威远页岩气水平井高密度柴油基钻井液应用

王学军，王 华，刘欣宇，蔡传洲，梁 雷

（中石化华东石油工程有限公司六普钻井分公司，江苏镇江 212009）

西南地区威远区块处于川中古隆中斜平缓带西南部的低陡褶带，地层向下依次为侏罗系沙溪庙组、凉高山组、自流井组，三叠系须家河组、雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组，二叠系长兴组、龙潭组、茅口组、栖霞组、梁山组，志留系龙马溪组，奥陶系上统五峰组等层位。威远页岩气井为三开制水平井，目的层是龙马溪组，起初针对三开钻井采用的高密度水基钻井液显现摩阻大、井眼净化难、井壁失稳、流变性难控制，以及改用油基钻井液暴露的高温破乳、重晶石粉沉淀、流变性差等问题，通过改进柴油基钻井液乳化剂的耐温性能，优化封堵剂组合，匹配水活度等技术措施，确保了柴油基钻井液密度达2.21g/cm3的22口页岩气水平井钻井的井下安全。

1 技术难点

威远非常规页岩气高密度柴油基钻井液的基油为柴油，组分有结构简单的直链烷烃和异构烷烃，还含有环烷烃和芳香烃，柴油的黏度指数相对较低，有利于平衡高地层孔隙压力条件下钻井液高密度流变性能的调整；按照相似相溶性理论，柴油作为非极性溶剂，要求钻井液处理剂的具有较高的非极性，便于改善高密度钻井液的封堵性，减少滤失量降低损耗，改善滤饼质量，稳定井眼。

1.1 井壁稳定

威远页岩气目的层龙马溪组岩性石英含量较高，上部为灰色、深灰色页岩，下部灰黑色、深灰色页岩互层，底部见深灰褐色生物灰岩，页岩层层理结构、微裂隙和裂缝发育，易使井壁发生层间剥落，引起井下复杂[1-4]；龙马溪组地层孔隙压力57.48~62.38MPa、压力系数1.60~1.85，为平衡地层压力和防止井壁失稳，钻井液密度为1.98~ 2.21g/cm3。技术措施为：

（1）根据地层压力及时提高合理的钻井液密度，并维持密度稳定避免大幅度的波动，平衡地层坍塌压力。

（2）选用非极性降滤失剂配合纳米级刚性和柔性材料，提高钻井液近井壁封堵能力。

（3）提高柴油基钻井液水相矿化度，降低活度，防泥页岩地层吸水失稳。

1.2 高密度性能维护

威远页岩气目的层龙马溪组井底温度103~130℃、出口温度58~72℃。钻进时受温度和各种亲水固体进入影响，高密度加重材料的悬浮沉降稳定性难维护，高密度柴油基钻井液性能易失稳，性能维护难度大[5-6]。技术措施为：

（1）引进耐温乳化剂，提前预配乳化浆体，勤维护补充消耗，维持高密度柴油基钻井液较高温度的乳化稳定性。

（2）实时监测钻井液各项性能，及时调整钻井液的油水比、碱度和氯根，确保各处理剂的作用得以发挥。

（3）优化循环系统和固控设备的配置，确保振动筛、离心机的使用效率，满足及时清除劣质有害固相需要。

（4）维护重点使用优质重晶石粉，控制好钻井液六速旋转黏度计￠6读数在10~17和￠3读数在6~12，确保高密度柴油基钻井液的沉降稳定性。

1.3 长水平段净化减租

威远页岩气水平井的井身结构如表1所示，水平段长1 500~2 500m，易形成岩屑沉积，摩阻大。技术措施为：

（1）保持钻井液低剪切速率下六速旋转黏度计￠6和￠3具有较高读数，控制钻井液初、终切差值，有利于携带悬浮岩屑。

（2）提高钻井液的动切比，钻进过程间隔大排量洗井，结合油基稠浆举砂。

（3）改变井筒内岩屑堆积和运移形态，优化井眼轨迹，变化钻具组合与活动方式，防止形成岩屑床沉积，并能及时破除,见表1。

表1 威远页岩气水平井井身结构

2 高密度柴油基钻井液技术

2.1 地面准备

（1）按配方70% 0#柴油+3.2%主乳化剂+0.8%辅乳化剂+1%润湿剂+2%液体沥青+1.5% CaO+1.5%有机土+3%降滤失剂+26%CaCl2水溶液，准备基础油、处理剂、重晶石粉等。

