中原油田非常規(guī)水平井鉆井液技術(shù)中原石油工程公司二〇一三年四月匯報(bào)內(nèi)容一、概況二、所開展的工作三、認(rèn)識(shí)與建議一、概況近年來，隨著頁巖氣、頁巖油、致密砂巖氣等非常規(guī)資源的勘探開發(fā)，非常規(guī)水平井鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的難題給鉆井液的使用提出了更高的要求。中原油田圍繞集團(tuán)公司“非常規(guī)大發(fā)展”戰(zhàn)略部署，實(shí)施了濮深18-側(cè)1、衛(wèi)383-FP1、濮1-FP1、白廟-FP1等井。中原石油工程公司初步進(jìn)行了泥頁巖及致密砂巖非常規(guī)油氣井鉆井液技術(shù)探索和實(shí)踐，形成了油基鉆井液、烷基糖苷水基鉆井液技術(shù)。其中油基鉆井液技術(shù)已應(yīng)用到新疆、西南、陜北等地區(qū)。匯報(bào)內(nèi)容一、概述二、所開展的工作三、認(rèn)識(shí)與建議關(guān)鍵技術(shù)鉆井液體系現(xiàn)場應(yīng)用匯報(bào)內(nèi)容1、關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)井壁穩(wěn)定井眼清潔潤滑防卡針對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)層的地層特性、水平井施工特點(diǎn)以及后期完井作業(yè)需求開展了非常規(guī)油氣井鉆井液技術(shù)難點(diǎn)分析,確定了技術(shù)關(guān)鍵：抑制粘土水化分散、增強(qiáng)封堵能力、合理使用密度優(yōu)化流變參數(shù)，配合工程措施選擇鉆井液體系、控制低密度固相含量、改善泥餅質(zhì)量關(guān)鍵技術(shù)鉆井液體系現(xiàn)場應(yīng)用匯報(bào)內(nèi)容針對(duì)泥頁巖、裂縫性泥巖等水敏性地層針對(duì)弱水敏性致密砂巖地層2、鉆井液體系圍繞非常規(guī)油氣藏水平井鉆井液關(guān)鍵技術(shù)，初步形成了適用于非常規(guī)油氣藏的油基和水基鉆井液體系。油基鉆井液烷基糖苷鉆井液陽離子烷基糖苷鉆井液增強(qiáng)抑制能力,提高泥巖適應(yīng)性油基鉆井液

井壁穩(wěn)定潤滑防卡熱穩(wěn)定性抗污能力易于維護(hù)儲(chǔ)層保護(hù)環(huán)境不友好后勤保障要求高不易發(fā)現(xiàn)氣侵溫度敏感優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)2、鉆井液體系

針對(duì)油基鉆井液存在的動(dòng)塑比低、流變性溫度敏感性強(qiáng)、現(xiàn)場施工損耗量大等難題，進(jìn)一步開展以下研究：優(yōu)選具有特殊結(jié)構(gòu)的乳化劑，優(yōu)化流變性開發(fā)凝膠微球封堵材料，形成封堵防滲技術(shù)完善了體系配方二、研究與應(yīng)用油基鉆井液

2、鉆井液體系

針對(duì)油基鉆井液存在的塑性粘度高、切力低的問題，選用了抗高溫梳型弧狀乳化劑乳化劑優(yōu)選主輔乳化劑復(fù)合膜片段示意圖2、鉆井液體系梳型弧狀乳化劑可有效改善現(xiàn)場鉆井液流變性能，提高攜巖效果AV/mPa.sPV/mPa.sYP/PaGel/(Pa/Pa)動(dòng)塑比FL/mLpH值順903H井漿72.5639.52/40.15010井漿+0.5%乳化劑67.5598.52/40.14010井漿+1.0%乳化劑8468163.5/100.24010井漿+1.5%乳化劑8264185/100.28010井漿+1.7%乳化劑8058206/100.34010乳化劑加量對(duì)鉆井液性能的影響

二、研究與應(yīng)用2、鉆井液體系乳化劑優(yōu)選溫度的敏感性梳型弧狀乳化劑配置的鉆井液表觀粘度、動(dòng)切力對(duì)溫度敏感性小，特別是在高溫條件下，動(dòng)切力高，保證高溫下鉆井液的攜巖能力乳化劑優(yōu)選2、鉆井液體系常規(guī)乳化劑合成了微米級(jí)凝膠微球，解決油基鉆井液損耗量大的問題，微球粒徑分布圖

