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适用于页岩气井的强抑制防塌高性能水基钻井液体系

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第25卷第4期摘要威远地区M 井区页岩气水平井钻井过程中易出现井壁失稳、坍塌等问题,而采用油基钻井液时钻屑含油量高、难处理,并且环保压力大。

因此,以新型阳离子复合抑制剂DY ⁃Ⅱ为主要处理剂,结合优选的封堵剂、润滑剂,形成一套适合于页岩气井的强抑制防塌高性能水基钻井液体系,并对体系性能进行了评价。

室内实验结果表明:钻井液体系具有优良的抑制性和润滑性,页岩滚动回收率达99.2%,极压润滑系数和泥饼黏附系数与油基钻井液体系相当;体系在140℃下老化后流变性能稳定,具有良好的抗温性;采用高效铝基微纳米聚合物封堵剂,能够较好地封堵地层微裂缝,提高井壁稳定性;加入20%钻屑后,体系性能稳定,抗污染能力较强。

现场试验结果表明,该体系性能稳定,具有较强的抑制防塌能力,施工过程中未发生井下复杂情况,作业顺利,说明该高性能水基钻井液体系能够满足威远地区M 井区页岩气井的钻井需要。

关键词页岩气;水平井;井壁稳定;高性能水基钻井液;抑制性;封堵性;润滑性中图分类号:TE254文献标志码:A收稿日期:2017￣12￣24;改回日期:2018￣04￣27。

第一作者:陈庚绪,男,1987年生,在读博士研究生,主要从事岩石力学及钻井工艺相关研究工作。

E ⁃mail :3065247995@。

High inhibition and anti ⁃sloughing water ⁃based drilling fluid systemfor shale gas horizontal wellsCHEN Gengxu,LIU Ao,WANG Qian,ZENG Dongchu,YAN Kang (Petroleum Engineering College,Yangtze University,Wuhan 430100,China)Abstract:With the problems of wellbore instability and wellbore collapse during drilling process of shale gas horizontal wells in MWell area of Weiyuan area,using oil ⁃based drilling fluid will bring large amount of oil in particle debris and cause difficulties to be dealt with,resulting great pressure on environment.Therefore,the new cationic compound inhibitor DY ⁃Ⅱis used as the main treatment agent,combined with the preferred plugging agents and lubricants,forming a set of strong inhibition,anti ⁃sloughing and high performance water ⁃based drilling fluid system suitable for shale gas wells,and the performance of the system was evaluated.The results show that the drilling fluid system has inhibitory and excellent lubricating properties,shale recovery rate reaches 99.2%,and the coefficient of lubrication and the adhesion coefficient of mud cake are equivalent to the oil based drilling fluid system;after aging at 140℃,the rheological properties of the system are stable and have good temperature resistance;high efficiency aluminum based micro nano polymer plugging agent can be used to block the micro cracks and improve the stability of the wellbore;after adding 20%drilling chips,the system has stable performance and strong anti ⁃pollution ability.Field experiment results show that thesystem has stable performance,strong inhibition and anti ⁃collapse ability;no downhole trouble happened in the construction processsuggests that this high performance water ⁃based drilling fluid system can meet the Weiyuan shale gas drilling in M Well area.Key words:shale gas;horizontal well;wellbore stability;high performance water ⁃based drilling fluid;inhibition;sealing;lubrication适用于页岩气井的强抑制防塌高性能水基钻井液体系陈庚绪,刘奥,王茜,曾东初,严康(长江大学石油工程学院,湖北武汉430100)基金项目:国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2016ZX05046)0引言页岩气作为一种非常规油气资源,近年来已成为众多石油科研工作者研究的热点。

威远区块是我国目前大力投入开发的三大页岩区块之一,区块内的M 井区以浅层水平井为主,储层段岩样黏土矿物质量分数在30%以上,水敏性较强;页岩压实程度较高,结构致密,且发育微裂缝,在钻井过程中极易发生井壁失稳、垮塌等复杂情况。

前期一直采用油基钻井液钻进,而油基钻井液普遍存在钻屑含油量高、处理费用高昂等缺doi:10.6056/dkyqt201804026断块油气田FAULT ⁃BLOCK OIL &GAS FIELD2018年7月断块油气田2018年7月点,并且随着近年来环保压力的增大,急需开发性能优良的水基钻井液来适应页岩气井钻井作业的需要[1￣6]。

为此,笔者通过关键处理剂的评价及优选,并配合其他处理剂,形成了一套适合于页岩气井的强抑制防塌高性能水基钻井液体系,为高性能水基钻井液的进一步研究和发展提供了一定技术支持。

