页岩油藏油基钻井液技术

刘振东 刘国亮 高 杨 李海斌

1.中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东 东营 257000；

2.中石化胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司，山东 东营 257200

0 前言

胜利油田罗家区块地层属于济阳坳陷沾化凹陷罗家鼻状构造带，该构造带是一个近南北向的大型水下隆起，北临渤南洼陷，南靠陈家庄凸起。 罗家鼻状构造带在沙三段时期沉积了数百米的暗色泥页岩，本区新生界古近系地层被数条北西向延伸的盆倾断层切割，形成断阶带。 据该区实钻和物探资料分析，设计井区沙三段油、泥页岩裂缝发育，易形成泥页岩裂缝油气藏。 梁页1 HF 井位于济阳坳陷东营凹陷利津洼陷带南坡梁页1 HF 块较高部位。 利津洼陷沙三下-沙四上时期，盆地处于断陷-坳陷阶段，沉降速度加快，湖盆的沉积环境逐渐由滨浅湖转变为半深湖-深湖，因而从下到上发育了以油页岩、泥岩及灰质泥岩为主的地层。 对罗家及乔庄区块泥页岩水化稳定性进行研究， 有助于明确泥页岩的稳定性机理，优选钻井液体系，保证该区块钻井过程中的井下安全。

1 钻井液对泥页岩水化稳定性影响

1.1 泥页岩滚动回收率实验

利用泥页岩滚动回收率实验考察泥页岩水化作用对岩石稳定性的影响，见图1。 从实验结果看，岩屑的清水回收率达到82.4%，柴油基钻井液回收率高达99%，说明该地层岩屑在柴油基钻井液中不易水化分散。

图1 泥页岩滚动回收率实验结果

1.2 岩石相对强度评价实验

将罗67 井页岩井段岩心在室内利用不同钻井液浸泡，然后分别测定泥页岩声波传递速度，评价岩石相对强度，见表1。

由于岩石相对强度和声波传递速度成正比，根据实验结果，柴油基钻井液浸泡后岩石的声波传递速度降低率明显低于水基钻井液，因此证实柴油基钻井液对泥页岩的水化作用最弱，较有利于井壁稳定。

表1 声波传递实验结果

1.3 不同钻井液动失水实验

泥页岩滚动回收率实验中，柴油基钻井液的回收率高于水基钻井液，其泥页岩水化抑制性较好，这跟钻井液滤失进入地层的水有很大关系。 利用动失水仪测定了柴油基钻井液和胺基钻井液的动态滤失量，定量考察了滤失量大小对泥页岩水化作用的影响，见图2。

由图2 可见，柴油基钻井液的动态滤失量远远低于胺基钻井液，进入地层的滤失小，自然水化作用就会弱。

从上述实验结果可以看出，油基钻井液泥页岩水化稳定性好，原因在于：

a）滤失量小，可有效防止泥页岩水化；

b） 抑制性好，对泥页岩水化作用弱，不易使泥页岩微裂缝开启，保证了泥页岩的井壁稳定［1-3］。

图2 动失水实验结果

2 油基钻井液性能评价及现场应用

2.1 钻井液性能评价

柴油基钻井液配方：〔（柴油+CaCl2溶液）（油水比80∶20）〕+3%主乳化剂+1.5%辅乳化剂+2%润湿剂+4%有机土+2.2% 碱度调节剂+3% 降滤失剂+3% 乳化封堵剂+5%复合封堵剂。

柴油基钻井液配方性能评价实验结果见表2。

白油基钻井液配方性能评价结果见表3。

由表2～3 可知，柴油基钻井液和白油基钻井液配方塑性黏度和动切力较为合理，具有良好的流变性；同时破乳电压均在500 V， 具有较好的电化学稳定性； 老化后，钻井液性能基本保持不变，也说明了钻井液体系的抗温性。 这些指标都说明柴油基钻井液和白油基钻井液配方能够满足现场使用条件［4-5］。

表2 柴油基钻井液配方性能评价实验结果

表3 白油基钻井液配方性能评价实验结果

2.2 现场应用

油基钻井液在渤页平1 井、渤页平2 井及梁页1 HF井进行了现场应用， 表现出了良好的页岩抑制效果、润滑能力以及井眼清洁能力。

渤页平1 井采用柴油基钻井液施工，完钻井深4 335.54 m，套管下入至3 748.86 m。 本井三开所钻井段为油泥岩、油页岩，裂缝发育，极易出现坍塌掉块。 使用油基钻井液钻进期间，钻屑上返及时、均质、棱角分明，无掉块返出，电测井段井眼扩大率≤3%，后期井壁失稳后，在油气显示活跃条件下，优质的钻井液保证了划过井段井壁的稳定性，为后期工程施工奠定基础。