粒徑范圍10~70μm抗溫達(dá)150℃

承壓達(dá)到11MPa電鏡掃描圖

加入微球后鉆井液承壓能力圖研制凝膠微球2、鉆井液體系

采用開發(fā)、優(yōu)選的乳化劑、凝膠微球、纖維封堵材料、不同粒徑的剛性封堵材料進(jìn)行配伍性試驗(yàn)，形成了抗溫180℃，密度0.9~2.2g/cm3油基鉆井液配方。處理劑加量(%)處理劑加量(%)有機(jī)土2~5堿度調(diào)節(jié)劑3主乳2~4潤濕劑0~1.0輔乳1~2氧化鈣0~10凝膠微球3~5封堵材料1~3降濾失劑2~4重晶石按需配方組成2、鉆井液體系穩(wěn)定性好，破乳電壓均達(dá)到了800以上，流變性能良好，動(dòng)塑比都在0.35以上沉降穩(wěn)定性好，72h高溫老化上下密度差0.02g/cm3

（密度2.2g/cm3）配方條件AV/mPa.sPV/mPa.sYP/Pa動(dòng)塑比FL/mLGel/（Pa/Pa）ES/V全油130℃/16h6043170.390.26/1020479﹕1130℃/16h44.53212.50.390.35.5/711328﹕2130℃/16h5843150.3505/8892不同油水比油基鉆井液基本性能基本性能2、鉆井液體系

APG鉆井液

針對(duì)油基鉆井液存在環(huán)境污染、后勤保障要求高等缺點(diǎn)，在適用地層條件下考慮使用水基鉆井液。借鑒甲基葡糖甙鉆井液抑制機(jī)理，在其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用烷基糖苷APG具有表面張力低，生物毒性小，生物降解完全，可有效降低鉆井液的水活度，具有一定抑制性的特點(diǎn)，開發(fā)了水基APG鉆井液。2、鉆井液體系處理劑加量，%處理劑加量，%APG8.0~15.0流型調(diào)節(jié)劑0.5~0.6降失水劑0.3~0.5封堵劑3.0~4.0聚合物包被劑0.1~0.3pH調(diào)節(jié)劑0.4~0.8密度：1.03~2.00g/cm3抗溫：150℃加重材料：無機(jī)鹽、重晶石粉APG鉆井液

1、配方組成

通過優(yōu)選流行調(diào)劑、降濾失劑、封堵材料等，形成了抗溫150℃的鉆井液配方。2、鉆井液體系密度/(g/cm3)AV/mPa·sPV/mPa·sYP/PaGel，/PaFL/mLHTHP/mL潤滑系數(shù)10s10min1.0360.54316.81.5/2.00.394.2180.0611.3043.02715.46.5/9.00.573.2140.0731.7055.03816.38.0/12.50.432.0120.0912.00105.58728.58/19.50.331.5120.140不同密度APG鉆井液性能APG鉆井液

2、基本性能2、鉆井液體系濾液油/水界面張力4.6mN/m頁巖滾動(dòng)回收率97.46%動(dòng)態(tài)滲透率恢復(fù)值93%抗水侵達(dá)到20%抗原油侵達(dá)到15%抗鈣侵達(dá)到5%抑制性泥巖、頁巖等適應(yīng)性熱穩(wěn)定性特點(diǎn)缺點(diǎn)2、鉆井液體系A(chǔ)PG鉆井液

針對(duì)目前烷基糖苷在鉆井液中存在的缺陷，通過分子設(shè)計(jì)，引入季銨陽離子基團(tuán)合成性能優(yōu)于烷基糖苷的陽離子烷基糖苷（CAPG）引入合適的季銨基團(tuán)。減小加量，降低成本，提高抑制性、抗溫性、潤滑性等有望解決長水平段泥頁巖的井壁失穩(wěn)問題(1)CAPG的研制2、鉆井液體系CAPG鉆井液

(2)CAPG熱重分析陽離子烷基糖苷產(chǎn)品熱重?cái)?shù)據(jù)溫度范圍（℃）殘留量（%）失重（%）室溫～24878.8621.14248～30113.3765.49301～5007.475.90CAPG熱重曲線圖