1作用机理强抑制防塌高性能水基钻井液主要由强抑制剂、高效铝基微纳米聚合物封堵剂、高效润滑剂、降滤失剂以及辅助处理剂构成。

该钻井液体系的主要处理剂为新型阳离子复合抑制剂DY⁃Ⅱ,其是一种阳离子聚合物和硅酸盐的复合物。

由于在阳离子聚合物分子链中引入了胺基等官能团,使DY⁃Ⅱ能够很好地进入黏土晶层间隙,通过吸附和离子交换作用使黏土上下晶层紧密地结合在一起,从而有效阻止黏土晶层吸水产生膨胀;考虑到一般抑制剂的抑制能力往往会随着页岩中蒙脱石质量分数的增加而减弱,而硅酸盐的抑制能力不受蒙脱石质量分数的影响;通过阳离子聚合物和硅酸盐的协同作用,使黏土颗粒表面能够形成牢固的吸附层,发挥出强烈的抑制黏土水化作用。

高效铝基微纳米聚合物封堵剂是由微米级和纳米级铝基聚合物复合而成的,其进入地层后能够沉积在页岩孔喉内,形成一种物理屏蔽封堵区域,达到封堵页岩储层微裂缝以及增强井壁稳定性的目的。

强抑制防塌高性能水基钻井液体系具有强抑制性、强封堵性、强润滑性等特点,能够有效防止页岩气水平井钻井施工过程中的井壁失稳等问题[7￣10]。

2关键处理剂的评价与优选2.1抑制剂DY鄄域针对页岩气水平井钻井过程中对钻井液的抑制性要求较高,结合不同抑制剂的作用机理,研制出了一种新型阳离子复合抑制剂DY⁃Ⅱ[11￣14]。

2.1.1抑制黏土造浆实验分别在清水、不同质量分数的DY⁃Ⅱ水溶液、7% KCl水溶液中加入5%膨润土,高速搅拌20min,在70℃下滚动老化16h,使用六速旋转黏度计分别测定其600转读数;然后再加入5%膨润土,重复上述操作,直至测定黏度超出量程为止。

实验结果见图1。

由图1可知:7%KCl水溶液中加入55%膨润土后,600转读数达到270左右;而1.0%,1.5%,2.0%的DY⁃Ⅱ水溶液中加入55%膨润土后,600转读数在60以下,说明DY⁃Ⅱ具有较强的抑制黏土造浆的能力。

图1抑制黏土造浆实验结果2.1.2滚动回收率实验将目标井区储层段泥页岩钻屑过6~10目筛后,称取40g分别加入清水、不同质量分数的DY⁃Ⅱ水溶液、7%KCl水溶液中,在120℃下滚动老化16h,测定钻屑滚动回收率。

实验结果见表1。

表1滚动回收率实验结果由表1可知,当水溶液中DY⁃Ⅱ的质量分数达到1.5%时,钻屑的滚动回收率可以达到90%以上,说明DY⁃Ⅱ能够较好地抑制钻屑水化分散,从而可以有效防止井壁失稳现象的发生。

2.2封堵剂将不同封堵剂加入基浆中,在120℃下老化16h 后,使用高温高压滤失仪分别测定不同封堵配方的滤失体积(V)随时间(t)的变化情况。

实验温度为120℃,压差为3.5MPa。

实验结果见图2和表2。

基浆配方为: 3%膨润土+0.8%PAC⁃LV+3%抗温耐盐型降滤失剂+ 3%KCl+重晶石。

图2加入不同封堵剂后滤失体积随时间的变化情况溶液类型钻屑回收质量/g滚动回收率/%清水 3.448.61.0%DY⁃Ⅱ水溶液34.8487.11.5%DY⁃Ⅱ水溶液36.2090.52.0%DY⁃Ⅱ水溶液36.9292.37%KCl水溶液10.1225.3530第25卷第4期表2加入不同封堵剂后高温高压滤失量和滤失速率由以上实验结果可知,基浆中加入不同的封堵剂后,滤失量和滤失速率均有不同程度的降低。

基浆+4%铝基微纳米聚合物封堵剂AY⁃2的高温高压滤失量和滤失速率最小,所以选择AY⁃2作为钻井液体系的封堵剂。

2.3润滑剂在基浆(配方同2.2)中加入不同的润滑剂,采用EP极压润滑仪测定极压润滑系数,实验结果见表3。

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水基钻井液体系在页岩钻井中的应用研究

水基钻井液体系在页岩钻井中的应用研究

水基钻井液体系在页岩钻井中的应用研究摘要：随着社会的发展，社会对水基钻井液体系在页岩钻井中的应用提出新的要求，从而实现对石油和天然气的勘探与开发，科技的进步又进一步促进了水基钻井液体系多方面、多角度的应用。

