页岩气水平井油基泥浆体系的研究及应用
Research and Application of the Shale Gas Well Oil Based Mud System

全球页岩气资源量为456.2万亿立方米,约占全球非常规天然气资源量的50%.页岩气开发是一个新兴的能源产业,目前主要集中在美国、加拿大等一些发达国家.2011年美国页岩气产量达到2100亿立方米,占全美天然气总产量的21%左右,中国具有良好的页岩气形成和富集的地质条件,但页岩气开发还处于初级阶段,但资源潜力大,发展前景好,对提高国内油气保障能力,增强国家安全,具有现实的战略意义.页岩气广泛存在于富含有机质的页岩或泥页岩中,主要以吸附或游离状态的形式存在,埋藏与煤层气相似,具有自生自储的特点,而且范围广,面积大,典型的低孔低渗,这就决定了页岩气开发难度大,技术要求高.目前在国家的大力支持,开发页岩气有了一定的发展,技术上采用水平井开发方式,政策上国家的大力支持.早在20世纪初就研究了油基钻井液体系,国外已经形成了成熟的油基钻井液体系,我国起步晚,尚处于研究阶段、试验、完善阶段.与水基钻井液相比,油基钻井液具有抗污染能力强,润滑性好,抑制性强,有利于保持井壁稳定,能最大限度的保护储层,同时油基钻井液性能稳定,易于维护,抗温能力强,热稳定好.特别是在山前构造、高密度深井以及浅海大位移水平井的钻井过程中,能解决一些水基钻井液难以解决的问题,如油基钻井液用于这类地层,钻井过程总的复杂情况就会减少,钻速也能大大提高,综合钻井成本就会降低.油基钻井液的缺点主要体现在成本高,不利于录井作业,对环境存在严重影响,采用油基钻井液成功钻井时会对周围环境产生污染及对储层造成伤害,甚至不能准确评价地层性质.页岩气水平井油基泥浆采用油包水乳化钻井液,主要用于页岩气开发过程中控制泥页岩的垮塌、抑制,降低钻井时的摩阻,减少阻卡现象的发生,提高钻井周期,节约综合成本.在这个体系中,它的研究机理是乳状液中存在的水越多,水滴的聚集和合并的机会越大.假定水珠的大小相同,含水量小的体系更稳定,如果水量相同,水珠越细,乳状液越稳定,大水珠比小水珠更容易聚结,另外水珠大小越均匀,乳状液越稳定.所以为了使水在油中乳化,就必须添加足够的乳化剂,以便在每个水珠周围形成完整的膜.为了得到更细的大小均匀的小水珠,应该以剪切的方式给体系施加外力,可以通过泥浆枪或离心泵的搅拌作用来实现,尤其是在初配页岩气水平井油基泥浆时,尽可能的高度剪切泥浆是非常重要的.页岩气水平井油基泥浆的配制采用双罐法和单罐法配制.页岩气水平井油基泥浆体系的基油为柴油,抗高温乳化剂,抗高温润湿剂,饱和盐水,亲油性的有机土、氧化沥青,石灰和加重材料.页岩气水平井油基泥浆的性能具有密度范围宽0.84g/cm3~2.64g/cm3.流变性优良,滤失量低并且滤液主要是油而不是水,这是在强水敏性易坍塌复杂地层以及泥页岩地层中能够有效保护油气层的主要原因.通过电稳定性(ES)试验测定的电稳定性高于普通的油基泥浆.页岩气水平井油基泥浆易于现场维护、处理.绝对的流变性如塑性粘度、屈服值和切力是难以确定的,它受温度、压力、固相颗粒,油水比、盐水浓度、乳状液稳定性等的影响.在大井眼和大斜度井中需要较高的屈服值和切力,塑性粘度尽可能的维持低值,这样往往能获得最大的钻速,尽可能的控制泥浆中的固相,而且固相越小越好.石灰可以用来控制泥浆中的碱度,是决定页岩气水平井油基泥浆成功与否的关键要素.经常测定泥浆体系中石灰的剩余量,使其值在1.5%-2.5%范围内,这样可以确保乳化剂获得最佳性能,提高体系的高温稳定性,防止电离的发生.过量的石灰会促进水润湿作用,过量的石灰也是有害的,需要加入润湿反转剂,在新的和不稳定的体系中石灰的消耗是十分迅速的,体系稳定时消耗很慢,这就需要每天进行碱度测定,并维持在合适的范围内.油水比是指乳状液中油和水组分的比例关系,以总液相组分的百分数表示.油水比决定着体系的最初粘度和HTHP失水.使用CaCl2配制成的盐水可获1.0-0.4活度值,淡水的活度值是1.0,使用NaCl配置的盐水可获得最小的活度值为0.75,可以根据地层需要选择合适的盐水.需要注意的是,CaCl2盐水和NaCl盐水其活度没有累加性的.钻井废弃泥浆是油井开采过程中产生的污染物.它是一种含有矿物油、酚类化合物及重金属的复杂多相体系,其浸出液有较高毒性,长期堆积会造成地表植被的严重破坏,污染土壤和水源,甚至会危机人类的生存.通过超声波与化学破乳相结合的方法将废弃泥浆中的油水进行回收,然后通过混凝处理将泥水两相进行有效分离.使用油基泥浆钻井时会有一些高黏性泥浆留在井筒而造成潜在损害.油基泥浆润湿井壁附近的地层,从而造成渗透率下降,这是油基泥浆侵入到近井地层而造成的损害.研究了一种表面活性剂,用于清洗井筒中泥饼和油基泥浆,以达到提高水平井产能的目的.总体来说页岩气水平井油基泥浆是适应国家的能源发展战略,适应页岩地层,对缩短钻井周期,提高产能,起到了不可限量的作用.