涪陵页岩气水平井钻井液防渗漏技术

谭希硕

(中国石化江汉油田分公司地质工程设计监督中心，湖北潜江433124)

涪陵页岩气水平井钻井液防渗漏技术

谭希硕

(中国石化江汉油田分公司地质工程设计监督中心，湖北潜江433124)

针对涪陵地区页岩层中层理裂缝发育的地质特性，研制出防渗漏油基钻井液，用于页岩气大位移水平井的钻井施工。在涪陵大安寨区块和涪陵礁石坝区块现场使用表明，防渗漏油基钻井液封堵页岩层微裂缝防渗漏的效果显著，钻井液清洗井眼、稳定井壁抑制防塌、润滑防卡的能力满足涪陵地区钻大位移水平井的施工要求。防渗漏油基钻井液的成功应用，提高了机械钻速，降低了故障复杂时间，缩短了建井周期，为高效开发页岩气资源提供了技术支撑。

涪陵页岩气水平井;微裂缝;防渗漏;油基钻井液;井壁稳定

涪陵地区页岩地层受构造及成岩作用的影响，页岩地层的层理裂缝发育，具有显著的层理裂缝特征，层中存在着大量的微裂缝及蜂窝状小孔洞。目前开发页岩气均采用钻长段水平井的方式，井眼在页岩层内水平延展过程中，在井底压差及钻井液与地层流体活度差的作用下，页岩地层井壁的强度和应力发生变化，诱发页岩微裂缝扩展延伸，在液柱压力的作用下，胶结质量差的微裂缝及蜂窝状小孔洞位置处极易发生破裂、张开，形成渗漏(漏失)通道，引发钻井液向井筒周边渗漏(漏失)，当钻井液渗透到页岩层中天然的缝隙、裂缝及薄弱层面时，页岩将膨胀分散，影响井壁的稳定性，引发井眼失稳甚至造成钻井作业故障及事故。钻进过程中钻井液的渗漏(漏失)不仅造成井壁失稳，而且导致现场作业时间、工作量、材料消耗量增加，作业成本上升。页岩层的渗漏问题，是井壁失稳的根源性因素之一，解决了页岩层的渗漏问题，可望从源头上有效预防井壁失稳，为实现优快钻井、保障施工安全奠定基础。

1　防渗漏油基钻井液的研发

1．1作用机理

钻页岩气水平井目前均选用油基钻井液，油基钻井液有良好的井壁稳定、润滑、防卡和井眼清洗性能［1-2］。由于页岩层渗漏的危害很大，为了阻止钻井液及其滤液大量侵入页岩层微裂缝及蜂窝状小孔洞，切断页岩水化膨胀及垮塌的外在条件，针对涪陵地区页岩气产层井段岩性特点，研制防渗漏油基钻井液［3］。通过向钻井液中恰当地添加多种封堵材料，使封堵剂挤入微裂缝，使井眼周边形成致密的保护带，以解决页岩层微裂缝发育所致的渗漏问题，提高地层的承压能力，降低漏失的风险。

室内试验筛选出FD-C成膜剂、FD-L及FD-F井壁稳定剂。FD-C成膜剂是一种油基钻井液成膜封堵剂，用于提高井壁承压能力，稳定井壁，降低滤失;FD-L及FD-F为沥青类井壁稳定剂，可以在井壁形成致密的沥青保护带，变形后挤入孔隙及裂缝中，封闭滤失通道，达到稳定井壁与降低滤失的作用。使用FD-C、FD-L及FD-F等封堵材料对于消除压差卡钻、抗盐类污染也有一定的作用。

1．2井壁承压能力评价［4］

室内评价了FD-C、FD-L、FD-F在油基钻井液体系中的承压能力。FD-C加量为3%时最大的承压能力达到5．6 MPa，FD-L加量为3%时最大的承压能力为6．3 MPa，FD-F加量为3%时最大的承压能力为7．0 MPa，综合各种因素，这三种封堵材料复配到油基钻井液中，承压能力达到了9 MPa，现场应用可望有效提高地层的井壁承压能力。

1．3钻井液封堵性能评价

室内采用热滚后的油基钻井液。在100℃的条件进行评价，为了进一步考察所建立的油基钻井液体系，以及各种封堵材料的封堵性能，根据储层孔隙度大小，采用不同目数的砂子进行油基钻井液封堵性能评价。

通过对三种封堵材料封堵性能评价发现，三种材料加入后，分别采用40～80目以及80目以上的砂子作填砂管，钻井液的侵入深度都在2．0 cm以下。试验表明油基钻井液体系加入封堵材料后在微裂隙中封堵性能较好。

