秦波波，趙世貴，葉禮圓，周 博，章楚君

(荊州市學(xué)成實業(yè)有限公司,湖北 荊州 434009)

威遠地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，漏層、高壓層、含硫化氫氣層較多，井控風(fēng)險高，施工難度大，特別是水平段鉆進，極易發(fā)生卡鉆、剝落掉塊等事故。威204H34-3井是中國石化在該區(qū)塊部署的一口頁巖氣開發(fā)井，該井設(shè)計井深5440m，設(shè)計水平段2200m，地層壓力系數(shù)1.85。該地區(qū)水平段為龍馬溪組，以脆性泥頁巖為主，井底溫度高，地層壓力系數(shù)大，水基鉆井液很難滿足現(xiàn)場要求。相對于水基鉆井液，油基鉆井液具有抗高溫、強抑制、流動性好、低摩阻、井壁穩(wěn)定等優(yōu)良的性能，所以該井采用柴油基鉆井液進行鉆進[1-9]。

1 技術(shù)難點及對策

1.1 高密度

該井水平段地層壓力系數(shù)達1.85，水平段鉆井液密度大于2.10g/cm3。密度高意味著固相含量高，過高的固相含量會提高鉆井液粘度，降低鉆速，增加泥漿泵的負擔(dān)。

針對這個問題，筆者開發(fā)出一種聚酰胺類的潤濕劑。該潤濕劑有很多的吸附基團，能很好地吸附在加重材料和鉆屑的表面，使其均勻地分散在油基鉆井液中，降低固相對鉆井液性能的影響。

1.2 井壁穩(wěn)定

該井水平段為龍馬溪組，為脆性泥頁巖地層，泥頁巖的穩(wěn)定性不僅與起支撐作用的鉆井液密度有關(guān)，而且與鉆井液的成膜封堵性有很大關(guān)系。

采用和該地區(qū)孔隙度相當?shù)某殑傂圆牧吓c可變形材料開發(fā)出效果良好的封堵劑，該封堵劑能在井筒周圍的泥頁巖表面、微裂縫和孔隙中形成封堵膜，降低鉆井液的濾失量，防止泥頁巖水化剝落，穩(wěn)定井壁。

1.3 井眼清潔

該井水水平段2200m，井眼環(huán)空空隙小，泵壓高，排量受限，加上巖屑自身的重力效應(yīng)，容易在水平段形成巖屑床，引起井下復(fù)雜情況。

配漿開始時，配制低油水比的油基鉆井液，使體系在鉆井前期具有較好的粘度，能更好的攜帶和懸浮巖屑，保證井眼的清潔；隨著鉆井深度及水平位移的增加，逐步提高油水比，以此保證鉆井液體系的切力不會過大，而造成開泵困難等問題。

2 配方優(yōu)選與性能評價

根據(jù)威204H34-3井的地質(zhì)地層情況，在自主開發(fā)的柴油基主輔乳化劑、潤濕劑、降濾失劑、潤濕劑等處理劑的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)實驗開發(fā)出高密度柴油基鉆井液體系。鉆井液配方為：0#柴油+2.5%主乳化劑+1%輔乳化劑+1%潤濕劑+0.8%有機土+3%CaO+2%降濾失劑+2%封堵劑+ CaCL2鹽水(CaCL2質(zhì)量分數(shù)為30%)。

2.1 配方優(yōu)選

室內(nèi)配制油水比80∶20和90∶10的鉆井液體系，用重晶石加重至2.1g/cm3，150℃下滾動16h，在65℃下測定鉆井液老化后的表觀粘度(AV)、塑性粘度(PV)、動切力(YP)、動塑比(YP/PV)、靜切力(GEL)、破乳電壓(ES)和高溫高壓濾失量(FLHTHP)。實驗結(jié)果見表1。

表1 150℃熱滾后體系的基本性能

從表1中可以看出，該體系在溫度為150℃、油水比80∶20和90∶10時均具有良好的乳化穩(wěn)定性、較低的濾失量、較好的流變性。

2.2 抗污染性能評價

隨著鉆井的進行，超細的有害鉆屑會不斷累積，從而對體系產(chǎn)生不良影響。室內(nèi)選用油水比為8∶2，密度為2.1g/cm3的鉆井液，加入不同質(zhì)量分數(shù)的威遠區(qū)塊龍馬溪組的巖屑粉(過200目篩)，在150℃老化后其性能見表4。

