等難題，順利鉆完1 500 m水平段。創(chuàng)造了長寧區(qū)塊龍馬溪地層完鉆鉆井液密度最低的記錄。寧217井直改平低密度油基鉆井液的成功應用為該區(qū)域頁巖氣水平井鉆井提供了寶貴的經(jīng)驗。

一、寧217井直改平鉆井工程難點及鉆井液技術對策

1. 寧217井直改平基本情況

寧217井直井段在龍馬溪組用密度1.32～1.55 g/cm3鉆井液鉆進氣測異常，根據(jù)寧217井距剝蝕線距離及埋深，并結合該井龍馬溪組直井段實鉆鉆井液密度，推測本井龍馬溪組水平段地層壓裂后地層壓力系數(shù)為1.40～1.80，壓力預測曲線見圖1。寧217井直改平在龍馬溪組水平段鉆進中，可能會鉆遇微裂縫，地層壓力預測值可能偏低，因此在鉆進過程中應做好防噴的應急預案，鉆進中需密切注意井內壓力及顯示情況，對鉆井液密度做適時調整。

圖1 寧217井直改平地層壓力預測圖

寧217井直改平設計為?215.9 mm井眼，設計鉆井液密度為1.81～2.20 g/cm3，在2 400 m開始定向造斜完成1 500 m水平段鉆進。

2. 鉆井工程技術難點

石牛欄組、龍馬溪組底部井漏風險高。在寧217直井段鉆井期間，韓家店組地破試驗當量鉆井液密度1.58 g/cm3；石牛欄組、龍馬溪組、五峰組底部鉆井中出現(xiàn)井漏失返，石牛欄組～五峰組實鉆最高鉆井液密度分別為1.53 g/cm3和1.40 g/cm3。與長寧其它區(qū)塊相比，其承壓能力較低。

龍馬溪水平段垮塌風險大。龍馬溪組地層易垮塌，根據(jù)長寧區(qū)塊已鉆水平井鉆井經(jīng)驗，水平井段鉆井液密度應滿足1.80 g/cm3或以上，才能確保井眼穩(wěn)定；而寧217直井段石牛欄組最高鉆井液密度1.53 g/cm3，兩者密度值差較大。

3. 鉆井液技術對策

(1)提高油基鉆井液的封堵能力。根據(jù)該井直井段承壓能力低的特點，造斜段和水平段鉆進期間應重點強化油基鉆井液對頁巖地層的封堵能力，采用LIQUITONE、CQ-BFX和TYODF-101進行軟硬離子復配封堵，增強井壁的穩(wěn)定。

(2)降低鉆井液密度。在鉆進過程中若出現(xiàn)滲透性漏失，在井下未出現(xiàn)明顯垮塌及后效嚴重的氣測顯示的情況下，逐步降低油基鉆井液密度，密度的下限為1.40g/cm3，以應對龍馬溪地層水平段微裂縫發(fā)育的滲透性漏失。

(3)提高低密度油基鉆井液攜砂和清潔井眼的能力。通過調整乳化劑CQ-ETS和流型調節(jié)劑CQ-RZL的加量，提高油基鉆井液動切力YP和塑性黏度PV，維持動塑比為0.35～0.45，保證井眼清潔；采用清掃液清潔井眼，井斜<60°，采用高黏高密度封堵清掃液；井斜>60°，采用低黏高密度封堵清掃液，以較大排量清掃井筒[8]。

二、低密度油基鉆井液室內評價研究

1. 油基鉆井液配方及性能

白油+3.0%～4.0%乳化劑CQ-ETS+2.0%～3.0%石灰+0.2%～0.4%降濾失劑LIQUITONE +1.0%～2.0%潤濕劑CQ-WBP +0.2%～0.5%流型調節(jié)劑CQ-RZL +1.0%～2.0%封堵劑CQ-BFX+2.0%～4.0%封堵劑TYODF101 +CaCl2水溶液(濃度25%)+重晶石粉至1.40 g/cm3(油水比=85/15)，配方性能見表1。

