页岩水平段水基钻井液技术

刘浩冰，赵素娟，陈长元，罗志刚

页岩水平段水基钻井液技术

刘浩冰，赵素娟，陈长元，罗志刚

（湖北省潜江市江汉石油工程公司钻井一公司，湖北 潜江 433121）

龙马溪-五峰组页岩地层页岩脆性矿物含量高，微纳米级孔隙裂缝和层理发育，常规水基钻井液无法满足钻进需要，针对龙马溪五峰组页岩裂缝发育等特性，提出吸附封堵提高承压，强抑制强润滑三管其下形成减弱水基钻井液对页岩强度弱化影响长效机制，构建了JHGWY-1高性能水基钻井液，该体系具有较好的封堵性，160 ℃热滚后保持良好的流变和低失水量，具备较强的抗污染能力，在涪陵焦页××井等3口井三开代替油基钻井液应用，在三开钻、完井过程中，该体系表现出良好的封堵性、润滑性及及时封堵裂缝抑制裂缝扩展的能力，完井作业顺利，固井质量良好，说明该水基钻井液能够满足涪陵页岩区块钻完井工程需要。

钻完井作业； 水基钻井液；页岩水平段

页岩水平段水基钻井液俗称高性能水基钻井液因环保良好，价格低廉，代替油基钻井液是大势所趋，国内外各大油服公司试图研发实现水代油，目前各大油田各区块已有成功应用水基钻井液的案例[1]，油基钻井液以自身良好的润滑和抑制性，一直是水平段首选钻井液[2]，但它环保压力大，成本高。基于环保法规和经济性的要求，亟需开发可取代油基的环保型水基钻井液，国内外各大油服公司试图研发实现水代油，目前各大油田各区块已有成功应用水基钻井液的案例[3]，但是由于水基钻井液应用风险偏高，容易造成井壁失稳、垮塌、卡钻等事故，国内各大油田在应用上慎之又慎，因此水基钻井液的推广收到限制和约束，本文通过分析页岩区块特性和存在的技术难点，提出相应水基钻井液技术对策，研制了配套的高性能水基钻井液JHGWY-1体系，该体系在三口井的应用中表现出良好的润滑性、抑制性和封堵性，三口井施工顺利，说明该体系可满足页岩水平段的钻进需要。

1 五峰-龙马溪组页岩矿物分析

五峰-龙马溪组页岩黏土矿物主要以伊/蒙混层和伊利石为主，且伊/蒙混层中混层比非常低，几乎全部为伊利石，膨胀性较强的蒙脱石含量极少，因此五峰-龙马溪组页岩总体活性较弱，膨胀性较差。下面几组图显示五峰-龙马溪页岩裂缝层理发育明显。

图1 焦页×井非组构选择性裂缝氩离子抛光扫描电镜图

图2 焦页×井组构选择性微裂缝氩离子抛光扫描电镜图

综上所述，微裂缝发育、硬脆性页岩、伊蒙混层黏土矿物是影响岩石水化前后强度变化的主要内在因素。

2 水基钻井液对策

因此基于微纳米尺度和宏观页岩井壁失稳机理分析，提出多元协同、及时强封堵与强抑制相协同水基钻井液技术对策。

（1）提高封堵强化：龙马溪组泥页岩含微裂缝，要求水基钻井液具有较强的防漏封堵能力，采用微纳米封堵剂及时对微裂缝进行封堵；

（2）强化润滑减阻：在水平段施工时随着水平段的延伸，磨阻和扭矩逐步增大，水基钻井液需具有优异的降摩减阻效果，采用长链醇胺酯类润滑剂提高润滑减阻性；

（3）强化抑制性：加入强抑制剂和包被剂，抑制表面水化和渗透水化，保持井壁稳定。

图3 纳米接枝颗粒吸附页岩裂缝封堵

3 JHGWY-1水代油水基钻完井液及其性能评价

利用微纳米封堵剂吸附封堵、长效润滑与强抑制相结合的水基钻井液技术对策，有效保持页岩稳定，通过对核心处理剂的严选，构建了高性能水基钻井液配方，室内实验表明，该体系表现出较好的封堵、抑制、润滑，流变及抗污染等性能。