渤页平2 井作为胜利油田第二口页岩油水平井，该井三开采用白油基钻井液施工， 无任何复杂事故发生。该井井径规则，井眼扩大率为2.3%，成功解决了三开井段泥页岩井壁不稳定、长水平段井眼清洁难等问题。 该井水平位移1 329.75 m，水平段881.88 m，平均机械钻速达到8.22 m/h，钻井速度较渤页平1 井有大幅提高。

梁页1 HF 井位于济阳坳陷东营凹陷利津洼陷带南坡梁页1 HF 块较高部位。 该井采用白油基钻井液施工，完钻井深3 961.97 m，水平段长626.2 m，位移1 003.16 m。该井三开施工顺利，无任何复杂事故，成功解决了该区块三开井段泥页岩井壁不稳定的难题。

3 现场应用中的问题及对策

3.1 乳液稳定性

油基钻井液使用中，必须确保乳液的稳定性［6-10］。 目前，衡量乳液稳定性的主要指标是破乳电压。 当钻遇水层引起地层水侵入，或当大量钻屑进入钻井液，乳化剂和润湿剂在钻屑表面吸附导致其过量消耗而未能及时补充时，乳液稳定性就会变差，需要及时补充乳化剂和润湿剂，并注意调整好油水比，尽快恢复其原有稳定性。从现场情况来看，渤页平1 井油基钻井液随循环剪切时间的增长，钻井液的破乳电压呈增大趋势，由最初的947 V 增大至1 500 V 左右。 钻进期间钻屑及加重材料等固相不断进入钻井液中， 为保证油基钻井液的乳化稳定性，现场有针对性地适当补充乳化剂及润湿剂，保证了油基钻井液的乳化稳定性，在后期钻井液多次经受高压

油气污染及大量集中加入加重材料的情况下，钻井液的破乳电压仍能保持在1 400 V 左右。

3.2 封堵性

尽管油基钻井液具有很强的抑制性，但对于一些层理和微裂缝发育的硬脆性和破碎性地层，油的侵入仍然会带来地层的不稳定因素，故油基钻井液的封堵问题仍然不能忽视。 可通过采用乳化沥青和纳米封堵颗粒的复合封堵作用来提高钻井液的封堵性能。 钻井液封堵剂优选实验见表4。

表4 钻井液封堵剂优选实验

此方法在现场应用中获得了较好的封堵效果。 渤页平1 井通过添加乳化沥青、纳米封堵颗粒及降滤失剂等材料，控制钻井液的HTHP 滤失量在2.4 mL 左右，因而该井钻井液封堵性良好， 未出现任何井壁失稳的现象。又如梁页1 井钻进至3 526 m，实施短起下作业时出现漏失，通过加入乳化沥青及纳米封堵材料，堵漏过程中井壁稳定，未出现任何掉块、坍塌等情况，说明钻井液封堵性强。

3.3 原油污染

钻遇油层时，原油会溶于油基钻井液，导致钻井液流变性变差。 因此，在采用油基钻井液钻开油层时，必须重视原油污染的预防和处理工作。 渤页平1 井在钻进至4 264.86 m 后就曾出现多次油气侵现象， 地层油气不断侵入钻井液中，造成钻井液黏切上升，性能变差。 故油基钻井液配方必须有较好的抗原油污染能力。 从室内研究来看，研制的油基钻井液可以抗18% 的原油污染，抗原油污染效果比较理想，见表5。 另外，现场可采用基油稀释的办法调节黏切，并通过适当加入乳化剂及润湿剂来保证钻井液流变性和乳化稳定性。

表5 钻井液抗原油污染性能评价

3.4 油基钻屑及钻井液回收处理

油基钻屑及钻井液对环境的污染较大，虽然现在使用白油基低毒油基钻井液，但钻井液里面的芳烃物质对环境仍有污染。 因此，需要对油基钻屑和钻井液进行谨慎处理，保证其使用过程的环保安全。 目前，在现场可通过油基钻屑及钻井液全回收处理的办法来解决环境友好性问题；也可使用油基钻屑的随钻处理装置，通过对钻屑的清洗，达到安全排放的标准，同时对油基钻井液进行回收处理并重复利用，可大大提高油基钻屑的处理速度，简化油基钻井液处理工艺和操作程序。 油基钻井液回收处理工艺示意见图3。

图3 油基钻井液回收处理工艺

4 结论

a）油基钻井液滤失量小， 可有效防止泥页岩水化；且油基钻井液抑制性强，对泥页岩的水化作用弱，可进一步阻止泥页岩的水化分散，因而更有利于泥页岩的井壁稳定。

b）通过在渤页平1 井、 渤页平2 井及梁页1 HF 井的应用，说明研制的油基钻井液体系抑制性强、润滑性好，能够满足页岩地层的要求。

c）在油基钻井液使用过程中， 要根据现场情况，及时合理补充乳化剂和润湿剂，保证乳液稳定性；同时要及时加入封堵材料，提高封堵能力，保证井壁稳定性。

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