李俊材， 唐浩然， 劉銳可

(1中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)公司 2四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院 3成都西油華巍科技有限公司)

0 引言

FDM-1是一種納米-微米級(jí)高分子聚合物乳液產(chǎn)品，可通過(guò)濾失在孔隙性地層表面形成致密的高分子膜。同時(shí)該產(chǎn)品可以提高濾餅的致密程度、增強(qiáng)韌性，有效穩(wěn)定井壁。該產(chǎn)品在水基鉆井液中，已顯示出封堵防塌，有效解決起下鉆掛卡，滑動(dòng)定向托壓?jiǎn)栴}的效果突出，并得到逐步推廣應(yīng)用[1]。

盡管頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)廣泛使用油基鉆井液，它能很好地抑制泥頁(yè)巖的水化膨脹，防止因水化膨脹引起的井壁不穩(wěn)而導(dǎo)致的井壁垮塌，但并不能有效地解決液相壓力傳遞引起的井壁失穩(wěn)問(wèn)題[2-7]?？ㄣ@、埋卡儀器的事故時(shí)有發(fā)生[3,8-11]。為了更好地解決問(wèn)題，將成膜封堵劑FDM-1引入油基鉆井液中，提高其成膜封堵效果，改善濾餅質(zhì)量，增強(qiáng)防塌、防卡能力。為此，開(kāi)展了室內(nèi)評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，取得了很好的效果。

該產(chǎn)品具有非滲透、可變形的特性，在地層孔隙、裂隙中形成致密的封堵層，起到封堵、改善濾餅、降低摩阻的作用[1]。

1 成膜封堵劑FDM-1室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

1.1 粒徑分析

FDM-1可抗150℃，經(jīng)過(guò)150 ℃熱滾 16 h后仍具有較好的分散性。

實(shí)驗(yàn)方法：在兩個(gè)高速攪拌杯中分別量取 300 mL蒸餾水，再分別加入 12.0 g FDM-1試樣，高速攪拌 10 min，超聲分散 5 min。其中一份作為熱滾前待測(cè)試樣，另外一份裝入陳化釜中，于 150 ℃下熱滾 16 h。取出冷卻至室溫，高速攪拌 1 min，用JL-1197 型激光粒度分布測(cè)試儀測(cè)試3份待測(cè)樣的粒徑。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 FDM-1老化前后粒徑分布

從表1可知，F(xiàn)DM-1常溫下在納米-微米級(jí)均有良好分布，在150℃下熱滾后仍具有良好的乳化分散穩(wěn)定性，在井下高溫環(huán)境中對(duì)泥頁(yè)巖微-納米尺度的孔隙和裂隙仍可以起到良好的封堵作用。

1.2 成膜效果評(píng)價(jià)

FDM-1在油基鉆井液中可抗130℃，經(jīng)過(guò)130 ℃熱滾 16 h后仍具有較好的成膜封堵效果。

實(shí)驗(yàn)方法：按3#白油240 mL，乳化劑12.00 g，濃度為25%的CaCl2鹽水60 mL的加量，高速攪拌20 min，配制兩份油基乳液漿。在其中一份中加入12.00 g的FDM-1，高速攪拌10 min。兩份漿分別裝入陳化釜中，于130 ℃下熱滾16 h。取出冷卻至室溫，高速攪拌10 min，測(cè)試兩份漿的API濾失量，測(cè)完濾失量后的濾紙備用；再將API濾失儀泥漿杯中的乳液漿換成3#白油，分別用上述兩張帶濾餅的濾紙測(cè)定濾膜的透失量。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 130 ℃熱滾 16 h后成膜效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

由表2、圖1可知，F(xiàn)DM-1在油基鉆井液中能有效成膜，抗溫能力可達(dá)150℃，且形成的膜致密穩(wěn)定，表面光潔平整，濾膜透失量大大降低，可有效阻止乳液穿過(guò)濾膜，體現(xiàn)出良好的封堵性。

1.3 FDM-1與油基鉆井液的配伍性評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)方法：按3#白油240 mL，乳化劑12.00 g，生石灰9.00 g，有機(jī)土9.00 g，降濾失劑12.00 g，濃度為25%的CaCl2鹽水60 mL的加量，高速攪拌50 min，再加重至密度2.0 g/cm3，高速攪拌30 min，配制三份油基鉆井液。在其中兩份分別加入0.8%、1.2%的FDM-1，于130 ℃下熱滾16 h，冷卻后在50℃下測(cè)試其性能，在130℃下測(cè)定高溫高壓濾失量。結(jié)果見(jiàn)表3。

圖1 做完API濾失量的濾餅對(duì)比

表3 FDM-1與油基鉆井液的配伍性實(shí)驗(yàn)

由表3看出，F(xiàn)DM-1對(duì)油基鉆井液的流變性能影響不大，高溫高壓濾失量降低明顯，濾餅更致密光潔，厚度更薄。故FDM-1與油基鉆井液配伍性良好，能進(jìn)一步降低濾失量，改善濾餅質(zhì)量。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2.1 N216H19-4井