2　钻井液现场配制与维护处理

2．1防渗漏油基钻井液基浆的配制

涪陵防渗漏油基钻井液配方组分为:柴油+2．4%主乳化剂+1．6%辅乳化剂+1．5%CaO+1%有机土+1%增粘剂+3%降滤失剂+3%FD-L+3%FD-F+水相+3%FD-C+重晶石。钻井液的油水比为80∶20。

配方中的处理剂均通过混合漏斗高剪切加入，各处理剂加入的先后顺序不能颠倒，且每加入一种处理剂应循环、搅拌20～30 min后再加入下一种处理剂，使处理剂能够很好地分散到柴油中，确保油基钻井液的乳化效果。

2．2防渗漏油基钻井液现场维护原则与措施

钻井液的油水比通过乳化剂和CaCl2水溶液来调节，前期保持油水比80∶20，后期逐渐提高到90∶10，以获得良好的高温流变性，配出的钻井液应始终维持稳定的乳化状态(电稳定性大于600 V)。补充新配的油基钻井液基液时，要按照循环周法细水长流形式逐步加入到循环体系中，保证循环体系的性能均匀、稳定。

控制钻井液的HTHP滤失量在3 mL以内，使井壁上形成光滑薄韧的泥饼，降低钻具与井壁的摩擦力，提高钻井液的润滑性，以保证增斜段和水平段的正常钻进。除降滤失剂以外，加入的乳化剂、润湿剂、增粘剂都具有较好的降低滤失的效果。FD-L和FD-F可以有效地提高钻井液的滤失控制效果，FD-F在降低滤失的同时对体系流变影响较小;在需要提粘并降低滤失时适度加大FD-L的用量是一个好的选择。

可通过适当增加油基钻井液中的有机土含量或加入油基增粘剂等措施来提高钻井液的动切力、静切力，提高悬浮携带能力的同时封堵微裂缝，达到提高地层的承压能力。

钻进过程中充分使用好固控设备减少钻井液中的有害固相，维持钻井液密度在设计范围。如果钻进过程中出现固相含量升高，用离心机清除有害固相并结合加入适量柴油进行稀释，使油基钻井液性能稳定。钻进中使用高温降滤失剂，控制钻井液的高温高压失水量远低于设计要求，用油基成膜剂加强泥饼质量和钻井液的封堵性，阻止过多的滤液进入地层，提高井壁的稳定性，防止页岩底层水化膨胀坍塌，钻进中适当补充乳化剂、树脂沥青等维持钻井液稳定性及防塌性，并控制钻井液粘度65～100 s，动塑比不低于0．3，以确保钻井液的携砂性。

进入水平段之前及时补充液体沥青和乳化剂、细颗粒的封堵材料用以填充井壁，提高钻井液的防塌、封堵能力，防止页岩段出现掉块，满足水平段页岩地层的正常钻进。视情况进行短期下钻拉划井壁，保证井眼干净、井壁规则稳定。进入水平段后，随着水平段的增长，及时补充足量的液体沥青、乳化剂、润湿剂等提高体系的防塌封堵能力、高温稳定能力，保证水平段的正常钻进。

钻进中定时监测油基钻井液的各项性能指标，并根据监测数据确定钻井液维护处理的方案措施，经室内小型试验验证后再进行现场实施。

3　应用效果

3．1涪陵大安寨区块

涪陵大安寨区块的井均为浅层大位移水平井，技术套管以下裸眼井段存在多套压力系统，存在压力敏感地层，密度窗口窄。井塌、井漏、井喷的风险并存。采用防渗漏油基钻井液钻水平段，各井钻井液使用情况见表1。

表1　涪陵大安寨区块钻井液使用情况表

对于垂深接近2 000 m的常压地层而言，用不超过1．2 g/cm3的钻井液密度即可平衡地层压力，但从表1中可见，4口井的实钻密度均大于1．7 g/cm3。如此高的钻井液密度，对于多套压力系统并存的裸眼井段，钻井液的承压、封堵性能不过关，薄弱层的渗透性漏失量必然非常大。表1中所列各井的钻井液日补充量很小，表明了使用的防渗漏油基钻井液的承压、封堵性能满足了施工的特殊需求。

同时，表1中钻井液的高温高压滤失量最大的仅2．2 mL，均未超过设计要求的3 mL，滤失量控制得越低，钻井液的防渗漏、防塌、封堵性能就越强，稳定井壁的效果也越明显。实测FY2-2HF井水平段井眼平均井径扩大率7．8%，FY4-2HF水平段井眼平均井径扩大率6．4%，FY6-2HF水平段井眼平均井径扩大率仅为5．01%，这些数据表明各井的钻井液防塌、封堵效果显著，稳定井壁抑制防塌的作用突出。

