成膜封堵剂FDM-1在油基钻井液中的应用

李俊材， 唐浩然， 刘锐可

(1中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司 2四川大学化学学院 3成都西油华巍科技有限公司)

0 引言

FDM-1是一种纳米-微米级高分子聚合物乳液产品，可通过滤失在孔隙性地层表面形成致密的高分子膜。同时该产品可以提高滤饼的致密程度、增强韧性，有效稳定井壁。该产品在水基钻井液中，已显示出封堵防塌，有效解决起下钻挂卡，滑动定向托压问题的效果突出，并得到逐步推广应用[1]。

尽管页岩气开发广泛使用油基钻井液，它能很好地抑制泥页岩的水化膨胀，防止因水化膨胀引起的井壁不稳而导致的井壁垮塌，但并不能有效地解决液相压力传递引起的井壁失稳问题[2-7]。卡钻、埋卡仪器的事故时有发生[3,8-11]。为了更好地解决问题，将成膜封堵剂FDM-1引入油基钻井液中，提高其成膜封堵效果，改善滤饼质量，增强防塌、防卡能力。为此，开展了室内评价和现场应用试验，取得了很好的效果。

该产品具有非渗透、可变形的特性，在地层孔隙、裂隙中形成致密的封堵层，起到封堵、改善滤饼、降低摩阻的作用[1]。

1 成膜封堵剂FDM-1室内实验评价

1.1 粒径分析

FDM-1可抗150℃，经过150 ℃热滚 16 h后仍具有较好的分散性。

实验方法：在两个高速搅拌杯中分别量取 300 mL蒸馏水，再分别加入 12.0 g FDM-1试样，高速搅拌 10 min，超声分散 5 min。其中一份作为热滚前待测试样，另外一份装入陈化釜中，于 150 ℃下热滚 16 h。取出冷却至室温，高速搅拌 1 min，用JL-1197 型激光粒度分布测试仪测试3份待测样的粒径。结果见表1。

表1 FDM-1老化前后粒径分布

从表1可知，FDM-1常温下在纳米-微米级均有良好分布，在150℃下热滚后仍具有良好的乳化分散稳定性，在井下高温环境中对泥页岩微-纳米尺度的孔隙和裂隙仍可以起到良好的封堵作用。

1.2 成膜效果评价

FDM-1在油基钻井液中可抗130℃，经过130 ℃热滚 16 h后仍具有较好的成膜封堵效果。

实验方法：按3#白油240 mL，乳化剂12.00 g，浓度为25%的CaCl2盐水60 mL的加量，高速搅拌20 min，配制两份油基乳液浆。在其中一份中加入12.00 g的FDM-1，高速搅拌10 min。两份浆分别装入陈化釜中，于130 ℃下热滚16 h。取出冷却至室温，高速搅拌10 min，测试两份浆的API滤失量，测完滤失量后的滤纸备用；再将API滤失仪泥浆杯中的乳液浆换成3#白油，分别用上述两张带滤饼的滤纸测定滤膜的透失量。结果见表2。

表2 130 ℃热滚 16 h后成膜效果评价实验

由表2、图1可知，FDM-1在油基钻井液中能有效成膜，抗温能力可达150℃，且形成的膜致密稳定，表面光洁平整，滤膜透失量大大降低，可有效阻止乳液穿过滤膜，体现出良好的封堵性。

1.3 FDM-1与油基钻井液的配伍性评价

实验方法：按3#白油240 mL，乳化剂12.00 g，生石灰9.00 g，有机土9.00 g，降滤失剂12.00 g，浓度为25%的CaCl2盐水60 mL的加量，高速搅拌50 min，再加重至密度2.0 g/cm3，高速搅拌30 min，配制三份油基钻井液。在其中两份分别加入0.8%、1.2%的FDM-1，于130 ℃下热滚16 h，冷却后在50℃下测试其性能，在130℃下测定高温高压滤失量。结果见表3。

图1 做完API滤失量的滤饼对比

表3 FDM-1与油基钻井液的配伍性实验

由表3看出，FDM-1对油基钻井液的流变性能影响不大，高温高压滤失量降低明显，滤饼更致密光洁，厚度更薄。故FDM-1与油基钻井液配伍性良好，能进一步降低滤失量，改善滤饼质量。

