[00120099]基于PICKERING乳液的新型油基钻井液研究及在页岩气水平井中的应用

1、来源与背景 本成果源于页岩气水平井的相关研究、延伸研究及应用,形成了《基于PICKERING乳液的新型油基钻井液研究及在页岩气水平井中的应用》技术成果。 四川境内页岩气资源丰富,位均居全国第一。页岩气国内外一般采用油基钻井液进行丛式水平井钻井作业,中石油先期先导性试验井来看,初期使用的油基钻井液由于乳化稳定性差,性能不稳定,井壁坍塌问题突出,部分井卡钻报废,造成严重的经济损失（如宁201-H1等井）,后被迫采用国外服务商油基钻井液进行钻井作业。因此需要研制具有自主知识产权的新型油基钻井液,适合于页岩气井长水平段钻井的需求。 2、技术原理及其性能指标 主要技术原理是：根据页岩岩石力学特性和Pickering乳液稳定理论,指导新型油基钻井液处理剂的研发,形成新型油基钻井液体系;应用超临界二氧化碳萃取原理处理油基钻井液废弃物。 1)页岩岩石力学研究表明,页岩气井易垮塌的原因是钻井液通过（微）裂缝与层理面进入地层,产生水力尖劈效应,降低页岩的结构强度; 2)Pickering乳液是一种由固体粒子代替（或部分代替）传统有机表面活性剂稳定乳液体系的新型乳液。将该原理引入到油基钻井液中研制纳米材料可以增强和保持油基钻井液乳化稳定性并协助封堵纳米级的滤失通道; 3)采用楔子理论研制新型乳化剂,提高油基钻井液乳液稳定性; 4)超临界二氧化碳对有机物具有良好溶解性,采用超临界二氧化碳萃取油基钻井液废弃物中的烃类物质,该技术不引入新的污染物同时不产生新的废弃物。 完成的性能指标： 1)研究了页岩垮塌机理及因素和预防措施; 2)研发了油基钻井液6种处理剂,满足新型油基钻井液性能要求; 3)新型油基钻井液性能指标：破乳电压大于600V;密度0.90～2.20g/cm3;高温高压滤失量小于4mL;体系抗温150℃;极压润滑系数小于0.07; 4)油基钻井液废弃物处理后,固相中含油量小于 1%,油基钻井液不落地100%回收循环利用。 3、技术的创造性与先进性 1)首次应用Pickering乳液稳定理论指导油基钻井液的研发：将Pickering乳液稳定理论与油基钻井液研究相结合,通过研发的纳米材料提高了油基钻井液的稳定性和封堵能力（申请专利：一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法,授权号：ZL201310669532.X;无表面活性剂作乳化剂的油基钻井液,申请号：2013106693979）。研制油基钻井液6种主要处理剂,提出了处理剂评价的新方法（申请专利：采用分光光度计评价油基钻井液润湿剂的方法,申请号：2014105475685）; 2)成功应用新型油基钻井液完成14口页岩气水平井钻井,水平段长均达到1500m,无事故发生,并助推页岩气钻井新创多项指标,其中威H3-1井创造了该区块的最长水平段记录,威202H3-5井创下了35.1天的最短完钻周期记录。 3)首次采用超临界二氧化碳萃取工艺处理油基钻井液废弃物（申请专利：合成基钻井液及钻屑的模拟生物降解方法,授权号：ZL201210579828.8;一种废弃油基泥浆和油基钻屑的处理工艺,申请号：2014105293441）,处理后的含油量小于1%。 该技术创新性强,整体技术达到国际先进水平。申请发明专利5项（已授权2项）,发表论文7篇。 4、技术的成熟度适用范围和安全性 基于PICKERING乳液的新型油基钻井液体系主要针对页岩气水平井开发研发的新体系,室内研究和现场成功应用表明,该新型油基钻井液性能远优于页岩气井初期使用的油基钻井液（宁201-H1井）,同时其性能接近、部分指标超过在同区块使用的国外服务商（哈里伯顿和MI-SWACO）的油基钻井液。该技术也可以推广到常规油气资源开发的深井、易塌复杂井、水平井钻井。 新型油基钻井液在使用过程中采用不落地作业,100%回收循环利用,无环保安全事故,油基钻井液废弃物处理后,含油量小于1%,达到了后续处理要求。 5、应用情况及存在的问题 基于PICKERING乳液的新型油基钻井液体系在长宁、威远岩页气水平井段成功应用14口井。单井油基钻井液材料费和服务费共370万元,与中石油初期页岩气水平井钻探使用国外油基钻井液1310万元相比较,施工14口井共节约1.316亿元;油基废弃物经离心分离后,每口井可多回收溶剂油15吨,价值15万元,14口井共节约210万元。两项相加总共计节约1.337亿元的直接经济效益。完钻后经过压裂测试平均单井稳产气3万立方米/日,根据川渝地区天然气价格1.9元/m3价额计算,单井每日可产生5.7万元的间接经济效益。按照页岩气井平均稳产10年计算,新型油基钻井液应用14口井共可产生29.127亿元的间接经济效益。 在国际油价低迷的情况下,该新型油基钻井液在页岩气开发中的大规模推广应用有所减缓。