陽離子烷基糖苷產(chǎn)品248℃開始分解，具有較好的熱穩(wěn)定性能。

248℃2、鉆井液體系CAPG鉆井液

APG和CAPG頁巖滾動(dòng)回收率對(duì)比評(píng)價(jià)清水、6%APG和6%CAPG浸泡膨潤土巖心對(duì)比情況通過對(duì)APG改性得到的CAPG可大幅提高鉆井液抑制性。(3)CAPG抑制性2、鉆井液體系CAPG鉆井液

通過處理劑的優(yōu)選，確定CAPG鉆井液的優(yōu)化配方：水+6%CAPG+0.6%LV-CMC+0.6%XC+0.4%HV-CMC+3%無滲透WLP+0.4%NaOH+0.2%Na2CO3+工業(yè)鹽CAPG鉆井液配方優(yōu)選2、鉆井液體系CAPG鉆井液

CAPG鉆井液具有較高的頁巖回收率，一次回收率達(dá)99.55%，相對(duì)回收率達(dá)99.11%。CAPG鉆井液表現(xiàn)出較好的頁巖抑制能力，能夠有效阻止頁巖的水化分散。

鉆井液中CAPG對(duì)膨潤土具有較好的抑制水化分散作用，當(dāng)濃度為3%時(shí)，其相對(duì)抑制率為91.4%，表現(xiàn)出較好的抑制粘土水化分散的能力。1.抑制性CAPG鉆井液的頁巖回收率配方一次回收率/%二次回收率/%相對(duì)回收率/%清水21.30----基漿+6%CAPG99.5598.6699.11CAPG相對(duì)抑制率性能評(píng)價(jià)加量/%Ф100相對(duì)抑制率/%基漿70---基漿+3%CAPG691.42、鉆井液體系CAPG鉆井液

隨著熱滾溫度的升高，CAPG鉆井液的流變性和濾失量變化不大，粘度和切力下降幅度不明顯；在160℃熱滾16h、32h、48h，鉆井液仍保持較好的性能；2.抗溫性CAPG鉆井液在不同溫度下的性能溫度℃老化情況AVmPa.sPVmPa.sYPPaG′/G″Pa/PaFLAPImLpH值130熱滾16h5830289.0/12.04.49.0熱滾32h6031299.0/12.04.49.0熱滾48h5525308.5/12.54.49.0150熱滾16h5025258.0/10.03.69.0熱滾32h42.52121.56.0/6.53.29.0熱滾48h41.51922.53.5/4.05.08.5160熱滾16h51.52823.53.5/4.56.89.0熱滾32h4927223.0/3.54.09.0熱滾48h4026142.0/2.57.29.02、鉆井液體系CAPG鉆井液

加入CAPG后，鉆井液潤滑系數(shù)大大降低，由基漿的0.176降為0.097，潤滑系數(shù)降低率達(dá)63.40%，表現(xiàn)出較好的潤滑性能。3.潤滑性CAPG鉆井液潤滑性能配方潤滑系數(shù)潤滑系數(shù)降低率/%清水0.265--基漿0.176--基漿+6%APG0.12031.82基漿+6%CAPG0.09763.402、鉆井液體系CAPG鉆井液

4.抗污染性抗高溫高密度水基鉆井液的抗電解質(zhì)污染性能污染條件老化情況（16h）AVmPa.sPVmPa.sYPPaG′/G″Pa/PaFLAPImLpH值無污染熱滾后56.52927.58.0/11.54.4936％NaCl熱滾后51.03318.08.0/11.03.895％CaCl2熱滾后3718197.0/10.52.6910％土熱滾后58.52830.59.5/124.0810%鉆屑熱滾后64.53331.510/12.52.5820%水熱滾后3618185.5/8.06.0910％原油熱滾后5933269.0/11.52.69

CAPG鉆井液表現(xiàn)出較好的抗污染性能。2、鉆井液體系CAPG鉆井液

陽離子烷基糖苷抑制機(jī)理

靜電及羥基吸附成膜疏水陽離子吸附拉緊晶層CAPG分子嵌入晶層降低水活度形成封固殼優(yōu)異的抑制性能2、鉆井液體系CAPG鉆井液

研發(fā)了適用于水基鉆井液的微球聚合物封堵劑。優(yōu)選了配伍性較好的瀝青類封堵劑，提高內(nèi)外濾餅致密性。鉆井液Φ600/Φ300AV/mPa.sPV/mPa.sYP/PaGel/(Pa/Pa)HTHP/mL井漿144/9472502210/3512.0井漿+2%磺化瀝青膏139/9169.54821.510/349.0微球聚合物封堵劑、磺化瀝青膏、無滲透封堵劑協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的有效封堵2、鉆井液體系