2 现场应用情况

2.1 N216H19-4井

N216H19-4井是一口位于四川盆地长宁背斜构造中奥顶构造南翼的页岩气水平井。目的层龙马溪组地层岩性为上部灰色页岩，下部为黑色页岩，属于脆性特征页岩，易碰撞掉块；页岩层理发育，局部位置裂缝、断层发育，地层破碎，在钻井液浸泡下易于剥落掉块。

钻井过程中使用白油基钻井液配合Ø215.9 mm钻头钻进。钻至4 005 m时井底返出较多掉块，掉块最大直径4～5 cm，厚度1～2 cm。同时出现严重的起钻倒划眼挂卡，扭矩增大蹩停顶驱现象。由于掉块严重，增斜钻井只能降低钻压至40～60 kN，且加压极不稳定，转速低，仅为20 r/min，扭矩在2～8 kN·m之间不规律波动。针对这一情况，分两次加入成膜封堵剂FDM-1共8.0 t，占井浆中的比例约为2.4%。加入FDM-1后掉块消失，后续钻进正常，起下钻划眼平稳，钻压可平稳的提高到100 kN，钻速可提至80 r/min，提速期间，扭矩在6～18 kN·m之间有规律的波动，并最终趋于平稳。加入FDM-1前后钻井液性能见表4。

2.2 W202H65-2井

W202H65-2井位于四川盆地威远构造，目的层志留系龙马溪组岩性为黑色页岩。钻井中使用白油基钻井液，密度在1.98～2.0 g/cm3之间。考虑到同平台邻近井已经完成了压裂作业，地层的稳定性存在风险，极易出现井漏、井壁失稳等问题。为了保证井壁稳定，减少掉块卡钻，在该井使用了3 t成膜封堵剂FDM-1，占井浆中的比例约为1.0%。

表5表明，在使用成膜封堵剂FMD-1的过程中，钻井液实钻性能优良稳定，流变性好，黏切适中，且FMD-1的加入对高温高压滤失量有明显降低作用，形成的滤饼比加之前更薄，更致密，韧性更好。

表4 N216H19-4井加入FDM-1前后钻井液性能

表5 FDM-1与W202H65-2井井浆的配伍性

从现场数据情况来看，FDM-1确实有助于降低钻井液消耗量，正常钻进钻井液损耗从10～12 m3/100 m降低至7～8 m3/100 m。在实钻过程中，加入FDM-1前，下钻到底循环，有较多掉块返出，掉块约3～5 cm，厚1～1.5 cm；加入FDM-1后，下钻到底循环，仅有零星掉块返出，在正常钻进时，基本上没有掉块返出，体现出了钻井液良好的封堵防塌效果。

此后，FDM-1在油基钻井液中得到逐步推广使用，在贵州AY1-4HF井、AY1-3HF井，威远WY41-2井，长宁N209H49-8/-7/-5、N209H20-1/-2/-3、N209H43-5/-4/-3/-2/-1、N209H26-6/-3/4/-5、N209H37-7/-1、N209H36-3等井中均获得了很好的应用效果。在钻井过程中，加0.5%～2.0%的FDM-1，可以很好地预防掉块、垮塌。

3 结论与建议

1)成膜封堵剂FDM-1是一种水包油聚合物乳液，可在油包水乳液自身乳化剂的乳化作用下，均匀分散于其中，通过滤失形成致密的高分子膜。这种高分子膜具有非渗透、可变形的特性，在地层孔隙、裂隙中形成致密的封堵层，起到封堵、改善滤饼、降低摩阻的作用。

2)水基钻井液用成膜封堵剂FDM-1在油基钻井液中可抗130℃高温，能够成膜，使滤膜透失量大大减小，同时与油基钻井液配伍性能良好。

3)现场应用中，在油基钻井液中加入成膜封堵剂FDM-1可在井壁成膜，在地层孔隙中形成致密的封堵层；同时通过改善滤饼质量，减少钻井液滤失，从而提高油基钻井液封堵防塌能力，减少掉块，对稳定井壁起到了积极有效的作用。

4)建议持续在油基钻井液中进行推广应用，尤其是水平井段，可以减少钻井液滤失，很好的预防掉块、垮塌。