页岩储层高性能环保型水基钻井液体系及其环境影响评价_田文欣.pdf

断块油气田2023年1月High performance and environment-friendly water-based drilling fluid for shale reservoirand its environmental impact assessmentTIAN Wenxin1,YU Haojie2，3(1.The Open University of Shaanxi,Xian 710119,China;2.Drilling Production Engineering Technology Institute of CCDC,Xian 710018,China;3.National Engineering Laboratory for Low-Permeability Oil-Gas Field Exploration and Development,Xian 710018,China)Abstract:The conventional water-based drilling fluid used in tight oil horizontal wells in Ordos Basin cannot meet the requirements ofdrillingconstruction,andtheuseofoil-baseddrillingfluidwillcauseseriousenvironmentalpollution,whichcannotmeettherequirementsofenvironmentalprotection.Therefore,an high performance and environment-friendly water-based drilling fluid system suitable for tightoilhorizontalwellswasdevelopedwithcomposite organic salt inhibitor FQYY-1,environment-friendly lubricant HBRH-3 and compositemicronanoantisloughingplugging agent FAD-35 as the main treatment agents.The results show that the drilling fluid system has stablerheological properties and low filtration after rolling aging at 140 for 16 h.The second rolling recovery rate of cuttings in the reservoirsection of the target block can still reach about 90%,and the inhibition performance is strong.The drilling fluid system has a strongplugging ability for 1100 m core fractures,and the final cumulative filtration is less than 3.0 mL.The extreme pressure lubricationcoefficientandmudcakeadhesioncoefficientare0.084and0.025respectively,andthelubricationperformanceisequivalenttothatofoil-based drilling fluid.After adding 10%cuttings,10%NaCl and 1%CaCl2respectively into the system,the rheological properties andfiltrationofthedrillingfluidchangelittle,andtheanti-pollutionabilityisstrong.Thebiologicaltoxicityparameter EC50valueofthesystemis 84,515 mg/L,the biological degradability parameter BOD5/CODcris 0.172.The content of heavy metals is lower than the standardrequirements,and the environmental protection performance isgood.ThedrillingfluidsystemwasusedinthethirdhorizontalsectionofwellS4029.Thedrillingprocesswassmooth,thedrillingfluidper-formance was stable,no downhole complex accidents occurred,andtheenvironmentalprotectiontestmetthestandard,whichach-ievedgoodfieldapplicationeffect.页岩储层高性能环保型水基钻井液体系及其环境影响评价田文欣1，俞浩杰2，3（1.陕西开放大学，陕西 西安710119；2.中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西 西安710018；3.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安710018）基金项目：陕西省教育厅一般专项科研计划项目“陕北油气田开发中钻井液体系的环境影响评价研究”（21JK0505）摘要对于鄂尔多斯盆地致密油水平井，常规水基钻井液体系无法满足钻井施工的要求，而油基钻井液体系又会对环境造成严重污染，达不到环保要求。