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国内外页岩气井钻井液技术研究 摘要：页岩气为近年来在北美地区广泛勘探开发的天然气新目标，在全球非常规油气勘探开发中异军突起，成为突破最晚、近期发展最快的非常规天然气资源。但是，页岩气水平井钻井存在很多问题，本课题首先分析了页岩气水平井钻井存在的问题及选择钻井液考虑的因素。之后举例分析了国内国外使用页岩气钻井液的种类和考虑的因素，最后总结出选用页岩气井钻井液的原则，并进行了对未来页岩气井发展的展望。 关键词：页岩气；水平井钻井；钻井液 一 引言 页岩气开发目前成为全球关注的热点。在我国，由于现有的天然气产量难以持续满足中国国民经济的发展和社会高速发展的需求，也由于北美页岩气勘探开发的成功经验，所以中国页岩气的发展引起政府、企业和民众的高度关注。 中国的页岩气勘探开发技术刚刚起步，缺乏相关的经验和技术；美国是最早进行页岩气研究和开采的国家，目前已形成相当的规模，并且进入了开发的快速发展阶段。 二页岩气水平井钻井存在的问题及选择钻井液考虑的因素 页岩是以粘土矿物为主的沉积岩，钻井过程中粘土矿物水化造成强度降低，进而产生缩经、井壁垮塌、卡钻等复杂事故；另一方面，在页岩气水平井钻井中，水平段较长，井壁失稳、摩阻、携岩及地层污染等问题非常突出。 因此，钻井液的选择及其配方直接影响钻井效率、工程事故的发生率及储层保护效果。从钻井液角度看，要求钻井液能提高地层承压能力，防漏堵漏效果好，最重要的是抑制粘土水化膨胀，造成储层伤害。选择钻井液体系的原则为：要使钻井液有较强的抑制性、封堵性能和较低的渗透性和活度；能阻止滤液进入页岩地层，防止页岩吸水、强度降低。 三国内使用的页岩气井钻井液 1 威201-H1井 例如在四川盆地威远地区， 其遇仙寺组至筇竹寺组中高活性泥页岩含量很低，层状结构中含有10%～15% 的膨胀性页岩，以运移性伊利石为主，储层属弱水敏，泥页岩的吸水、水化能力不高，但是具有较强的层理结构，裂隙和微裂隙在液体侵入后所产生的毛细管压力作用使井壁极易发生层间剥落。在定向及水平钻进过程中，钻井液技术存在以下难点： 1）地层倾角变化较大，皱褶形态明显，页岩层应力系统特别复杂，至今还无法获得较有规律的井下实际坍塌压力[1-2]。钻井液密度的确定需要结合岩石力学研究结果和现场摸索。  2）页岩气储层岩性总体体现为低分散度、低活度、高层理剥落趋势。钻井液必须拥有非常强的封堵能力和化学抑制能力。 3）地层坍塌压力和地层破碎压力较为接近。实钻中密度窗口控制难度较大。 4）水平段长、井身轨迹差，钻井液工艺必须与钻井工程措施密切配合。 5）靠近邻井压裂区域，井壁稳定性变差。 在分析威201-H1 井油基钻井液现场应用技术后，认识到威201-H3 井油基钻井液必须具有稳定井眼和净化井眼的能力，故实验室优选该井油基钻井液。配方时，重点考虑了体系的稳定性、热敏性、封堵性和化学抑制性，最终优选出的配方如下：柴油+3.5% 有机土+10%CaCl2 水溶液（质量体积比为20%～40%）+（4%～6%）主乳化剂+（1%～2%）辅乳化剂+（2%～3%）降滤失剂+（1%～3%）塑性封堵剂+（0.5%～1%）润湿剂+（1%～2%）CaCO3（粒径为0.043 mm）+（2%～3%）CaCO3（粒径为0.030 mm）+（1.0%～1.5%）CaO+重晶石 2宁206井 又例如四川盆地长宁构造上九老洞组第一口页岩气专层井-宁206井。目的是获取九老洞组黑色页岩的地化、盐矿、物性、岩石力学等资料，了解寒武系九老洞组页岩含油气情况，设计黑色高伽马页岩连续取心170m，机动取心30m，共计200m。因页岩尤其是碳质页岩存在层理和裂缝发育，只要钻井液滤液浸入页岩中，就容易吸水膨胀，削弱井壁附近岩石强度，导致应力释放，从而出现缩径、垮塌现象。所以页岩气钻井中重点解决的是井壁稳定问题。结合川东地区以往钻井液使用经验，确定了适应该井地层特性的有机盐聚合醇钻井液。经过现场应用表明，有机盐聚合醇钻井液具有“低黏度和切力、低渗透、低固相、低活度”特性，对碳质页岩有着很强的抑制封堵防塌能力，井壁稳定，钻井液性能维护周期长，防卡性能好，能够较好地满足工程和地质的需要，对于今后页岩气井开发提速钻井具有很好的参考价值。 宁206 井一开使用φ444.5 mm 钻头钻至井深139m，下入φ339.7mm套管至137.41m，二开使用φ311.2mm 钻头充气钻进至井深650m产水，转化为聚合物低固相钻井液，钻至井深1122m出现垮塌卡钻，将钻井液密度提高至1.25 g/cm3，采用爆炸松扣、套铣、打捞解除事故。钻至井深1860m下入φ244.5mm套管至井深1678.26m，固井。三开主要对九老洞碳质页岩井段进行取心作业，页岩的抑制、封堵防塌是工作的重点，采用有机盐聚合醇钻井液抑制页岩的吸水膨胀和垮塌，