（2）洗净所有油基钻井液应用循环系统，固控设备、加重系统、各循环罐蝶阀开关正常完好，并防止各级固控的排砂槽岩屑和废液进入循环系统。

（3）准备能容约100m3的转换罐，便于回收利用钻井液。

2.2 高密度柴油基钻井液配制

（1）搅拌先放入配制罐内的柴油，按配方顺序添加各处理剂，混入速度为50~75kg/min，加完一种处理剂后搅拌30~120min。

（2）将预配的26% CaCl2水溶液缓慢加入油相，加完后长时间搅拌，监测所配浆性能。

（3）在预处理罐中，均匀加入重晶石粉，将柴油基钻井液密度逐步提高至2.3g/cm3，再按循环周混入井内循环柴油基钻井液，使井内柴油基钻井液达到所需密度。

（4）如老柴油基钻井液可改造再用。65%老浆+35%胶液+重晶石粉加重至所需密度，其中胶液配方：80% 0#柴油+20%的28% CaCl2水溶液+3.5%主乳化剂+2%辅乳化剂+3%润湿剂+1.5%封堵剂+1.5%降滤失剂+2% CaO。

2.3 高密度柴油基钻井液井浆转换

（1）计算柴油基钻井液用量、钻井液泵排量、顶替时间。

（2）将预配制30% CaCl2水溶液15m3作前置液泵入井后，紧接着泵入预配好的柴油基钻井液。

（3）顶替出井筒内的原水基钻井液，集中处理。

2.4 高密度柴油基钻井液维护调整

威远区块柴油基钻井液日常维护，以柴油胶液形式预先配置，配方：4%主乳化剂+1%辅乳化剂+0.05%润湿剂+1%液体沥青+1.5~2%CaO+2%~3%降滤失剂，一般保持在15m3存量，用于补充消耗。

2.4.1 乳化稳定性

目前，农村教育研究领域对新型职业农民的精准教育培训研究主要集中在2个方面。一方面，积极进行农民的教育培训工作，通过投入教育资源的方式，对传统农民进行技术教育、经营能力教育，使传统农民具备现代新型职业农民的基本素质；另一方面，通过农业高等教育，对拥有一定文化基础的学生开展新型职业农民的素质培育，以此培养学生成为新型职业农民的接班人。本文在以供给侧农业改革需求为导向的新型职业农民教育培训分析中，提出农村教育应当具有全面性和持续性，不应因文化基础不同而采取有选择的教育方式。因此，提出了精准教育体系下的集体学习机制，即利用集体学习方式，实现农村就地教育的开展，帮助传统农民提升认识、知识和技术等。

稳定破乳电压，减少亲水固相和外来水进入钻井液，及时补充主辅乳化剂乳化剂和润湿剂，破乳电压持续降低时增大主辅乳化剂乳化剂用量；根据出口柴油钻井液检测结果补充CaO、CaCl2，控制碱度在1.8~2.6间，「Cl-」在20 000~28 000mg/L。

2.4.2 高密度流变性

正常钻进过程中，根据出口柴油钻井液检测结果，增大预配的26%CaCl2水溶液水相来提高黏切，增大油相来降低黏切；维持固控设备清除效率有利于流变性稳定；加入加重材料要及时补充乳化剂和润湿剂；水平段长后期添加提切剂。

2.4.3 滤失造壁性

日常检测到滤失量变大，滤液不含水时补充氧化沥青、有机土等亲油胶体含量；在滤失量持续增大，滤液油水共存时，防止高密度柴油基钻井液破乳，需要及时补充主辅乳化剂和润湿剂达所需浓度。

