吴彬 长江大学地质资源与地质工程博士后科研流动站,湖北 荆州 434023

湖北汉科新技术股份有限公司,湖北 荆州 434000

王荐,舒福昌,向兴金,聂明顺 (湖北汉科新技术股份有限公司,湖北 荆州 434000)

油基钻井液在页岩油气水平井的研究与应用

吴彬 长江大学地质资源与地质工程博士后科研流动站,湖北 荆州 434023

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王荐,舒福昌,向兴金,聂明顺 (湖北汉科新技术股份有限公司,湖北 荆州 434000)

针对页岩油气水平井的特点,室内着重研究了油基钻井液体系的携砂能力及封堵能力,构建了适合于页岩油气水平井的强封堵油基钻井液体系。通过现场4口页岩油气水平井的应用表明,油基钻井液具有良好的流变性能,没有岩屑床形成,且防塌能力强,滤失量低,井壁稳定,电测一次成功,下套管顺利到底。

油基钻井液;页岩油气;水平井;提高切力;井眼清洁能力;井眼封堵能力

近年来,随着能源形势的不断严峻以及能源价格的快速增长,页岩气的资源受到了广泛的重视。与常规天然气相比,页岩油气开发虽然产能低,开发难度大,但其开发寿命长、储量巨大。据专家预测, 2008年全球的页岩气资源量约为456×1012m3,是常规天然气资源量的2倍。而我国页岩气的资源量,按照最保守的估算也有30×1012m3[1,2]。

页岩油气的储层与常规的砂岩、碳酸盐岩储层有很大差别,具有高吸附性、极低的渗透性,同时裂缝发育且易破碎、黏土矿物含量高、水敏性强等特性[3]。目前在页岩油气开发中主要采用水平井的方式[4～6],因此,页岩油气地层的井壁稳定、长水平段的摩阻、水平井段的井眼清洁、储层保护问题,都制约着页岩油气水平井的开发[7]。油基钻井液对页岩具有极强的抑制性,且润滑性优良,因此国内外对于长水平段的页岩气井普遍使用油基钻井液[8,9]。

室内研究针对页岩油气井的特点,在构建油基钻井液体系配方的基础上,着重研究了井眼清洁能力以及封堵能力,开发了专用的提切剂以及封堵材料,构建了页岩油气水平井强封堵油基钻井液体系。

1 强封堵油基钻井液体系研究

室内构建的油基钻井液的基本配方如下:80m L基础油+20m L CaCl2水溶液+ 1.5～2g HMO-EMUL(主乳化剂)+1～1.5g HMO-COAT(辅乳化剂)+1g HMO-WET(润湿剂)+ 2～2.5g HMO-GEL(有机土)+3g HMO-MOTEX(降滤失剂)+2g CaO(碱度调节剂)+重晶石加重至1.35g/cm3。

该配方的基本性能见表1。

表1 油基钻井液基本性能

1.1 油基钻井液提切效果的增强

室内研究根据页岩油气水平井的特点,为了满足动静态携砂能力,开发了提切剂HSV-4,并对其不同加量对钻井液性能的影响进行了研究,结果如表2所示。

表2 提切剂对油基钻井液性能的影响

从表2可以看出,提切剂HSV-4对油基钻井液的塑性黏度影响不大,能显著提高动切力及低剪切速率黏度,有利于油基钻井液的动静态携砂能力的提高。

1.2 油基钻井液封堵效果的增强

根据页岩油气水平井的井壁坍塌机理,对油基钻井液的封堵能力进行了加强,加入了多种刚性、柔性以及成膜的油基封堵材料。研究结果表明,强封堵油基钻井液体系能有效封堵泥页岩的微裂隙 (缝),提高地层抗压强度。表3给出了页岩油气水平井强封堵油基钻井液专用封堵材料的种类和功能。表4给出了加入强封堵材料前后对油基钻井液性能的影响及其封堵效果。试验配方及结果如下:

