威远区块深层页岩气水平井水基钻井液技术

林永学; 甄剑武

doi:10.11911/syztjs.2019022

威远区块深层页岩气水平井水基钻井液技术

中国石化石油工程技术研究院，北京 100101

基金项目: 国家自然科学基金重大项目“页岩油气高效开发基础理论研究”（编号：51490650）资助

详细信息

作者简介:
林永学（1963—），男，山东乳山人，1984年毕业于华东石油学院钻井工程专业，2001年获石油大学（北京）油气井工程专业硕士学位，教授级高级工程师，中国石化集团公司高级专家，主要从事钻井液技术研究及相关管理工作。E-mail:linyx.sripe@sinopec.com

中图分类号: TE254⁺.6
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出版历程
- 收稿日期: 2018-09-04
- 修回日期: 2018-12-13
- 网络出版日期: 2019-01-16
- 刊出日期: 2019-02-28

Water Based Drilling Fluid Technology for Deep Shale Gas Horizontal Wells in Block Weiyuan

Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing, 100101, China

摘要

摘要:
为解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳的问题，研制了具有强抑制性、强封堵能力的水基钻井液。分析了威远区块页岩储层矿物组分、储层物性和页岩地层井眼失稳机理，认为在该地层钻进水平段时，所用钻井液应具有较强的抑制性、封堵能力和一定的润滑性。在优选抑制剂、封堵剂和润滑剂的基础上，配制了深层页岩气水平井水基钻井液SM–ShaleMud，并对其性能进行了室内评价。室内试验结果表明：该钻井液流变性能好，高温高压滤失量低，润滑系数小；可抗温140 ℃，能有效抑制黏土水化和裂缝的产生、扩展；封堵能力和抗污染能力强。SM–ShaleMud水基钻井液在威远区块威页23平台3口井进行了应用，结果表明具有良好的综合性能，特别是井眼浸泡67 d后仍保持稳定，说明其具有强抑制性和强封堵能力。研究表明，SM–ShaleMud水基钻井液能够解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳问题，现场应用效果显著。
- 水基钻井液 /
- 水平井 /
- 页岩气 /
- 抑制性 /
- 封堵性 /
- 龙马溪组 /
- 威远区块
Abstract:
In order to solve the problem of wellbore instability in the horizontal section of deep shale gas horizontal wells in Block Weiyuan, a water based drilling fluid with strong inhibition and plugging capacity was developed. Through analysis on mineral composition, reservoir physical properties and wellbore instability mechanism in shale formation in Weiyuan Block, it was believed that the drilling fluid used in horizontal wells of this formation should have good performance in terms of inhibition, plugging and lubricity. The SM-ShaleMud water based drilling fluid suitable for deep shale gas horizontal wells was prepared by optimizing and selecting proper inhibitors, plugging agents and lubricants,, and the lab tests were conducted to evaluate its performance. The lab evaluation results showed that this drilling fluid had good rheological properties, high temperature high pressure (HTHP) fluid loss and low lubrication coefficient; SM-ShaleMud had temperature-resistance up to 140 °C, and presented good performance in inhibiting clay hydration and the generation and extension of fractures; this fluid system had been applied in three wells of Weiye 23 Platform in Weiyuan District, and achieved an excellent application effect. One point had to be stated that it ensured the wellbore stability after being soaked for 67 days, indicating the strong inhibition and plugging capacity. Research suggested that this water based drilling fluid system could solve the problem of wellbore instability in long horizontal section, and achieve a significant application effect, thereby demonstrating a good application prospective.
- water based drilling fluid /
- horizontal well /
- shale gas /
- inhibition /
- plugging capacity /
- Longmaxi Formation /
- Weiyuan Block