N216H19-4井是一口位于四川盆地長(zhǎng)寧背斜構(gòu)造中奧頂構(gòu)造南翼的頁(yè)巖氣水平井。目的層龍馬溪組地層巖性為上部灰色頁(yè)巖，下部為黑色頁(yè)巖，屬于脆性特征頁(yè)巖，易碰撞掉塊；頁(yè)巖層理發(fā)育，局部位置裂縫、斷層發(fā)育，地層破碎，在鉆井液浸泡下易于剝落掉塊。

鉆井過(guò)程中使用白油基鉆井液配合?215.9 mm鉆頭鉆進(jìn)。鉆至4 005 m時(shí)井底返出較多掉塊，掉塊最大直徑4～5 cm，厚度1～2 cm。同時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的起鉆倒劃眼掛卡，扭矩增大蹩停頂驅(qū)現(xiàn)象。由于掉塊嚴(yán)重，增斜鉆井只能降低鉆壓至40～60 kN，且加壓極不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速低，僅為20 r/min，扭矩在2～8 kN·m之間不規(guī)律波動(dòng)。針對(duì)這一情況，分兩次加入成膜封堵劑FDM-1共8.0 t，占井漿中的比例約為2.4%。加入FDM-1后掉塊消失，后續(xù)鉆進(jìn)正常，起下鉆劃眼平穩(wěn)，鉆壓可平穩(wěn)的提高到100 kN，鉆速可提至80 r/min，提速期間，扭矩在6～18 kN·m之間有規(guī)律的波動(dòng)，并最終趨于平穩(wěn)。加入FDM-1前后鉆井液性能見(jiàn)表4。

2.2 W202H65-2井

W202H65-2井位于四川盆地威遠(yuǎn)構(gòu)造，目的層志留系龍馬溪組巖性為黑色頁(yè)巖。鉆井中使用白油基鉆井液，密度在1.98～2.0 g/cm3之間。考慮到同平臺(tái)鄰近井已經(jīng)完成了壓裂作業(yè)，地層的穩(wěn)定性存在風(fēng)險(xiǎn)，極易出現(xiàn)井漏、井壁失穩(wěn)等問(wèn)題。為了保證井壁穩(wěn)定，減少掉塊卡鉆，在該井使用了3 t成膜封堵劑FDM-1，占井漿中的比例約為1.0%。

表5表明，在使用成膜封堵劑FMD-1的過(guò)程中，鉆井液實(shí)鉆性能優(yōu)良穩(wěn)定，流變性好，黏切適中，且FMD-1的加入對(duì)高溫高壓濾失量有明顯降低作用，形成的濾餅比加之前更薄，更致密，韌性更好。

表4 N216H19-4井加入FDM-1前后鉆井液性能

表5 FDM-1與W202H65-2井井漿的配伍性

從現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)情況來(lái)看，F(xiàn)DM-1確實(shí)有助于降低鉆井液消耗量，正常鉆進(jìn)鉆井液損耗從10～12 m3/100 m降低至7～8 m3/100 m。在實(shí)鉆過(guò)程中，加入FDM-1前，下鉆到底循環(huán)，有較多掉塊返出，掉塊約3～5 cm，厚1～1.5 cm；加入FDM-1后，下鉆到底循環(huán)，僅有零星掉塊返出，在正常鉆進(jìn)時(shí)，基本上沒(méi)有掉塊返出，體現(xiàn)出了鉆井液良好的封堵防塌效果。

此后，F(xiàn)DM-1在油基鉆井液中得到逐步推廣使用，在貴州AY1-4HF井、AY1-3HF井，威遠(yuǎn)WY41-2井，長(zhǎng)寧N209H49-8/-7/-5、N209H20-1/-2/-3、N209H43-5/-4/-3/-2/-1、N209H26-6/-3/4/-5、N209H37-7/-1、N209H36-3等井中均獲得了很好的應(yīng)用效果。在鉆井過(guò)程中，加0.5%～2.0%的FDM-1，可以很好地預(yù)防掉塊、垮塌。

3 結(jié)論與建議

1)成膜封堵劑FDM-1是一種水包油聚合物乳液，可在油包水乳液自身乳化劑的乳化作用下，均勻分散于其中，通過(guò)濾失形成致密的高分子膜。這種高分子膜具有非滲透、可變形的特性，在地層孔隙、裂隙中形成致密的封堵層，起到封堵、改善濾餅、降低摩阻的作用。

2)水基鉆井液用成膜封堵劑FDM-1在油基鉆井液中可抗130℃高溫，能夠成膜，使濾膜透失量大大減小，同時(shí)與油基鉆井液配伍性能良好。

3)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，在油基鉆井液中加入成膜封堵劑FDM-1可在井壁成膜，在地層孔隙中形成致密的封堵層；同時(shí)通過(guò)改善濾餅質(zhì)量，減少鉆井液濾失，從而提高油基鉆井液封堵防塌能力，減少掉塊，對(duì)穩(wěn)定井壁起到了積極有效的作用。

4)建議持續(xù)在油基鉆井液中進(jìn)行推廣應(yīng)用，尤其是水平井段，可以減少鉆井液濾失，很好的預(yù)防掉塊、垮塌。