表4 巖屑含量對鉆井液性能影響

表4(續(xù))

由表4可知，隨著巖屑的加入，體系的破乳電壓，表觀粘度、塑性粘度、靜切力、高溫高壓濾失量、泥餅厚度逐漸上升，動塑比變化不大。巖屑加量大于8%時表觀粘度、靜切力、高溫高壓濾失量、泥餅厚度明顯增大，特別是靜切力和泥餅厚度增加明顯。說明該體系巖屑污染極限為8%。

2.3 封堵性能評價

圖1 鉆井液對不同滲透率砂盤的封堵性

頁巖微裂縫及孔隙的模擬是鉆井液封堵性能評價的難點，通過查詢文獻，發(fā)現(xiàn)采用不同滲透率的人造砂盤來進行鉆井液的封堵實驗具有較好的代表性和重復(fù)性。在室內(nèi)分別配制了油水比為8∶2，密度為2.1g/cm3的兩杯油基鉆井液，一杯加入了2%的封堵劑，另一杯不加封堵劑。在 150℃下滾動16h，選擇滲透率為400mD、750mD和2D的人造砂盤，用鉆井液封堵測定儀(PPT)測定鉆井液在壓力為3.5MPa、溫度150℃、30min砂盤濾失量(PFL)。實驗結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出：加入封堵劑的砂盤濾失量遠遠小于未加的。砂盤滲透率越小，砂盤濾失量越小，說明加入封堵劑后體系具有良好的封堵性能。

2.4 沉降穩(wěn)定性評價

沉降穩(wěn)定性一直是油基鉆井液所面臨的一大難題，尤其是在井底溫度高、地層壓力大的頁巖氣水平井，對高溫穩(wěn)定性的要求更加突出。采用靜態(tài)沉降法來檢測油基鉆井液的沉降穩(wěn)定性，具體實驗方法為：按照配方配制油基鉆井液，在150℃條件下老化16h，高速攪拌20min，倒入高溫老化罐中，充入1.5MPa的氮氣，在150℃下靜置0,24,48,72,96,120h，檢測鉆井液上部和下部密度。

表5 不同靜置時間下的鉆井液上部和下部密度

由表5中可以看出，所配制的油基鉆井液體系靜置120h，上下密度差僅為0.030g/cm3，由此說明該鉆井液體系在高溫下仍然具有良好的沉降穩(wěn)定性。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

威204H34-3井三開采用柴油基鉆井液，施工井段為2801～5555m，A點垂深為3179m，B點垂深3437m，設(shè)計井深5440m，設(shè)計水平段井長2200m，實際完成水平段2315m，目的層為黑色頁巖的龍馬溪組，完鉆井深5555m(垂深3469m)。

表6 威204H34-3井三開井段油基鉆井液性能

威204H34-3井三開井段實鉆結(jié)果表明，該柴油基鉆井液乳化效果好，破乳電壓高，在三開中后期，破乳電壓穩(wěn)定在1000V以上，性能穩(wěn)定；隨著鉆井的進行，體系油水比不斷提高，從而保證體系在整個鉆進過程中均具有較低的表觀粘度、塑性粘度，較高的動塑比、靜切力；具有較低、較穩(wěn)定的漏斗黏度，表明體系具有良好的流動性能；防塌封堵能力強，濾失量低，井壁穩(wěn)定。平均井徑擴大率3%，井眼規(guī)則，鉆井過程中無剝落掉塊現(xiàn)象，下套管和電測順利。

5 結(jié)論

(1)筆者研制出一種高密度柴油基鉆井液體系，在油水比為80∶20和90∶10時均具有良好的乳化穩(wěn)定性、適宜的粘度和切力、較低的高溫高壓濾失量，能滿足現(xiàn)場的需要。

(2)該體系具有良好的抗巖屑污染能力，抗巖屑污染達8%。

(3)該體系對不同滲透率砂盤具有很好的封堵性。

(4) 該體系具有良好的高溫沉降穩(wěn)定性。

(5)該體系在威204H34-3井成功應(yīng)用，破乳電壓高，穩(wěn)定性好；流變性滿足攜砂和懸砂要求；高溫高壓濾失量低于3mL，泥餅質(zhì)量好，封堵性強，井壁穩(wěn)定。