提高封堵能力關(guān)鍵技術(shù)鉆井液體系現(xiàn)場應(yīng)用匯報(bào)內(nèi)容2011年10月份以來，三種鉆井液體系在中原、新疆、四川及陜北地區(qū)應(yīng)用16口井(非常規(guī)13口井)，效果良好。區(qū)域施工井號(hào)鉆井液密度，g/cm3巖性施工井段(m)中原濮深18-側(cè)1油基2.17鹽巖、泥巖3172~3319濮1-FP1油基1.20白云質(zhì)泥巖2620~3801衛(wèi)68-FP1油基1.75泥頁巖、泥巖3270~4570白-平2HF油基1.75砂巖、泥巖4165~5365衛(wèi)383-FP2油基2.08泥巖、砂巖2700~4134衛(wèi)383-FP1APG無土相1.52砂巖，少量泥巖3787~4496文88-FP1APG無土相1.97泥頁巖，砂巖3216~4718新疆順902H油基1.70碎屑巖5792~6302順9CH油基1.51碎屑巖5275~6396陜北延頁平1油基1.25泥頁巖1739~2344四川焦頁1井油基1.45泥頁巖2500~3654部分施工井情況統(tǒng)計(jì)3、現(xiàn)場應(yīng)用效果已完井井徑擴(kuò)大率統(tǒng)計(jì)油基鉆井液-穩(wěn)定井壁能力強(qiáng)

鉆遇地層為泥巖、泥頁巖、碳質(zhì)泥巖、鹽巖地層，井徑規(guī)則，滿足后期作業(yè)的需要。井號(hào)平均井徑擴(kuò)大率井號(hào)平均井徑擴(kuò)大率白-平2HF2.4%濮深18-側(cè)19.0%衛(wèi)68-FP13.87%濮1-FP18.2%順902H3.8%順9CH10.9%衛(wèi)383-FP23.89%焦頁1井1.06%3、現(xiàn)場應(yīng)用效果

焦頁1井井水平段長1154m，水平段為黑色泥（頁）巖、灰黑色碳質(zhì)泥巖。井壁穩(wěn)定，未出現(xiàn)掉塊、坍塌問題，井眼規(guī)則，三開平均井徑擴(kuò)大率1.06%。焦頁1井三開井徑曲線焦頁1井

3、現(xiàn)場應(yīng)用效果

水平段長1195.1m，白云質(zhì)泥巖為主，水平段井壁穩(wěn)定，平均井徑擴(kuò)大率為8.2%。濮1-FP1井三開井徑曲線

2620m濮1-FP1井3、現(xiàn)場應(yīng)用效果濮深18-側(cè)1井濮深18-側(cè)1井返出巖屑泥頁巖灰色鹽巖排量5L/s時(shí)，鉆井液仍具有良好的攜砂能力，返出的巖屑棱角分明，未發(fā)生重復(fù)切削或研磨濮1-FP1井水平井段長達(dá)1195.1m，返出巖屑棱角分明油基鉆井液-攜巖效果好，保持了井眼清潔3、現(xiàn)場應(yīng)用效果井號(hào)密度(g/cm3)排量(L/s)泵壓(MPa)摩阻情況施工情況濮深18-側(cè)12.138~918小于1t電測、下套管一次成功濮1-FP11.18~1.212~1421~243~4t定向施工、起下鉆順利順902H1.65~1.71123－起下鉆通暢無阻延頁平11.18－－4t鉆完井施工非常順利