本文针对目前的水基钻井液体系工艺发展水平，探讨其在页岩钻井中的应用，并提出一些对水基钻井液体系的认识。

关键词：水基钻井液体系；页岩钻井；石油0引言水基钻井液体系目前在国内外都是一门较为热门的研究，通过改变这个体系从而提高钻井的质量，除此之外，水基钻井液体系与页岩层的融合性直接关系着钻井的安全，我们从各种水基钻井液出发，探讨它们的应用现状，还探讨页岩钻井中的关键问题，以促进这门技术的发展。

1.页岩井壁的特点页岩井壁的特定决定了液体的种类，从目前我国在开发的页岩地层来看，多地的页岩地层地质比较特殊，属于脆硬性的，与以前的页岩层有区别，它的水敏性差、容易坍塌，这加大了钻井的难度；此外，硬脆型的页岩地质会导致岩壁失去平衡，当地层吸水后，由于它有很大的水化反应，容易导致岩壁再次分裂等。

采用油基钻井液在目前的页岩钻井中是较为普遍的，但它存在一定的局限性，具体表现为：性价比低，对环境污染大，而社会的发展又加大了社会人力资源和自然资源的成本，也加大了对环境污染的监督，因此，用水基钻井液体系代替油基钻井液体系已经成为不可避免的趋势。

2页岩井存在的问题以及解决方案目前的页岩油气钻井主要存在的问题有以下几点：页岩地层不够稳定、井眼的清洁、井漏以及空隙压力的传递等，针对这些问题，提出了相应的解决方案，并重点从以下几个方面入手：加页岩稳定剂、加一些效能高的固控设备、提高井眼的清洁技术、使用合适的堵漏材料以及使用滤失控制剂。

3水基钻井液的分类3.1成膜钻井液成膜钻井液是由一种或多种成膜剂混合而成，在钻井过程中，当钻井液可以附在地层的表面，形成紧致的膜状，这种膜有较好的特性，能够阻止地层被水化后分裂，从而保证了钻井过程中的安全性。

一种高抑制性水基钻井液体系

一种高抑制性水基钻井液体系

工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald35海洋油气勘探的力度逐年加大，海洋环境保护对钻屑排放和污染问题提出了越来越高的要求，限制了油基钻井液在海洋钻井中的使用。

针对活性泥页岩的高抑制性水基钻井液体系在泥页岩抑制性、钻速和维护等方面都有出色的表现，并在全球海上和陆上钻井中得到了成功应用。

1 体系组成体系中泥页岩主抑制剂是U LT R A H I B聚胺，提供水化抑制作用，聚合物ULT R ACA P是一种分子量适度的阳离子聚丙稀酰胺，提供第二种泥页岩抑制和钻屑稳定作用。

通过阻止粘土吸附水达到泥页岩抑制，获得完整的钻屑。

第二种抑制作用可以通过配方中K +和Ca +置换地层中的阳离子获得。

该体系还包括ULTR AFR EE防粘结和钻速增强剂。

1.1 活性泥页岩抑制剂该钻井液体系活性泥页岩抑制剂由主抑制剂ULTRAHIB和第二抑制剂ULTRACAP提供的多种抑制机制的体系。

U LT R A H I B 抑制剂是一种液体处理剂，它通过嵌入粘土片，减小粘土片间的空间，阻止水分子渗入，而降低粘土膨胀的水合作用达到抑制效果。

推荐浓度为2%～4%，但DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.11.035一种高抑制性水基钻井液体系熊爱江（中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司 广东深圳 518067）摘 要：对一种针对活性泥页岩的高抑制性水基钻井液体系（ULTRADRIL）组成和钻井液性能进行了分析，对钻井液体系配制流程、添加量和时间进行了介绍。

