页岩气钻井工程中的钻井液技术

关键词：钻井钻井工程页岩

在钻井工程当中钻井液是极为重要的一部分, 被人称作“钻井的血液”, 是能否安全高效钻井的关键。随着页岩气的发现, 页岩气的勘探开发开始受到越来越多的关注, 自上世纪50年代起我国钻井液技术开始发展, 技术也逐渐成熟, 从国外引进到自主研发, 如今已逐渐成熟。

1 页岩气钻井液技术难点

1.1 井壁失稳

页岩地形一般比较脆弱, 容易发生坍塌, 在钻井时将会出现井壁失稳的情况, 这也是大部分页岩气钻井中出现井眼问题的缘故。而导致井壁失稳的原因主要有以下3个方面:

1.在钻井液进入岩层间隙时, 页岩与孔隙中液体发生相互力作用, 使得黏土层之间的膨胀应力与水化力大小发生改变导致页岩层部分被拉伸破裂。2.滤液在渗透性较低的页岩地层中缓慢渗入, 使得原本用以支撑的钻井液的压力与井壁空隙的压力达到平衡, 再加上水化应力的作用增强了孔隙压力, 减少页岩之间的粘结力而导致井壁失稳。3.如遇到岩层中含有部分遇水发生膨胀的水敏性岩石, 在遇到钻井液时将会使力学平衡被打破使岩石碎裂导致井壁失稳。

要避免发生井壁失稳, 在对钻井液选用时应当选择有抑制与封堵作用的类型, 所选钻井液应能控制水与离子在页岩中的进出以对水化力大小进行控制。

1.2 岩层清理问题

页岩具有易膨胀, 易破碎的特点, 在勘探钻井的过程中难免会由于坍塌与振动产生大量碎块, 并且页岩水平井造斜段的倾斜变化较大, 在选用钻井液时必须注意钻井液的携砂能力、封堵能力与润滑性, 避免因为岩层清理不当而导致的埋钻卡钻。

1.3 高扭矩与高摩阻问题

在对水平井进行钻探时, 钻头沿造斜段滑动钻进时与井壁的摩擦力变大, 而在正常钻进时钻头的扭矩将会变大;同时由于水平段长, 井眼曲率大的问题, 导致套管的磨阻大, 下滑缺少重力在下管时将出现粘卡的问题, 对钻井液的润滑性与防粘卡性能提出了严格的要求。

2 国内钻井液技术

随着国内对页岩气的开发, 我国的钻井液技术不断革新进步, 如今已进入世界先进的行列。在页岩气钻井中, 钻井液技术总体上可被分为油基钻井液和水基钻井液, 而目前大部分的页岩气钻井用的是油基钻井液也有少部分用水基钻井液。

2.1 油基钻井液

油基钻井液与水基钻井液相比, 具有良好的润滑性与抑制性, 在稳固井壁、保护油气层方面具有较大优势且有性能稳定、维护成本低、抗温力强、抗污能力强等特点。但是, 油基钻井液也因环境污染大, 初始成本高且对天然气探测有阻碍影响的缘故存在一定缺陷。柴油与白油是目前油基钻井液的主要基液, 其中白油虽然成本较柴油高, 但更加环保。

由于油基钻井液初始成本较高, 为降低成本, 国内研究出了油基钻井液的回收再利用技术与钻屑算钻处理的技术, 再通过回收处理过程后产生的钻屑含油量低, 符合国家排放标准。

2.2 水基钻井液

水基钻井液与油基钻井液相比成本较低, 更加安全环保, 流变性受温度的影响性较小, 对钻井设备的适应性较强, 在遇到井漏问题时易于处理。然而, 水基钻井液的井壁稳定性差, 热稳定性不高, 在遇到高温时易凝胶化, 在钻井中含有二氧化碳与硫化氢等污染气体时缺乏抵抗性, 润滑度与防卡能力差, 在抑制性与封堵能力方面较不稳定。

能否有良好的封堵与抑制能力, 保证井壁的稳定时水基钻井液能否用好的关键。为解决页岩的不稳定性, 可通过钻井液滤液的减少、维持滤液的高粘度、添加封堵的化学剂等方法来降低页岩的渗透率。而对于渗透性较低的页岩, 还可用低活度的水基钻井液的渗透回流以抵消滤液的水力流动的同时强化封堵。

为减少内摩阻, 加强储层保护提高水基钻井液的润滑性, 提高井壁的稳定性, 可通过采用正电胶聚合物防塌钻井液、有机盐聚合醇钻井液、阳离子乳液聚合物钻井液、泥页岩钻井液等类型的强封堵性、抑制性的钻井液。

3 国外钻井液技术

在油基钻井液与水基钻井液的选用上, 目前大部分地区的首选依然是油基钻井液, 然而随着钻井液技术的不断发展与对地层知识的不断掌握, 国外的技术人员对于水基钻井液的应用方面有了长足的突破。这些新型钻井液的突破方向围绕水基钻井液的抑制性与封堵性为中心, 如以甲基葡萄糖甙与聚合醇为主剂的钻井液、乙二醇-胺-PHPA水基钻井液等。

在传统的水基钻井液中, 堵漏剂的增加能对钻井液的封堵性起到一定强化作用。而目前的堵漏剂并不能完全起到堵漏效果, 为此目前国外的最新研究将纳米技术引入至钻井液, 能够在页岩的地层中有效地发挥防堵的作用, 控制钻井液向地层中流失。