應(yīng)用井現(xiàn)場施工中潤滑性好，摩阻低，定向、電測、下套管、起下鉆作業(yè)順利。部分井施工參數(shù)統(tǒng)計(jì)油基鉆井液-潤滑效果好，滿足長水平段定向施工要求3、現(xiàn)場應(yīng)用效果位于陜西延安市甘泉縣下寺灣鎮(zhèn)洛峪地區(qū)，鉆探目的是提高頁巖氣產(chǎn)量。設(shè)計(jì)井深2344m，完鉆垂深1531.57m，水平段長606m。延頁平1井三開井段1739~2344m使用油基鉆井液鉆進(jìn)，在井溫低、地面溫度更低(-21℃)的條件下,鉆井液具有優(yōu)良的流變性和潤滑性，摩阻僅為4t，扭矩隨井深均勻增加，無拖壓現(xiàn)象，定向順利。3、現(xiàn)場應(yīng)用效果APG鉆井液-良好的井眼清潔能力和較好的抗溫能力APG鉆井液在中原衛(wèi)383-FP1、文88-FP1和文133-平1進(jìn)行了應(yīng)用。已完井的資料統(tǒng)計(jì)衛(wèi)383-FP1文88-FP1文133-平1地層溫度，℃120-130130-140110-120裸眼/水平段，m708/708800/5591084/502完鉆密度，g/cm31.521.971.733、現(xiàn)場應(yīng)用效果現(xiàn)場施工，攜帶巖屑情況良好井號(hào)密度(g/cm3)摩阻情況施工情況衛(wèi)383-FP11.523~4t定向施工、起下鉆暢通電測、分段管柱一次成功文88-FP11.9714~30t定向施工順利電測、套管一次成功文133-平11.7312~14t電測、套管一次成功

應(yīng)用井現(xiàn)場施工中潤滑性好，摩阻低，滿足了定向、電測、下套管等作業(yè)。部分井施工參數(shù)統(tǒng)計(jì)APG鉆井液-潤滑性好，滿足定向施工3、現(xiàn)場應(yīng)用效果文88-FP1井身結(jié)構(gòu)該井完鉆井深4130m，最大井斜度88.30°，裸眼段長800m，水平段559m。文88-FP1井井眼軌跡復(fù)雜泥巖含量高達(dá)60%鉆井液密度為:1.97g/cm3后期因多次調(diào)整軌跡，起下鉆摩阻達(dá)30t，未發(fā)生粘鉆具現(xiàn)象，鉆井液潤滑性滿足調(diào)整軌跡的施工要求。3、現(xiàn)場應(yīng)用效果井號(hào)FL(mL)HTHP(mL)泥餅質(zhì)量衛(wèi)383-FP12-312-15濾餅薄，致密，光滑文88-FP11.8-2.89-12濾餅薄，致密文133-平11.6-27-12濾餅薄，致密鉆井液含有無滲透處理劑和APG，協(xié)同增效，濾失量低，大大減少濾液浸入地層，有效保護(hù)儲(chǔ)層。部分井施工參數(shù)統(tǒng)計(jì)APG鉆井液-鉆井液濾失量小，有利于保護(hù)油氣層3、現(xiàn)場應(yīng)用效果APG鉆井液-抑制性不足存在泥巖井壁失穩(wěn)的問題粉砂巖，含頁巖和泥巖泥頁巖，含粉砂巖、膏泥巖衛(wèi)383-FP1錄井巖性和井徑曲線圖3、現(xiàn)場應(yīng)用效果陽離子烷基糖苷CAPG在中江16H井、意11井、春17側(cè)井進(jìn)行了應(yīng)用。3、現(xiàn)場應(yīng)用效果CAPG鉆井液-加強(qiáng)了鉆井液抑制性中江16H意11井春17側(cè)井斜深/垂深，m3003/18323504/--3050/--地層巖性泥巖，泥沙巖玄武巖，泥巖泥巖，砂巖裸眼/水平段，m2001/10083000/--440/--完鉆密度，g/cm31.991.301.27膨潤土含量，g/L17-2821-3528-42井徑擴(kuò)大率，%7.035.849.64CAPG提高鉆井液抑制粘土分散能力，膨潤土含量較穩(wěn)定，井徑擴(kuò)大率低。下一步準(zhǔn)備進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用。匯報(bào)內(nèi)容一、概況二、所開展的工作三、認(rèn)識(shí)與建議

油基鉆井液具有良好的井壁穩(wěn)定、潤滑和攜巖能力，可滿足泥巖、泥頁巖等水敏性地層非常規(guī)油氣藏水平井施工。通過乳化劑的優(yōu)選，可以減輕溫度對(duì)流變參數(shù)的影響。三、認(rèn)識(shí)與建議認(rèn)識(shí)

油基鉆井液成本問題。目前普遍認(rèn)為油基鉆井液的成本偏高，即使重復(fù)利用也比一般的水基鉆井液高的多。如果從盡快實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)目的、減少復(fù)雜地層復(fù)雜故障的發(fā)生、為工程提速手段創(chuàng)造良好的環(huán)境方面綜合考慮，油基鉆井液所帶來的整體效益