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目前，钻救援井是解决钻井平台井喷、着火等问题的主要方法，精确测控救援井与事故井的相对位置是确保救援井与事故井成功连通的关键^[1–3]。传统的测斜工具和测距方法都有累计误差，测距误差不仅随着井深增加而增大，还会因事故井套管的磁干扰而增大^[4–6]。磁测距技术具有以下优势：测量的磁信号是具有一定频率的矢量磁信号，可避免其他磁信号的干扰，提高了测量精度；计算的是测点到事故井套管的相对位置关系，没有累计误差的产生，计算精度高；可通过改变电流的强度，增大测距范围；测距时，所有的仪器均在救援井中，不需要在事故井中下入任何探测仪器，特别适用于无法接近事故井井口的救援任务；但磁测距技术难以精确地计算事故井套管上聚集电流的强度，其测量精度会受到影响^[7–10]。国外以Wellspot工具为代表的磁测距工具，避免了累计误差的产生，并在救援井导向钻进中得到了推广应用^[11–12]。我国在这方面的研究起步较晚，加上国外的技术封锁，使得自主研发该类测距系统的难度进一步加大。

国内在磁测距技术理论和算法上取得了一定的成果^[13–18]。基于三电极系救援井与事故井连通探测系统可在一定程度上提高测距精度^[19–20]；基于径向梯度测量的邻井距离算法，将复杂的物理模型转化为简单的几何模型，但其仅适用近距离探测^[21]；考虑钻井液和原始地层2种介质对事故井套管上电流分布影响的双层径向介质邻井距离算法，进一步揭示了各介质中电场和电流密度的分布规律^[22]。以上均是对测距算法的研究，但其应与现场实际测距有效结合，以进一步提高测距精度。分析可知，探管对测点的磁感应强度有一定的要求，而且磁信号的测量精度直接影响测距系统的测距精度与范围。

笔者提出了电极到探管最优距离的计算方法，意在确定测点的最优位置，使测点的磁感应强度达到最大，从而提高测距精度。为实现探管位置的合理布置，通过分析介质中电场的分布及事故井套管的电流密度分布，揭示了事故井套管周围磁感应强度的分布规律，建立了基于测点处磁感应强度最大原则的电极到探管最优距离的确定方法，并且验证了该方法的正确性。

1. 磁测距原理

磁测距系统主要由地面供电设备、信号采集设备、数据处理系统、地表电极、井下电极和井下探管组成^[15–18]，如图1所示。测距时，调整好电极到探管的距离，用承载电缆将电极和探管放入救援井至适当位置，注入的低频交变电流在钻井液和地层中传播，并且在事故井套管上聚集。聚集的电流沿套管流动并且在套管周围产生低频的交变磁场。利用探管测量测点的磁感应强度，结合空间几何关系推导出救援井与事故井的相对位置关系，为定向井工程师调整救援井的井眼轨迹提供依据。

图 1 磁测距系统的工作原理

Figure 1. Working principle of magnetic ranging system

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2. 模型与方法

2.1 介质中电场强度的计算

电场分布模型见图2。其中，r为电极到事故井套管的距离，m；r_r为救援井的井眼半径，m；σ_m为钻井液的电导率，S/m。

图 2 电场分布模型

Figure 2. Electric field distribution model

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注入的低频交变电流通过钻井液和地层到达事故井套管，电流在事故井套管上聚集并传播。假设钻井液和地层均为均匀介质，具有轴对称性，电位与方位角φ无关；事故井套管的平均半径r_c远小于电极到事故井套管的距离r。

介质中电位U的边界条件为：

$\left\{\begin{gathered}\nabla^2U=0 \\ U\left|_{\infty}\right.=0 \\ U_{\text{m}}|_{r=r_{\mathrm{r}}^+}=U_{\text{e}}|_{r=r\mathrm{_r^-}} \\ \sigma_{\text{m}}\frac{\partial U_{\text{m}}}{\partial r}|_{r=r\mathrm{_r^+}}=\sigma_{\text{e}}\frac{\partial U_{\text{e}}}{\partial r}|_{r=r_{\mathrm{r}}^-} \end{gathered}\right.$

(1)

