页岩气水平井高密度白油基钻井液体系研究与应用

张冬明

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163000）

页岩气作为非常规资源的重要组成部分，具有巨大的资源潜力，已成为当前能源开发的重点。由于页岩地层微裂缝发育，岩石胶结性差、层理薄，容易发生井壁剥落和垮塌等复杂。与此同时，长宁地区页岩气储层异常高压，高密度钻井液体系沉降稳定性与流变性控制间的矛盾尤为突出，极大限制了钻井液体系的携岩能力。为此，笔者针对长宁页岩气地层的上述难题，开展关键处理剂研究与评价，形成了适用于长宁地区页岩地层的高密度白油基钻井液体系。现场试验过程中，该体系表现出良好的防塌效果和携岩能力，综合性能满足页岩地层长水平段水平井钻井需求。

1 高密度白油基钻井液体系研究

为满足长宁地区环保及钻井需求，体系的研发重点是在优选环保型基础油和保证加重材料沉降稳定的同时，尽可能降低体系的整体粘度，提高抗污染能力。另外，强化体系的防塌能力，实现体系对页岩地层的有效封堵，保证井壁稳定。

1.1 基础油优选

柴油的芳烃含量可达20%以上，运动粘度3～8mm2/s，轻质白油的芳烃含量0.5%～5%，运动粘度2～5mm2/s，相对于柴油，轻质白油具有更低的芳烃含量和运动粘度，更加符合长宁地区的环保要求和高密度钻井液体系的粘度限制。通过开展不同运动粘度白油与2.0g/cm3密度钻井液体系配伍性评价，以体系低粘高切为目标，最终优选出了运动粘度3.0mm2/s 的W1-110轻质白油作为基础油，实验结果见表1。

表1 轻质白油对高密度体系流变性影响

1.2 关键处理剂优选

针对白油芳香烃含量低，乳化剂对白油的乳化效果相对较差的问题，研选了兼具主乳、辅乳、润湿功能的三合一乳化剂SCHR 作为体系核心处理剂，该乳化剂在白油中的乳化率达到98%，其润湿能力还可改善加重材料的表面亲油性，有效解决了高密度白油基钻井液体系破乳电压低、加重材料分散性差的问题，实验结果见图1。室内评价表明，在高密度白油基钻井液体系中，随着乳化剂SCHR加量的增加，体系破乳电压逐渐升高，并且随着加重材料的有效分散，体系的高温高压滤失性也得到有效改善。

为保证高密度钻井液体系的沉降稳定性，提高有机土加量是最为有效的方法，但大量的加重材料将导致体系粘度和切力急剧增大，流变性控制困难。为此，优选了在白油中胶体率可达88%的高效有机土HOYT，配合乳化剂对加重材料的润湿效果，使得有机土加量在0.5%情况下即可保证2.0g/cm3密度体系静止72h无沉降，实验结果见表2。

表2 有机土加量对体系流变性的影响

通过评价封堵材料对体系高温高压滤失量和泥饼渗透率的影响，优选出了亲油性复合封堵材料FHCM与刚性封堵材料TG-2，两种材料对泥饼渗透率的降低率分别是81.9%和91.9%，可有效提高泥饼质量，实现高密度钻井液体系的超低滤失，实验结果见表3。

表3 封堵剂对滤失量和泥饼渗透率的影响

1.3 体系配方

以低粘、低滤失、无沉降为目标，最终形成了密度2.0g/cm3的白油基钻井液体系配方：轻质白油+5%三合一乳化剂+1%有机土+3%降滤失剂+2%CaO+3%封堵剂+30%CaCl2水溶液+重晶石（油水比85∶15）。

2 高密度白油基钻井液性能评价

2.1 高温高压流变性

利用Fan ix77 型全自动高温高压流变仪模拟不同井深对应的井底温度和地层压力，对密度2.0g/cm3体系进行流变性评价，实验结果见表4，该体系在高温高压条件下依然保持低粘高切良好的流变特性。

表4 高密度体系高温高压流变性评价

2.2 抗污染性

参照《川渝页岩气水平井油基钻井液技术规范》中的性能要求，开展密度2.0g/cm3白油基钻井液体系抗污染性评价。随着盐水和岩屑粉加量的增加，体系粘度与切力均有所增加，受AV≤90mPa·s和G10min＜15Pa的限制，该体系最终可抗土侵20%、盐水侵20%，实验结果见图2，体系整体性能未发生明显恶化，各项性能指标满足现场施工要求，具有较好的抗污染能力。

2.3 封堵性评价

针对长宁页岩气地层的地质条件，利用Fan 渗透性堵漏测试仪在150℃、压差3.5MPa条件下，开展不同孔缝尺寸低渗砂盘封堵性评价实验，以证钻井液体系对地层孔缝的封堵效果，数据见表5。实验结果表明，高密度白油基钻井液体系在高温高压条件下可对10～100μm孔缝形成有效封堵。

表5 高密度体系低渗砂盘封堵性评价

3 现场试验

高密度白油基钻井液在长宁地区YG-204井开展现场试验，钻探目的是开发龙马溪组页岩气产能，地层岩性以页岩为主，完钻井深5751m，垂深3841m，水平段长1551m，井底实测温度148℃，钻井液性能如表6所示。该井水平段施工过程中，为配合物探地震施工，连续等停15d，并且为防止信号干扰，无法长时间开泵循环，在此期间未发生重晶石沉降和钻井液性能恶化等问题，验证了高密度白油基钻井液体系良好的流变特性和高温稳定性。该井电测、下套管一次性到底，平均井径扩大率为10.48%，其出色封堵防塌能力和携岩能力能够满足页岩地层长水平段水平井的的钻井施工需求。

表6 现场钻井液体系实际性能

4 结论

（1）针对长宁地区页岩气地层的钻井液施工难点，研选了环保型基础油、三合一乳化剂等配套处理剂，并形成了一套高密度白油基钻井液体系；

（2）高密度白油基钻井液体系在2.0g/cm3密度条件下具有较好的流变性、乳化稳定性、封堵防塌和抗污染能力，解决了体系破乳电压低和流变性控制困难的难题；

（3）现场应用结果表明，高密度白油基钻井液体系凭借优异的封堵能力和流变特性，能够解决页岩气水平井井壁稳定性差、携岩困难等技术难题，综合性能满足长宁地区页岩气地层的钻井需求。