因此，文中以复合有机盐抑制剂FQYY1、环保型润滑剂HBRH3以及复合微纳米防塌封堵剂FAD35为主要处理剂，研发了一种适合致密油水平井的高性能环保型水基钻井液体系。研究结果表明：该体系在140 下滚动老化16 h后仍具有稳定的流变性能和较低的滤失量，对目标区块储层段岩屑的二次滚动回收率可达90%左右，抑制性能较强；该体系对宽度为1100 m的岩心裂缝具有较强的封堵能力，最终累计滤失量均小于3.0 mL，极压润滑系数和泥饼黏附系数分别为0.084，0.025，润滑性能与油基钻井液体系相当；在该体系中分别加入质量分数为10%的岩屑、10%的NaCl和1%的CaCl2，钻井液的流变性和滤失量变化不大，抗污染能力较强；其生物毒性参数EC50值为84 515 mg/L，生物降解参数BOD5/CODCr为0.172，重金属质量比均低于标准要求，环保性能优良。在S4029井三开水平段使用该钻井液体系，钻井过程顺利，钻井液性能稳定，无井下复杂事故发生，环保检测达标，现场应用效果较好。关键词页岩储层；致密油；水平井；水基钻井液；润滑性能；环保性能中图分类号：TE254文献标志码：A收稿日期：20220728；改回日期：20221129。第一作者：田文欣，女，1985年生，副教授，硕士，主要从事油田化学方面的研究工作。E-mail：。引用格式：田文欣，俞浩杰.页岩储层高性能环保型水基钻井液体系及其环境影响评价J.断块油气田，2023，30（1）：3843.TIAN Wenxin，YU Haojie.High performance and environment-friendly water-based drilling fluid for shale reservoir and its environmentalimpact assessmentJ.Fault-Block Oil&Gas Field，2023，30（1）：3843.doi:10.6056/dkyqt202301006断块油气田FAULT-BLOCK OIL GAS FIELD第30卷第1期第30卷第1期0引言鄂尔多斯盆地致密油资源储量十分丰富，为了提高致密油藏单井产量，降低开发成本，通常采用水平井开发模式13。近年来，某致密油田S区块以丛式水平井开发为主，该开发模式已经在节约用地、提高产量以及降低成本等方面展现较大的优势，但长井段水平井开发还面临井壁稳定性较差、井下复杂事故频发以及钻井周期较长等问题。采用常规水基钻井液体系无法有效解决上述问题，而油基钻井液体系又会对环境造成较严重的污染，无法满足环境保护法的标准要求。因此，针对致密油水平井开发，研制高性能环保型水基钻井液体系具有十分重要的意义47。目前，国内外针对水平井水基钻井液体系的研究也取得一定的成果。其中，国外的MI Swaco、Newpark、哈里伯顿及贝克休斯等公司均研制了性能优良的水基钻井液体系，并且在水平井钻井过程中成功应用810。国内针对水平井高性能水基钻井液的研究起步相对较晚，但近年来也取得了较多的研究成果，并在页岩气和致密油水平井钻井过程中进行了现场应用1114。高性能环保型水基钻井液体系在满足水平井钻井要求的同时，又要兼顾环保性能，研制难度比较大。虽然目前常用的MEG钻井液、硅酸盐钻井液、甲酸盐钻井液、聚合醇钻井液及合成基钻井液等环保型钻井液体系具有较低的生物毒性和良好的生物降解性能1521，但是在现场应用过程中容易受到作业环境的限制，应用效果较差。另外，这些钻井液体系普遍成本较高，从而限制其大面积推广应用。因此，笔者以自主研发的复合有机盐抑制剂FQYY1、环保型润滑剂HBRH3以及复合微纳米防塌封堵剂FAD35为主要处理剂，研制了一种适合致密油水平井的高性能环保型水基钻井液体系，对其综合性能进行了评价，并在鄂尔多斯盆地某致密油区块现场应用取得成功，可以为致密油水平井的高效安全钻井提供一定的技术支持。1研究区地质概况及钻井液技术难点1.1地质概况研究区位于鄂尔多斯盆地东部地区，属于典型的陆相致密油藏。地层存在一定的砂泥岩互层。储层岩石类型主要为岩屑长石砂岩、长石砂岩，岩石组成中黏土矿物质量分数较高，平均值为16.8%，且以伊利石和伊/蒙混层为主，含有少量绿泥石和高岭石。储层物性较差，平均孔隙度为10.3%，平均渗透率为0.18 10-3m2，微裂缝及微孔隙发育。地层水敏性较强。地层水水型主要为CaCl2型，总矿化度较高，为50 000 mg/L左右，其中钙离子质量浓度较高。1.2钻井液技术难点对于致密油藏而言，水平井比直井更易出现井下复杂情况，这就对钻井液技术提出了更高的要求。目前研究区致密油水平井钻井时钻井液技术难点主要为：1）水平段井壁失稳问题。储层段黏土矿物质量分数较高，且水平段容易钻遇砂泥岩互层，极易引起井壁掉块或坍塌，造成严重的井壁失稳现象，这就要求钻井液体系必须具备较强的抑制性能。2）润滑防卡钻问题。水平井水平段较长，钻具在重力作用下与井壁接触面积较大，容易产生较大的摩擦阻力，在钻井过程中极易出现托压、起下钻遇阻以及卡钻等复杂情况，因此要求钻井液体系必须具有较好的润滑性能。3）地层漏失问题。储层段发育微裂缝、微孔隙，钻井液滤液进入储层后，在毛细管力的作用下容易渗吸进入地层深部，诱导产生更大的裂缝和孔隙，从而引起钻井液的大量漏失，所以要求钻井液体系必须具有很强的封堵能力。此外，随着我国环保监测力度的逐渐加大，油基钻井液体系的使用受到越来越多的限制，而目前常用的部分水基钻井液体系环保性能也不能满足要求。因此，亟需针对致密油水平井研发性能优良的环保型水基钻井液体系。2高性能环保型水基钻井液体系2.1研发思路对于钻井液体系的研发，除了使其具有良好的抑制性能、润滑性能以及封堵性能以外，还需考虑各处理剂的环保性能。因此，本文通过调研以及大量室内实验，研制了3种核心处理剂（FQYY1，HBRH3，FAD35）。