式中：U为电位，V；U_m为钻井液的电位，V；U_e为地层的电位，V；σ_e为地层的电导率，S/m。

由式（1）可得：

$\left\{\begin{gathered}\frac{\partial^2U}{\partial r^2}+\frac{1}{r}\frac{\partial U}{\partial r}+\frac{\partial^2U}{\partial z^2}=0 \\ U_{\text{e}}=\int_0^{\infty}A_2\left(\lambda\right)\text{K}_0\left(\lambda r\right)\cos\left(\lambda z\right)\text{d}\lambda \\ \frac{I}{2\text{π }^2\sigma_{\text{m}}}\int_0^{\infty}\text{K}_0\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\cos\left(\lambda z\right)\text{d}\lambda+\int_0^{\infty}A_{\text{1}}\left(\lambda\right)\text{I}_0\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\cos\left(\lambda z\right)\text{d}\lambda=\int_0^{\infty}A_2\left(\lambda\right)\text{K}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\cos\left(\lambda z\right)\text{d}\lambda \\ \sigma_{\text{m}}\left[-\frac{I}{2\text{π }^2\sigma_{\text{m}}}\int_0^{\infty}\text{K}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\cos\left(\lambda z\right)\text{d}\lambda+\int_0^{\infty}A_1\left(\lambda\right)\text{I}_0\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\cos\left(\lambda z\right)\text{d}\lambda\right]=-\sigma_{\text{e}}\int_0^{\infty}A_2\left(\lambda\right)\text{K}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\cos\left(\lambda z\right)\text{d}\lambda \\ \end{gathered}\right.$

(2)

式中：I₀为零阶第一类变形Bessel函数；K₀为零阶第二类变形Bessel函数；I₁为一阶第一类变形Bessel函数；K₁为一阶第二类变形Bessel函数；A₁(λ)和A₂(λ)为待定系数；I为注入电流的强度，A。

当ρ→0时，钻井液电位的表达式为：

$\begin{split} \\[-7pt] {U_\text{m}} = \frac{I}{{4{\text{π }}{\sigma _\text{m}}}}\frac{1}{\rho } + \int_0^\infty {{A_1}\left( \lambda \right){{\text{I}}_0}\left( {\lambda r} \right)\cos \left( {\lambda z} \right){\text{d}}} \lambda \end{split}$

(3)

式中：ρ为测点与电极的距离，m。

由式（2）和式（3）可得钻井液和地层的电位：

$\left\{\begin{gathered}U_{\text{m}}=\frac{I}{4\text{π }\sigma_{\text{m}}}\left[\frac{1}{r}\text{ + }\frac{2}{\text{π }}\frac{\sigma_{\text{m}}-\sigma_{\text{e}}}{\sigma_{\text{e}}}\int_0^{\infty}\frac{\text{K}_0\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\text{K}_1\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\text{I}_0\left(\lambda r\right)}{\text{I}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{K}_1\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)+\dfrac{\sigma_{\text{m}}}{\sigma\mathrm{_e}}\text{K}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)}\cos\left(\lambda z\right)\text{d}\lambda\right] \\ U_{\text{e}}=\frac{I}{2\text{π }^2}\int_0^{\infty}\frac{\text{K}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_1\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)+\text{K}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_0\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\text{I}_1\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)}{\sigma_{\text{m}}\text{K}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)+\sigma_{\text{e}}\text{K}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)}\text{K}_0\left(\lambda r\right)\cos\left(\lambda z\right)\text{d}\lambda \\ \end{gathered}\right.$

(4)

介质中任意测点电场强度的表达式为：

${E_\rho }{\text{ = }} - \nabla {U_{\text{e}}}\left( {r,z} \right)$

(5)