3．2涪陵焦石坝区块

在涪陵大安寨区块应用成功后，随着中国石化涪陵国家级页岩气示范区建设的全面启动，防渗漏油基钻井液开始在涪陵焦石坝区块大规模推广使用，截止到2014年10月底，已完井110多口。涪陵焦石坝页区块首批页岩气水平井均为大位移水平井，为了检验防渗漏的效果，统计了最先使用防渗漏油基钻井液施工的3口井水平段钻进时的钻井液日损耗量，焦页9-2HF井为2．3 m3、焦页7-2HF井为2．7 m3、焦页5-2HF井为3．0 m3，与普通油基钻井液相比降低了40%以上。

表2列出了最先使用防渗漏油基钻井液施工的3口井实钻钻井液性能。3口井钻井液使用情况良好，钻进中钻井液性能稳定，抑制防塌、润滑、防漏效果达到了预期的目标，解决了页岩气长水平段水平井钻探中的润滑防卡、悬浮携带、井壁稳定等各项技术难题，保障了中国石化涪陵页岩气产能示范区的整体开发进度。

表2　焦石坝已完钻井油基钻井液性能表

这3口使用防漏油基钻井液的水平井在焦石坝区块创下多项施工纪录:焦页9-2HF在长达1 530 m的水平段施工过程中，未发生任何井下复杂，创下了国内陆上页岩气同类水平井段最长纪录;焦页5-2HF在1 530 m水平段钻进仅用时152．5 h，机械钻速达15．81m/h，创造焦石坝地区水平段钻进单只钻头、单根螺杆、一趟钻的单项记录;焦页7-2HF三开水平段复合钻进突破日进尺412 m，创焦石坝工区三开水平段日进尺最高记录。

4　结束语

防渗漏油基钻井液较好地解决了页岩气水平井钻探中防渗漏、稳定井壁抑制防塌的难题，钻井液封堵页岩层中微裂缝的效果显著，钻井液清洗井眼、润滑防卡的能力同样也满足了涪陵地区钻井地质、工程施工的要求，施工中起下钻、电测、下套管顺利，井壁稳定、井眼畅通。防渗漏油基钻井液的成功应用，提高了机械钻速、降低了故障复杂、缩短了建井周期，为高效开发非常规页岩气资源提供了技术支撑。但防渗漏油基钻井液仅仅对页岩层中微裂缝的封堵效果显著，无法有效封堵页岩层中大的裂缝，应用中需要进一步研究攻关，以期研制出能够封堵较大裂缝的优质高效防漏钻井液来满足安全优快施工的需求。

［1］王中华．页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则［J］．中外能源，2012(4):43－47．

［2］刘晓东．油基钻井液的化学分析测试研究［J］．石油天然气学报，2012(1):146－148．

［3］岳前升，向兴金，李中，等．油基钻井液的封堵性能研究与应用［J］．钻井液与完井液，2006(5):40－42．

［4］刘清峰，刘建忠，敖耀庭，等．地层承压能力的影响因素分析［J］．内蒙古石油化工，2011(13):34－37．

Drilling Fluid Anti-Leakage Technology for Shale Gas Horizontal Well of Fuling Area

TAN Xi-shuo
(Design and Supervision Center for Geological Engineering，Jianghan Oilfield，SINOPEC，Qianjiang 433124，Hubei，China)

According to the geological characteristics of the fractured shale bedding layer in Fuling area，the paper develops the anti leakage of oil base drilling fluid for drilling shale gas in large displacement horizontal wells．Early in the anti leakage oil base drilling fluid formulation in Fuling area，the indoor test R＆D achieves a lot of success．The field application in Da’anzhai block site and in Fuling rock dam block shows that the effect of anti leakage of oil base drilling fluid shale on micro crack sealing is remarkable;the drilling fluid cleaning hole，borehole stability of anti sloughing，lubricity and anticard capacity all meet the construction requirements of large displacement horizontal well drilling in Fuling area．The successful application of anti leakage of oil based drilling fluid improves the mechanical drilling speed，reduce the failure of complex time，shortens the drilling cycle，and provides a technical support for the efficient development of shale gas resources．

Fuling shale gas well;micro crack;seepage prevention;oil base drilling fluid;wellbore stability

TE25

B

1008-9446(2015)01-0010-04

2014-12-02

谭希硕(1968－)，男，江苏徐州人，中国石化江汉油田分公司地质工程设计监督中心工程师，主要从事钻井液设计、监督工作。