水”替“油”解難題 ——江漢油田頁巖超滑水基鉆井液開發紀實 水基鉆井液由荊州嘉華科技有限公司提供技術服務
據中國石化報2023年8月14日報道，“近日，焦頁11平臺的多口井順利完井，連續刷新頁巖水基鉆井液施工井段最長3378米、水平段最長2790米、位移最長4181.35米3項中石化紀錄，標志著我們新研發的頁巖超滑水基鉆井液取得成功。”江漢油田工程技術管理部鉆井室主任易爭利說。
針對傳統油基鉆井液配制成本高、安全環保風險大的問題，近年來，江漢油田工程技術管理部牽頭，研發了綠色環保的頁巖超滑水基鉆井液，降低了頁巖氣井鉆井危廢產生量，縮減了鉆后治理成本，同時降低了涪陵工區頁巖氣水平井的鉆井作業安全環保風險。
難解的“油基”困境
頁巖氣儲存于頁巖中，開采難度大，長水平井開發能最大限度提高導通能力。但長水平井鉆井面臨著井下摩阻高、井眼清潔難度大等一系列難題。這就要求鉆井液有較強的潤滑性能，有效降低鉆具與地層之間的摩擦。
為了避免井壁垮塌，國內頁巖氣水平井鉆井作業，基本上全部采用油基鉆井液，但在應用過程中存在安全環保等較多風險。
代永波說，油基鉆井液的主要成分是柴油，占比超80%，柴油價格高，增加了油基鉆井液成本。鉆具在鉆進作業時產生的大量巖屑，經油基鉆井液浸泡后成為油基巖屑，屬于危險廢物，處理成本較高。同時，各地方政府對石化企業一年危廢處理總量也有嚴格控制。
“水”替“油”解決問題
2016年，江漢油田依托國家重大專項項目涪陵頁巖氣開發示范工程，組織科研骨干與大專院校、荊州嘉華科技有限公司聯合開展新型頁巖水基鉆井液的研究與開發，提出用水基鉆井液代替油基鉆井液的研究思路，圍繞抑制防塌劑、高效裂縫封堵劑和高效潤滑劑等方面進行研究，通過優化配比材料，成功研制出頁巖超滑水基鉆井液。
頁巖超滑水基鉆井液成功解決了頁巖膨脹問題，提高了對頁巖的抑制性。頁巖超滑水基鉆井液具有納米材料特性，可有效封堵頁巖內微小的孔隙，就好比給頁巖表層覆蓋了一層高度致密的膜，使頁巖超滑水基鉆井液中的水無法通過“膜”滲透進入頁巖。這就穩定了頁巖地層，避免了頁巖遇水膨脹，井壁垮塌等問題。
同時，頁巖超滑水基鉆井液還含有高效潤滑劑，提高了潤滑性，降低井下摩阻扭矩，提升了井眼延伸能力。
2020年，頁巖超滑水基鉆井液初步研制成功，同年10月在焦頁11號平臺應用成功，基本上達到了與使用油基鉆井液一樣的效果。
“改良版”再獲成功
頁巖超滑水基鉆井液初步研制成功后，在后續推廣應用過程中，又遇見了很多難題，經過科研人員努力攻關，全部予以解決。
科研人員研制頁巖超滑水基鉆井液時，其潤滑能力只能滿足水平段2000米以內的井，后來在涪陵氣田不斷推廣應用時，面對鉆井作業水平段越來越長，70%達到2500米以上，出現井下扭矩摩阻大，起下鉆通井困難，被迫提前完鉆等情況。
同時，頁巖超滑水基鉆井液在研制成功后，缺乏大規模應用，重復利用率比較低。“油基鉆井液的重復使用率為70%，而頁巖超滑水基鉆井液的重復使用率僅為30%，導致大量水基鉆井液老漿長期存放，無法使用需進行處理，無形中增加了水基鉆井液成本。”易爭利說。
面對上述問題，科研人員積極改良頁巖超滑水基鉆井液通過加強高速離心機的使用，調整多功能基液的用量，增強潤滑性。此外，針對頁巖超滑水基鉆井液缺乏大規模應用的問題，科研人員在已經使用過的頁巖超滑水基鉆井液中再添加藥劑，實現重復利用，使用率得到較大提升。
今年7月，經過改良的頁巖超滑水基鉆井液在涪陵頁巖氣田焦頁11平臺應用，取得試驗成功。
下一步，油田將持續研究和探索超滑水基鉆井液在深層高密度頁巖地層和陸相頁巖地層的適用性，提高其解決復雜井眼軌跡和復雜地質條件下的作業能力，擴展及推廣頁巖氣水基鉆井液的應用范圍。
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