当z = 0时，r方向上的电场强度E_r可以用方程表示为：

$E_r=\left\{\begin{gathered}\frac{I}{2\text{π }^2\sigma_{\text{m}}}\int_0^{\infty}\left[\text{K}_{\text{1}}\left(\lambda r\right)-\frac{\sigma_{\text{m}}-\sigma_{\text{e}}}{\sigma_{\text{e}}}\frac{\text{K}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{K}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_1\left(\lambda r\right)}{\text{I}_0\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\text{K}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)+\dfrac{\sigma_{\text{m}}}{\sigma_{\text{e}}}\text{K}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)}\right]\lambda\text{d}\lambda\ \ \ \ \left(r\leqslant r_{\mathrm{r}}\right) \\ \frac{I}{2\text{π }^2}\int_0^{\infty}\frac{\text{K}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)+\text{K}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)}{\sigma_{\text{m}}\text{K}_0\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\text{I}_1\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)+\sigma_{\text{e}}\text{K}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)}\text{K}_1\left(\lambda r\right)\lambda\text{d}\lambda\ \ \ \ \left(r > r_{\mathrm{r}}\right) \\ \end{gathered}\right.$

(6)

地层中，r方向上的电场强度E₀为：

$E_0=\frac{I}{2\text{π }^2}\int_0^{\infty}\frac{\text{K}_0\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\text{I}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)+\text{K}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_0\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\text{I}_1\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)}{\sigma_{\text{m}}\text{K}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)\text{I}_1\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)+\sigma_{\text{e}}\text{K}_1\left(\lambda r_{\mathrm{r}}\right)\text{I}_0\left(\lambda r\mathrm{_r}\right)}\text{K}_1\left(\lambda r\right)\lambda d\lambda\ \ \ \ \left(r > r\mathrm{_r}\right)$

(7)

2.2 事故井套管电场强度的计算

假设地层为均匀介质，事故井套管无限长，事故井套管的平均半径r_c远小于电极到事故井套管的距离r，空心的事故井套管可用具有相同传导面积的均匀圆柱体代替^[11]，则注入电流在事故井套管的传播如图3所示。各参数间的关系式为：

图 3 注入电流在事故井套管的传播规律

Figure 3. Propagation law of injected current in accident well casing

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$2{\text{π}}{r_{\text{c}}}{h_{\text{c}}}{\sigma _{\text{c}}}{{ = {\text{π}} }}{r^2}_{{\text{cz}}}{\sigma _{\text{c}}}$

(8)

式中：σ_c为套管的电导率，S/m；h_c为事故井套管壁厚度，m；r_cz为等效半径，m；

以电极在事故井轴线上的镜像位置为坐标原点，事故井套管轴线为z轴建立柱状坐标系，Δr为远离圆柱体轴线的径向距离，则地层中电位满足：

${\nabla ^2}U = 0$

(9)

地层中电场强度满足：

$E{\text{ = }} - \nabla U\left( {\Delta r,\varphi } \right)$

(10)

电位和电流密度在 $\Delta r = {r_{{\mathrm{cz}}}}$ 处连续。当Δr=0时，电场的表达式为^[11]：

$\frac{{E\left( z \right)}}{{{E_0}}} = \frac{1}{{\text{π }}}\int_0^\infty {\frac{{u{{\text{K}}_0}\left( u \right)\sin {\dfrac{{uz}}{r}} }}{{1 - \dfrac{1}{4}\dfrac{{{\sigma _{\mathrm{c}}}{r_{{\mathrm{cz}}}}^2}}{{{\sigma _{\mathrm{e}}}{r^2}}}{u^2}\ln \dfrac{{u{r_{{\mathrm{cz}}}}}}{r}}}}{\text{d}}u$

(11)

根据式（7）和式（11），得到事故井套管上的电场强度为：

$E\left( z \right) = {E_0}\frac{1}{{\text{π }}}\int_0^\infty {\dfrac{{u{{\text{K}}_0}\left( u \right)\sin {\dfrac{{uz}}{r}} }}{{1 - \dfrac{1}{4}\dfrac{{{\sigma _{\mathrm{c}}}{r_{{\mathrm{cz}}}}^2}}{{{\sigma _{\mathrm{e}}}{r^2}}}{u^2}\ln \dfrac{{u{r_{{\mathrm{cz}}}}}}{r}}}}{\text{d}}u$

(12)