表1 低密度油基鉆井液室內配方性能參數(shù)

實驗數(shù)據(jù)表明[9]，120℃高溫老化后，油基鉆井液性能與熱滾前性能變化不大，高溫高壓失水為1.0 mL；高溫作用后，油基鉆井液乳化效果加強，使得破乳電壓上漲，體系具有良好的流變性和乳化穩(wěn)定性，保證了鉆井液的攜砂性和抑制防塌能力，有利于頁巖氣龍馬溪水平段鉆進。

2. 抑制能力評價

實驗中采用了石油天然氣行業(yè)標準SY/T 6335-1997《鉆井液用頁巖抑制劑評價方法》測試程序中滾動試驗，采用龍馬溪頁巖對密度1.40 g/cm3和1.80 g/cm3油基鉆井液的抑制能力進行對比評價，實驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 頁巖滾動回收率實驗

由實驗數(shù)據(jù)可知，該頁巖在清水中的滾動回收率為41%，水化分散較強，然而在油基鉆井液中具有較高的滾動回收率，抑制頁巖水化分散的能力強，回收率均達到98%以上，數(shù)據(jù)表明不同密度的該油基鉆井液具有很強的抑制頁巖水化分散能力。

3. 封堵能力評價

在室內采用HTHP頁巖床實驗來評價鉆井液封堵性能，實驗方法：用GGS71-A型高溫高壓失水儀(海通達專用儀器廠，青島)，將30 g頁巖巖屑(20～40目)和50 g頁巖巖屑粉(60～100目)依次裝入兩頭可開的釜體中，然后在倒入低密度油基鉆井液，在120℃、3.5 MPa的壓差下測試30 min鉆井液的濾失量。實驗測得該油基鉆井液HTHP濾失量為0 mL，由此表明該低密度油基鉆井液具有良好的封堵能力。

4. 抗污染能力評價

在油基鉆井液中分別加入10%清水、10%頁巖粉(過300目篩龍馬溪頁巖粉)，考察在120℃，16 h熱滾后對油基鉆井液流變性以及電穩(wěn)定性的影響，實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 油基鉆井液抗污染能力評價實驗

注:實驗編號1#：按照鉆井液配方配制1.40 g/cm3油基鉆井液；2#：1#+10%頁巖粉；3#：1#+10%清水。

由表3實驗數(shù)據(jù)表明，該低密度油基鉆井液經(jīng)過巖屑和清水污染，雖然鉆井液性能參數(shù)有所波動，但依然保持了較好的流變性和電穩(wěn)定性，表明該油基鉆井液具有較好的抗污染能力，能夠滿足長水平段鉆井抗污染抑制能力的要求。

三、現(xiàn)場應用情況及分析

1. 寧217井直改平現(xiàn)場應用概況

寧217井直改平于2018年9月17日8∶00使用密度1.55 g/cm3，黏度41 s的水基鉆井液從2 400 m開始側鉆至2 676 m。10月16日在龍馬溪頂2 676 m替入1.65 g/cm3油基鉆井液，在龍馬溪組鉆進期間，因龍馬溪地層承壓能力低而發(fā)生不同程度的井下漏失，后采取了逐步降低鉆井液密度(最低1.40 g/cm3)、提高鉆井液的封堵性能、靜止堵漏的方式，成功解決了龍馬溪地層承壓能力低而發(fā)生的漏失，于12月6日10∶30采用1.40 g/cm3油基鉆井液安全順利鉆進至井深4 730 m完鉆，完成進尺2 054 m，其中水平井段長1 500 m，水平位移1 859.32 m，最大井斜99.10°，最大狗腿度10.92°，鉆進周期80.08 d。

2. 油基鉆井液性能

通過記錄分析寧217井直改平龍馬溪頁巖段油基鉆井液的性能參數(shù)變化情況可知，油基鉆井液性能穩(wěn)定，隨著井深的增加，鉆井液中固相含量上升，鉆井液黏度和切力在合適范圍波動，通過維持體系乳化劑和生石灰的含量，能夠保持油基鉆井液的乳化穩(wěn)定性。見表4。