表3 页岩气油基钻井液封堵材料

表4 油基钻井液体系性能

表4结果表明,通过架桥、充填、成膜封堵可有效降低油基钻井液滤失量,封堵页岩气地层的微裂隙 (缝),提高泥饼抗压强度,有利于井壁稳定。

最终构建的页岩油气井强封堵油基钻井液体系的基本配方为:80m L基础油+20m L CaCl2水溶液+1.5～2g HMO-EMUL+1～1.5g HMO-COAT+1g HMO-WET+2～2.5g HMO-GEL+3g HMOMOTEX+2g CaO+0.5g HSV-4+2g HMO-HFR+3g HMO-RLF+2g HMO-NTF+重晶石加重1.35g/cm3。配方性能如表5所示。

表5 油基钻井液性能

2 强封堵油基钻井液体系现场应用

页岩油气强封堵油基钻井液体系目前已经应用于川东油田威201-H3井、河南油田泌页HF-1井、胜利油田渤页平1井、渤页平2井等4口页岩油气井,应用结果表明,油基钻井液性能稳定,流变性好,无岩屑床形成;封堵防塌能力强,滤失量低,井壁稳定性好,电测一次成功,下套管顺利到底。

2.1 良好的流变性能

表6给出了泌页HF-1井及渤页平1井的现场钻井液流变性能。

表6 泌页HF-1井及渤页平1井三开水平段油基钻井液性能

从表6现场流变性能来看,强封堵油基钻井液体系具有良好的流变性能,低的滤失量以及高的破乳电压。表现出良好的封堵性能和稳定性。

2.2 良好的井壁稳定性

表7及表8给出了威201-H3井及泌页HF-1井的现场井径数据。

表7 威201-H3井三开井径数据

表8 泌页HF-1井三开井径数据

从以上2口井的井径数据中可以看出,强封堵油基钻井液体表现出良好的封堵性能和井壁稳定性。三开井段井径扩大率均很低。

3 结论与认识

1)页岩油气储层与常规砂岩、碳酸盐岩储层有很大差别,它具有高吸附性、极低的渗透性,同时裂缝发育且易破碎、黏土矿物含量高、水敏性强等特性。

2)提切剂HSV-4能显著提高动切力及低剪切速率黏度,有利于钻井液的动静态携砂能力的提高。

3)通过架桥、充填、成膜封堵可有效地降低油基钻井液滤失量,封堵页岩气地层微裂缝和微孔隙,提高泥饼抗压强度,有利于井壁稳定。

[1]闰存章,黄玉珍,葛春梅,等.页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源[J].天然气工业,2009,29(5):1～6.

[2]李世臻,乔德武,冯志刚,等.世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示[J].地质通报,2010,29(6):918～924.

[3]张金川,金之钧,袁明生.页岩气成藏机理和分布[J].天然气工业,2004,24(7):15～18.

[4]Zhao Hank,Givens N B,Curtis B.Thermal maturity of the Barnett Shale determined from well-log analysis[J].AAPG Bulletin, 2007,91(4):535～549.

[5]Jarvie D M,Hill R J,Rubi E T E,et al.UnconventionaI shale-gas systems:the Mississippian Barnett Shale of northcentral Texas as one model for thermogenic shale gas assessment[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):475～499.

[6]Hill R J,Zhang E,Katz B J,et al.Modeling of gas generation from the Barnett Shale,Fort Worth Basin,Texas[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):501～521.

[7]崔思华,班凡生,袁光杰.页岩气钻完井技术现状及难点分析[J].天然气工业,2011,31(4):72～75.

[8]Cipolla C L.Fracture treatment design and execution in low porosity chalk reservoirs[J].SPE86485,2004.

[9]Taheri A.WAG performance in a low porosity and low permeability reservoir,Sirri-A Field,Iran[J].SPE100212,2006.

[编辑]黄鹂

TE254.3

A

1000-9752(2014)02-0101-04

2013-05-20

国家科技重大专项(2011ZX05026-001-09)。

吴彬(1973-),男,1993年江汉石油学院毕业,博士 (后),高级工程师,长期从事钻井液、完井液技术研究。