式中：u=λr；E(z)为事故井套管上的电场强度，V/m。

2.3 电极与探管最优距离的确定

事故井套管上的电流密度为：

$J\left( z \right) = E\left( z \right){\sigma _{\text{c}}}$

(13)

事故井套管上的电流强度为：

$I\left( z \right) = E\left( z \right){\text{π }}{r_{{\text{cz}}}}^2{\sigma _{\text{c}}}$

(14)

事故井套管周围的磁感应强度可以近似为：

$B\left( z \right) = {\mu _0}\frac{{I\left( z \right)}}{{2{\text{π }}R}}$

(15)

式中：J(z)为事故井套管上的电流密度，A/m²；I(z)为事故井套管上的电流强度，A； B(z)为事故井套管周围的磁感应强度，T；μ₀为真空磁导率，H/m；R为测点与事故井套管的距离，m。

通过分析事故井套管电流密度的分布规律，可得电极到事故井套管的距离与电极到探管距离的关系，进而根据测点磁感应强度最大的原则，确定电极与探管的最优距离为：

$L\cos \alpha = z\left( r \right)$

(16)

$z\left( r \right) \approx r$

(17)

式中：L为电极与探管的距离，m；α为相对井斜角，即事故井井斜角与救援井井斜角的差值，计算时取差值的绝对值。

2.4 模型验证

基于低频注入电流的磁测距原理，李翠等人^[15]进行了邻井距离的模拟试验。模拟井组包括裸眼井和套管井，裸眼井和套管井的井口间距为5 m，注入电流的强度为13～23 A，频率为0.25 Hz。本文模型所涉及的参数与文献[15]中的试验参数基本相同。为了验证模型的有效性，笔者将本文模型的计算结果与文献[15]中的试验结果进行了比较。

利用本文模型，计算了电极与探管距离L为10，15和20 m时不同注入电流强度下裸眼井和套管井井口的间距，并与文献[15]中的试验结果进行比较（见图4）。从图4可以看出：电极与探管距离一定时，测距误差随着注入电流强度增大而减小；注入电流强度一定时，测距误差随着电极与探管距离增大而减小；模型计算结果的趋势与试验结果相同。

图 4 试验结果与模型计算结果的比较

Figure 4. Comparison of experimental results and model calculation results

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与试验结果相比，模型计算结果的误差更小。当L=20 m时，测距的相对误差在5.92%～7.23%，平均相对误差为6.58%。试验结果误差偏高的原因是：计算邻井距离的模型仅考虑了电流在地层中的传播规律，未考虑钻井液对电流的影响；试验现场的地层并非均质，而模型中的地层为均质地层；测量工具本身的误差不可避免。以上分析可知：理论模型中考虑了钻井液和地层双层介质对电流传播的影响，与实际情况接近，验证了模型的有效性。

3. 算例分析

根据文献[11]提供的地层和套管的参数，计算事故井套管的电流密度，确定电极到探管的最优距离，分析注入电流、电极与事故井距离和相对井斜角对电极与探管最优距离的影响。部分原始数据为：地层电导率1 S/m，套管电导率10⁷ S/m，钻井液电导率200 S/m，套管平均半径0.125 m，套管壁厚0.013 m，救援井井眼半径0.200 m，注入电流强度20 A，真空磁导率4π×10⁻⁷ H/m。计算结果如图5所示。

图 5 当I=20 A、r=30 m、α=10°时，事故井套管的电流密度和距套管R处的磁感应强度分布

Figure 5. Current density of accident well casing and magnetic induction intensity distribution at distance R from the casing when I=20 A, r=30 m and α=3°

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从图5可以看出，当电极与事故井探管的距离为30 m、相对井斜角为10°时，磁感应强度的峰值（B=0.15 nT）大约在±31 m处，此时电极与探管的最优距离为31.48 m。可知，事故井套管电流密度的峰值点距事故井坐标点的距离近似等于电极与事故井探管的距离。