图4 纳米封堵剂粒径分布图

3.1 JHGWY-1体系封堵性能评价

体系中核心处理剂纳米吸附封堵剂的粒径范围主要在60～800 nm之间，可实现对页岩纳米裂缝孔隙的有效封堵。

钾基聚合物钻井液和高性能水基钻井液均在50 ℃条件下热滚2 h，用FA型无渗透滤失量测定仪测试，对比在（20～40）目石英砂床中的漏失和渗入情况。

表1 体系封堵性能评价

实验图片见图5、图6。

图5 回收岩心

（岩心颗粒较小但棱角分明）

图6 砂床实验封堵性良好

（最大侵入深度1.3 cm）

由上图表可知：砂床实验封堵性良好（最大侵入深度1.3 cm）。

3.2 JHGWY-1体系抗盐、抗石膏、抗岩屑污染性能评价

分别对该体系进行盐、石膏、岩屑污染评价，性能如表2。

结论：通过以上室内研究得出室内研究的页岩气JHGWY-1高性能水基钻井液体系在密度1.38～2.03 g/cm3范围内具有良好的流变性，对页岩裂缝孔隙有很好的封堵能力，抑制性强，页岩回收率达到99%，润滑性能良好，沉降稳定性佳，可抗盐15%以上，抗钙5%，抗8%钻屑污染，抗温150 ℃。总体性能接近油基钻井液。

4 现场应用

焦页×井三开五峰-龙马溪组地层采用JHGWY-1高性能水基钻井液钻进，造斜点井深：2 330 m A靶点井深：3 080 m，水平段长：1 570 m。完井、下套管顺利，固井质量优良。

表2 页岩气JHGWY-1高性能水基钻井液抗污染评价数据

图7 高性能水基流型良好

该井三开钻进工程中JHGWY-1水基钻井液流变性能良好，该体系对井壁稳定起到了很好的效果。在钻井施工过程中，以物理封堵和化学防塌相结合，根据井下情况控制合适的密度，尽可能的降低钻井液的滤失量（API滤失量控制在2.0 mL以内，高温高压滤失量控制在7 mL以内），提高和改善泥饼质量，减少钻井液滤液进入地层，起到了很好的防塌和稳定井壁的效果。应用证明该体系流变性好，悬浮携带性能强。

5 结论

JHGWY-1高性能水基钻井液在钻井施工中性能稳定，流变性良好，携岩返砂正常，润滑性良好，无掉块，起下钻、下套管和固井施工作业均比较顺利。这表明研制的高性能水基钻井液完全满足页岩气各项正常钻井需要，具备水替油能力，可在同类井推广应用，为页岩气开发钻井用钻井液提供选择空间和新的思路。

［1］JULIOCM,ERICVO,RICARDOB,etal.Using a low-salinity high-performance water-based drilling fluid for improved drilling performance in Lake Maracaibo[C]. SPE-110366-MS, 2007.

［2］何恕，李胜，王显光，等. 高性能油基钻井液的研制及在彭页3HF井的应用[J]. 钻井液与完井液，2013, 30（5）：1-4.

［3］孙金声，刘敬平，闫丽丽，等. 国内外页岩气井水基钻井液技术现状及中国发展方向［J］.钻井液与完井液, 2016, 33 (5).

Water Based Drilling Fluid Technology for Shale Horizontal Section

,,,

（The First Drilling Branch of Sinopec Jianghan Oilfield Service Corporation, Hubei Qianjiang 430211, China）

Longmaxi-Wufeng formation has high content of brittle minerals in shaleand the development of micro/nano-scale pore fractures and stratification, so conventional water-based drilling fluid cannot meet drilling requirements.Based on shale fracture development characteristics,high-performance water-based drilling fluid JHGWY-1 was developed.The system has good rheology, low water loss and strong anti-pollution ability after 160 ℃ hot rolling. The high-performance water-based drilling fluid JHGWY was successfully used in the third open section of three wells in Fuling work area instead of oil-based drilling fluid.The drilling and completion operation were smooth, which met the needs of the third opening and completion project of the well.

drilling and completion fluids; water-based drilling fluid; shale horizontal section

2019-10-09

刘浩冰（1981-），男，高级工程师，河南省许昌市人，2005年毕业于北京石油大学（华东）石油工程专业，现从事钻井液技术研究及应用工作。

赵素娟（1984-），女，工程师，硕士学位，现主要从事钻井液技术研究工作。

TQ016

A

1004-0935（2020）01-0116-03