2.4.4 防漏失封堵

3 现场钻井液性能

高密度柴油基钻井液施工22口井的过程中，以W204H34-1井性能为例见表2，在一定井温条件下流变性稳定，随井深增加细岩屑侵入黏度切力升高明显。高密度柴油基钻井液密度三开后，依据地质设计提示的地层压力系数，并借鉴邻井实钻钻井液性能，一般维持钻进密度为2.06~2.21g/cm3。在实钻过程中，根据钻进参数，返砂及实测气测值的大小、后效气测值的数值、单根气的含量，相应调整高密度柴油基钻井液密度。龙马溪组水平段地层微裂缝发育井漏风险较大，实时关注钻井液出口密度，及时通过添加加重材料控制钻井液的密度，在保证安全作业的前提下，为保护产气层，尽可能采用低密度钻进。

表2 高密度柴油基钻井液部分井浆性能

3.1 马氏漏斗黏度

现场钻井液油水比对流变性能黏切影响很大，实钻时低油水比黏度大出高油水比高20~50s；高密度柴油基钻井液马氏漏斗黏度随井深变化，马氏漏斗黏度在60~76s逐渐增大。

3.2 静切力

现场使用油基钻井液时，维持测钻井液时低剪切速率下有较高读值，使得油基钻井液提高低剪切力，有助于降低钻井液加重料重晶石粉或岩屑沉降现象；高密度柴油基钻井液静切力随井深变化，初切在3~6Pa左右，终切在4~12Pa逐渐增大。

3.3 高温高压滤失量

现场油基钻井液滤液呈现油相而非水相，是油基钻井液保护产气层和稳定泥页岩层的重要原因，高温高压滤失量控制在3mL向下，用沥青类降滤失剂、弹性树脂复配强化封堵降滤失，也减少了油基钻井液的损耗；柴油基钻井液120℃、3.5MPa高温高压滤失量随井深变化，高温高压滤饼薄而致密，高温高压滤失量能保持在1.8~3mL。

3.4 碱度

现场柴油基钻井液检测的碱度呈现持续下降趋势，由于处理剂的持续消耗，柴油基钻井液体系导电性增强，将导致油基钻井液性能发生突变，及时补充储备碱，保证钻井液的碱度在1.0以上；高密度柴油基钻井液碱度随井深变化，随着井深增加，碱度逐渐降低，须及时补充CaO，保持油基钻井液乳状液的稳定性。

3.5 破乳电压

现场柴油基钻井液高油水比能有效增加钻井液稳定性，破乳电压值从600V提升至1 020V，结合油基钻井液费用和现场作业方便，钻进过程中油水比一般保持在70/30~80/20；实践中发现高温高压滤液是否含水与柴油基钻井液乳化稳定性密切相关；高密度柴油基钻井液破乳电压随井深变化，见表3，随着井深增加，破乳电压缓慢上升，能维持在500V以上。

表3 破乳电压随井深变化

4 应用效果

威远区块非常规页岩气开发三开长水平段处于页岩层位，高密度柴油基钻井液施工22口井的过程中，没有发生因钻井液因数导致的井下故障，没有井壁失稳划眼复杂情况，井口返出岩屑辨识度高，钻井液性能调整维护方便。

1）井壁稳定，电测段平均井径扩大率小于5%，井径规则，施工时未发生坍塌现象。

2）润滑减租，长水平段平均上提摩阻在10kN附近，定向工具面摆放正常，起下钻顺畅。

3）流变性好，尽管固相含量高达42%~51%，静止后循环随温度回升，流变参数恢复如初。

4）抑制性强，泥岩钻屑在油基钻井液不分散，返出钻屑均质、棱角分明，未钻头泥包。

5）沉降稳定性好，钻井液密度达2.21g/cm3，能稳定悬浮重晶石粉不沉降。

6）维护简便，高温高压滤失量易控制到3mL以下，黏度调整实施能在周期内达标。

5 结论

1）高密度柴油基钻井液能满足威远区块22口井的页岩气水平井钻井需要。

2）页岩气水平井钻进中，保证钻井液合适密度，优质封堵性，水相保持低活度。

3）高密度柴油基钻井液宜控制好六速旋转黏度计￠6读数10~17和￠3读数6~12。

4）柴油基钻井液维护高密度时宜预配加重浆，均匀混入，防影响导向信号采集。

5）多数固相和纤维类封堵材料会导致柴油基钻井液破乳电压快速降低，须及时调整。

6）回收的高密度油基钻井液做好预处理，再重复利用。