3.1 注入电流强度的影响

图6所示为事故井套管电流密度随注入电流强度变化的计算结果。由图6可知，随注入电流强度增大，事故井套管的电流密度不断增大。增大注入电流的强度从整体上增大了测点的磁感应强度，但不影响电极与探管最优距离的确定。此时，电极与探管的最优距离仍是31 m。

图 6 当r=30 m、α=0°时，事故井套管的电流密度随注入电流强度的变化

Figure 6. Changes in current density J(z) of accident well casing with injected current intensity I when r=30 m and α=0°

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3.2 电极与事故井距离的影响

图7所示为事故井套管电流密度随电极与事故井距离变化的计算结果。由图7可知，随着电极与事故井距离增大，事故井套管上电流的密度不断减小。电极与事故井距离增大不仅导致测点的磁感应强度减小，还影响电极与探管的最优距离。电极与探管的最优距离随电极与事故井距离增大而增大。

图 7 当I=10 A、α=0°时，事故井套管的电流密度随电极到事故井套管距离的变化

Figure 7. Changes in current density J(z) of accident well casing with the distance r from electrode to accident well casing when I=10A and α=0°

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3.3 相对井斜角的影响

图8所示为电极到探管的最优距离随相对井斜角变化的计算结果。由图8可知，电极到探管的最优距离随相对井斜角增大而增大。

图 8 当I=10 A时，电极到探管的最优距离L随井相对斜角α的变化

Figure 8. Changes in optimal distance L from electrode to probe with relative inclination angle when I=10 A

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4. 结　论

1）钻救援井过程中，采用磁测距技术测量救援井与事故井距离时，探管在救援井中的位置将影响测量精度与范围，合理设计电极与探管的距离有利于提高测量精度、增大测距范围。

2）电极与探管的最优距离，不仅与电极与事故井的距离有关，也与相对井斜角有关，但是与注入电流的强度无关。随着电极与事故井距离增大，事故井套管上电流的密度不断减小，电极与探管的最优距离不断增大；电极与探管的最优距离随相对井斜角增大而增大。

3）事故井套管电流密度的峰值点距事故井坐标点的距离，近似等于电极与事故井探管的距离；电极与探管的最优距离，近似等于电极与事故井距离与相对井斜角余割的乘积。

图 1 威页1井龙马溪组页岩气地层微孔隙和微裂缝

Figure 1. Micro-pore and micro-fracture in shale gas formation of Longmaxi Formation in Well WY 1

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图 2 威页1井龙马溪组岩心层理及裂缝发育特征

Figure 2. Core bedding and fracture development characteristics of Longmaxi Formation in Well WY 1

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图 3 页岩岩心在不同介质中浸泡时的裂缝扩展情况

Figure 3. Fracture propagation of shale core immersion in different media

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图 4 钻井液压力传递测试结果

Figure 4. Results of drilling fluid pressure transmission test

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表 1 威页23–6HF井龙马溪组岩屑全岩矿物组分

Table 1 Mineral compositions of the whole rock of the cuttings samples of Longmaxi Formation in Well WY 23–6HF

岩屑编号	井深/m	各矿物组分的含量，%
岩屑编号	井深/m	石英	钾长石	斜长石	方解石	白云石	铁白云石	石盐	菱铁矿	黏土矿物
造斜段1	3 562.00	34.21		7.56		3.21	3.07			51.95
造斜段2	3 716.00	35.51		7.42	3.77			2.47		50.83
造斜段3	3 783.00	32.80	2.08	6.57	2.56		1.40	1.26		53.33
造斜段4	3 815.00	38.89		8.03	4.36		2.08			46.64
水平段1	4 406.00	46.04		10.92	8.86		5.43		1.17	27.58
水平段2	4 870.00	47.71		7.43	13.26		4.62		1.05	25.93

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表 2 不同SMJA–1和KCl加量下膨润土的Zeta电位