该钻井液体系在满足对活性泥页岩有效抑制的技术要求基础上，具有良好的井眼清洁和防钻头泥包效果，有利于提高机械钻速，作业维护简单，对环境友好。

关键词：泥页岩 抑制 水基钻井液 配方中图分类号：TE254.3文献标识码：A文章编号：1674-098X(2017)04(b)-0035-02处理剂名称材料功能典型浓度钻井水基础液体海水基础液体NaCl 抑制剂/加重剂至饱和KCl抑制剂按需ULTRAHIB 聚胺抑制剂 2.0%～4.0%ULTRACAP 丙稀酰胺聚合物泥页岩包被剂 5.7～8.55(kg/m 3)POLYPAC L/ELV 纤维素失水处理剂 5.7～11.4(kg/m 3)DUO-VIS/XCD 黄原胶增粘剂1.42～4.28(kg/m 3)ULTRAFREE 表面活性剂混合物防粘结剂/润滑剂 1.0%～3.0%重晶石重晶石加重剂按需表1 常用处理剂的典型浓度和功能建议配制程序（1 000桶）加量估计时间(min)备注1.钻井水加入干净池中261桶152.加NaCl和水678桶353.加ULTRAHIB23桶204.通过漏斗加ULTRACAP，1袋/m in 50袋50检查泡沫，用DEFOAM-X处理5.通过漏斗加POLYPAC UL，2袋/m in 40袋206.通过漏斗加DUO-VIS，1桶/m in 50袋507.加ULTRAFREE11.5桶10如果泡沫不严重，加完8.用重晶石加重至比重1.20kg/L 10.7 t30剪切前后测钻井液性能，并与期望值比较9.通过剪切泵转入储备池60～120时间取决于剪切泵排量表2 1 000桶比重1.20 kg/L的ULTRADRIL钻井液工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald36具体加量取决于泥页岩的活性。

适用于页岩气井的水基钻井液技术研究

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勘探开发
2019年第7期
适用于页岩气井的水基钻井液技术研究
郭胜芳
中石化中原石油工程有限公司 河南 濮阳 457001 摘要：通过分析页岩水基钻井液存在的施工难点问题，开展了页岩气水基钻井液体系研究，优选了抑制剂、润滑剂以 及降滤失剂，得到了适用于页岩气井的水基钻井液体系配方。 关键词：页岩气 水基钻井液 环保 抑制剂
Water-based Drilling Fluid Technology for Shale Gas Wells Guo Shengfang
Zhongyuan Petroleum Engineering Co.，Ltd. SINOPEC，Henan Puyang 457001 Abstract：By analyzing the construction difficulties of shale water-based drilling fluid，the shale gas-water-based drilling fluid system was studied. The inhibitors，lubricants and filtrate loss reducers are optimized，and the formulation of water-based drilling fluid system suitable for shale gas wells was obtained. Keywords：shale gas；water-based drilling fluid；environmental protection；inhibitors
表1 降滤失剂评价实验结果V/（mPa·s）
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SML-4
页岩气高性能水基钻井液技术研究

页岩气高性能水基钻井液技术研究

页岩气高性能水基钻井液技术研究CHEN Shikui;TAN Xiaoqi;WANG Jian;JIANG Zhuo【摘要】根据龙马溪组页岩气储层的地质特征,针对页岩气低孔渗、微裂缝发育、易剥落掉块的特点,构建出一套高性能水基钻井液体系.实验评价研究表明,该体系具有良好的流变性及抗污染能力、抑制性强、润滑性好.通过与油基钻井液及KCl-聚合物钻井液体系进行对比,该高性能水基钻井液各项性能要明显优于KCl-聚合物钻井液体系,与油基钻井液性能十分接近,能够满足页岩气钻井工程需要.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2018(037)012【总页数】4页(P57-60)【关键词】页岩气;水基钻井液;微纳米封堵;强抑制性;润滑性【作者】CHEN Shikui;TAN Xiaoqi;WANG Jian;JIANG Zhuo【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TE254.1我国页岩气资源十分丰富，总体储量与美国相当[1]，因此，随着美国页岩气开发获得成功，国内页岩气的开发也得到普遍关注。

我国页岩气开发虽然起步较晚，但是发展迅猛，目前涪陵页岩气产能示范区年产量已突破100×108m3[2]，这显示出我国页岩气具有巨大的开发潜力。

在页岩气钻井过程中，过去大多数采用油基钻井液，用来应对页岩地层层理发育、水敏性强导致的井壁失稳问题以及高摩阻问题[3]。

但是，我国页岩气产区主要集中在川渝一带，油基钻井液容易对周围生态环境产生不良影响，且油基钻屑的运输处理会进一步推高页岩气开发成本[4]。

因此，开发研究一套适用于页岩储层的高性能水基钻井液体系，具有十分重要的社会效益和经济效益。

本文从龙马溪组页岩失稳机理出发，构建了一套综合性能与油基钻井液十分接近的高性能水基钻井液体系，为页岩气高性能水基钻井液的发展和推广提供一定的参考。

1 龙马溪组页岩组成及井壁失稳机理分析隆页2井龙马溪组泥页岩X射线分析结果（见表1）及黏土矿物组成分析（见表2）显示，龙马溪组泥页岩黏土矿物含量中等，石英长石等脆性矿物含量较高。