3. 鉆井液維護與處理

(1)合理的密度控制。從工程設計、錄井油氣顯示數(shù)據(jù)、井漏和鉆屑返出情況適時調整鉆井液密度，確保了循環(huán)鉆井液在合理的密度窗口內以平衡地層壓力，并且最終體現(xiàn)在當量循環(huán)密度上以實現(xiàn)快速鉆進。為避免密度出現(xiàn)較大的波動，采用補充膠液和鉆進液的方式進行維護，既調整了密度又保證了體系性能的穩(wěn)定。

表4 寧217井直改平油基鉆井液實鉆性能

(2)井壁穩(wěn)定及性能控制。由于油基鉆井液的憎水特性，可有效抑制頁巖的水化膨脹垮塌，油基鉆井液是適用龍馬溪頁巖地層較優(yōu)的防塌體系，且能最大限度地減小井下復雜。保持體系中一定量的過量石灰含量，約4～7 kg/m3；保持乳化劑的濃度和充分剪切是保證油包水乳狀液穩(wěn)定性的關鍵，保證破乳電壓值大于400 V，如有降低趨勢加入乳化劑進行調整。

(3)抑制性、封堵性的強化。該井龍馬溪地層承壓能力低，龍馬溪水平段微裂縫發(fā)育，在龍馬溪地層鉆進期間多次發(fā)生井下滲透性漏失，因此必須要保證油基鉆井液具有較好的抑制封堵能力，向鉆井液中加入封堵劑2%CQ-BFX、2%～3%TYODF-101和1%LIQUITONE，用來提高剛性離子、軟性離子封堵及其粒子間的顆粒級配，提高巖石內聚力，增強井壁穩(wěn)定性。

(4)加強固相控制。使用200目(0.075 mm)的振動篩篩布，保證固控設備使用的有效性。低密度固相含量超過7%，則需開啟離心機凈化井漿，維持低密度固相在一定范圍內，以保證井眼清潔和實現(xiàn)快速鉆進。

(5)井眼清潔。保證鉆井液良好的流變性，在接立柱前和每次短起或者起鉆時保證足夠的循環(huán)時間，鉆井液循環(huán)至振動篩篩面干凈。

(6)工程技術措施。水平段較長，接單根或起下鉆，勤活動鉆具，靜止時間不超過3 min，若需長時間靜止，必須起至套管鞋內；堅持每次接單根前倒劃、正劃2遍，每鉆進300 m進行一次短起下鉆；起下鉆遇掛卡，開泵循環(huán)反復拉劃修整井壁，有效破壞巖屑床，減小了后期通井下套管風險。

4. 取得的成效

(1)長寧頁巖氣區(qū)塊完鉆鉆井液密度最低紀錄1.40 g/cm3。

(2)儲層鉆遇率均達100%的紀錄。

(3)因地層變化幅度大，水平段井眼軌跡由99.10°降至88°升至93°又降至71°的情況下，成功完成水平段長1 500 m，水平位移1 859.32 m，最大井斜99.10°，最大狗腿度10.92°(井眼軌跡見圖2)。

圖2 寧217井直改平實鉆井眼軌跡

四、結論

(1)長寧區(qū)塊龍馬溪頁巖地層鉆進時根據(jù)頁巖坍塌應力及油氣顯示情況，在保證井壁穩(wěn)定和井控安全的前提下，適當降低鉆井液密度，提高機械鉆速、降低井漏發(fā)生的概率。

(2)文中所使用的低密度油基鉆井液具有流變性好，巖屑滾動回收率高(99%)，高溫高壓失水低(1.0 mL)，抑制封堵能力強等特點。

(3)該油基鉆井液抗污染能力強，10%清水和10%巖屑粉對鉆井液性能基本無影響，現(xiàn)場維護簡單，可操作性強。