Table 2 Effect of SMJA–1 & KCl on Zeta potential of Bentonite

SMJA–1 加量，%	不同KCl加量下的Zeta电位/mV
SMJA–1 加量，%	0	0.1%	0.5%	2.0%	5.0%
0	–48.0	–49.0	–40.5	–32.0	–22.3
0.1	–31.0	–35.0	–28.0	–22.0	–19.0
0.5	–23.8	–19.6	–16.8	–17.2	–11.7
1.0	–17.8	–17.4	–15.3	–11.6	–7.1
注：100 ℃温度下膨润土在SMJA–1和KCl复配液中浸泡24 h。

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表 3 高温高压滤失测试结果

Table 3 Results of HTHP fluid loss test

钻井液	高温高压滤失量/mL
钻井液	10^#陶瓷滤片	滤纸
基浆	20.0	16.8
钻井液M	5.4	7.0
注：测试温度为140 ℃。

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表 4 润滑剂对钻井液性能的影响评价结果

Table 4 Evaluation on the influence of lubricants on drilling fluid performance

钻井液	塑性黏度/ (mPa·s)	动切力/ Pa	API滤失量/ mL	高温高压滤失量/mL	润滑系数
钻井液M	45.0	2.5	0.5	6.0	0.237
钻井液M+ 润滑剂	42.0	8.0	0	4.8	0.113

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表 5 SM–ShaleMud水基钻井液的常规性能

Table 5 Conventional properties of SM–ShaleMud water based drilling fluid

密度/ (kg·L^–1)	表观黏度/ (mPa·s)	塑性黏度/ (mPa·s)	动切力/ Pa	静切力/Pa		API滤失量/ mL	高温高压滤失量/ mL	润滑系数
密度/ (kg·L^–1)	表观黏度/ (mPa·s)	塑性黏度/ (mPa·s)	动切力/ Pa	初切	终切	API滤失量/ mL	高温高压滤失量/ mL	润滑系数
1.90	47.5	33.0	14.5	3.0	9.5	1.0	5.6	0.096
2.05	54.0	38.0	16.0	3.5	10.5	0.8	5.2	0.101
2.20	69.0	48.0	21.0	4.0	12.0	0.1	4.0	0.113

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表 6 SM–ShaleMud水基钻井液抗污染能力测试结果

Table 6 Pollution resistance test results of SM–ShaleMud water based drilling fluid

污染条件	塑性黏度/ (mPa·s)	动切力/ Pa	API滤失量/ mL	高温高压滤失量/ mL
	33.0	9.0	<0.3	5.2
10.0%膨润土	34.0	10.0	0.3	5.6
3.0%CaCl₂	21.0	13.0	4.0	18.0
3.0%CaCl₂
10.0%钻屑粉	32.0	12.0	0.4	5.0

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表 7 SM–ShaleMud水基钻井液的配浆量及初始性能

Table 7 Slurry volume and initial performance of SM–ShaleMud water based drilling fluid

井号	配浆量/m³		密度/ (kg·L^–1)	漏斗黏度/ s	塑性黏度/ (mPa.s)	动切力/ Pa	静切力/Pa		API滤失量/ mL	高温高压滤失量/ mL	pH值
井号	新浆	老浆	密度/ (kg·L^–1)	漏斗黏度/ s	塑性黏度/ (mPa.s)	动切力/ Pa	初切	终切	API滤失量/ mL	高温高压滤失量/ mL	pH值
威页23–6HF	190	0	1.95	47	32	14	3	9	0.8	6.4	10
威页23–2HF	70	110	2.00	48	30	8	3	11	0.8	6.0	10
威页23–3HF	184	0	2.05	53	32	11	3	7	0.5	5.4	9

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参考文献(12)

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1. 磁测距原理
2. 模型与方法
2.1 介质中电场强度的计算
2.2 事故井套管电场强度的计算
2.3 电极与探管最优距离的确定
2.4 模型验证
3. 算例分析
3.1 注入电流强度的影响
3.2 电极与事故井距离的影响
3.3 相对井斜角的影响
4. 结　论

威远区块深层页岩气水平井水基钻井液技术

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