水基钻井液助力页岩气绿色高效开发

近日，焦页40-Z3HF井顺利完钻，标志着水基钻井液技术在江汉油田涪陵区块的规模化应用取得显著成效。截至目前，该技术已累计应用101口井，有效减少危废产生量4.5万余吨，为页岩气绿色高效开发提供有力支撑。

针对传统油基钻井液配制成本高、环保压力大、含刺激性气味等问题，近年来，江汉油田工程技术管理部牵头，联合江汉石油工程技术研究院、江汉石油工程公司、长江大学等单位，成功研发绿色环保的高性能页岩水基钻井液和复合盐水基钻井液体系，其可以有效减少危废产生量，缩减钻后治理成本，助力钻井实现绿色发展。

难解的“油基”困境

页岩气储存于页岩中，需进行压裂改造才能形成规模产能，为实现效益开发需采用水平井钻探模式，传统水平井施工主要使用油基钻井液体系，该体系能有效提升润滑性，降低钻具在水平段的摩擦力，增强井眼延伸能力；而传统的水基钻井液由于润滑性受限，导致其并不适用于页岩气水平井钻探。

“如果使用水基钻井液体系施工页岩气井，钻井液中的水分子易渗透进入页岩中，导致页岩吸水膨胀，引发井壁失稳、垮塌等异常，制约安全成井，好比修路挖洞的时候，一挖就垮，肯定挖不下去。”江汉油田石油工程技术研究院油田专家秦文斌说。

为避免井壁垮塌，国内外施工页岩气水平井，基本上全部使用油基钻井液体系，即采用柴油作为基液，混合各类添加剂配制而成。但常规油基钻井液在涪陵气田龙马溪地层页岩应用时，却遇到了难题。

油田工程技术管理部钻井石油工程室主任师易争利说，首先油基钻井液主要成分是柴油，占比超过80%，价格贵导致油基钻井液价格成本偏高。其次，钻进过程中产生的岩屑经过油基钻井液浸泡形成油基岩屑，油基钻屑属于危废，易造成环境污染，环保风险巨大。同时相对常规钻屑，油基钻屑运输处理工艺复杂、成本高。随着国家对环境保护要求的提高和危废处置管控的加强，危废处理总量受到严格的上限控制。“所以，如何解决上述问题，成为摆在江汉油田面前的一道难题。”油田石油工程技术研究院副院长卢和平说。

“水”替“油”初步成功

为解决油基钻井液体系存在的经济成本高、安全环保难题，2016年，江汉油田依托国家重大专项项目涪陵页岩气开发示范工程，组织科研骨干先后与相关大学院校、荆州嘉华科技有限公司联合开展新型钻井液的研究与开发，提出以水基钻井液替代油基钻井液的研究思路，并针对抑制防塌剂、高效裂缝封堵剂及高效润滑剂等方面开展研究，通过材料的优化组配，成功研发高性能页岩水基钻井液体系。

石油工程技术研究钻井工程所主任师胡象辉说，石油工程技术研究院与荆州嘉华科技有限公司共同提出研发高性能页岩水基钻井液的思路，即模拟海葵生物具有多条触手，使钻井液中多基团能够有效吸附在井壁上，提升水基钻井液的润滑性。但常规水基钻井液易造成页岩遇水膨胀，井壁垮塌等难题。

石油工程技术研究院与荆州嘉华科技有限公司共同研发成功的页岩水基钻井液有效解决了页岩膨胀问题，提高了对页岩的抑制性。石油工程技术研究钻井工程所所长代林说，页岩水基钻井液具备纳米材料特性，当随钻具经过页岩时，能够封堵页岩表面微小孔隙，犹如为页岩表层覆盖了一层高度致密的膜，使钻井液中的水无法通过该“膜”渗透进入页岩，从而稳定了页岩地层，避免了页岩遇水膨胀、井壁垮塌的问题。

页岩水基钻井液还通过加入大量高效润滑剂，提高了钻井液润滑性，降低了钻具与井壁的摩擦。

2020年，页岩水基钻井液初步研制成功，并于当年9月在焦页11号平台应用成功，其性能基本达到油基钻井液水平，这是国内首次在页岩气水平井中成功应用该技术。

“改良版”再获成功

页岩水基钻井液初步研制成功后，在推广应用过程中遇到诸多难题，科研人员通过努力攻关，成功解决了这些问题。

此前，科研人员研制的页岩水基钻井液润滑能力仅能满足2000米以内水平段施工需求。随着页岩水基钻井液在涪陵气田的推广应用，面对水平段超2000米、裸眼井段超3000米，随着深度增加，泥页岩地层会像“海绵”一样，不断吸收钻井液中的水分，造成体积膨胀，结构变得松散，从而分散进入钻井液里，或粘附在井壁上，导致摩阻增大，钻头泥包、井壁垮塌等问题，影响施工效率。

面对上述问题，从2022年开始，江汉油田和长江大学、中原钻井院等一起进行高效页岩水基钻井液的研发和推广应用。科研人员通过优选包被絮凝剂加入页岩水基钻井液中，起到絮凝作用，将井壁和井底残留的有害固相絮凝在一起，随钻井液一起返出，最后通过固控设备将其清除。2022年，改良后的高性能页岩水基钻井液在涪陵页岩气田焦页26-Z1HF井成功应用。

随着涪陵工区持续开发，布井不断向边缘构造区域延伸，地层断层、曲率发育，井漏、井垮风险增大。传统水基钻井液的适应范围逐渐受限。为此，开发一种钻井液，同时具有水基钻井液、油基钻井液的优点，保障长水平段顺利施工，成为页岩气绿色高效钻探的难题。

面对上述问题，2025年在一体化机制下，甲乙方共同发力，在江汉工程公司页岩技术服务公司的实验室诞生了复合盐水钻井液。该钻井液以抑制性强的氯化钙溶液为基液，添加膨润土、少量抗盐增粘剂、提切剂、降滤失剂、超强抗盐润滑剂、抗盐高效纳米封堵剂以及少量加重剂（重晶石），形成了适用于页岩地层的低固相高性能复合盐水基钻井液体系，体系性能媲美油基，且绿色环保。

2025年改良过的复合盐水基钻井液在涪陵页岩气田焦页9-12HF井应用成功。

“该钻井液体系核心在于巧妙利用多种功能复合盐，保障了对页岩抑制性的同时，又通过一定浓度的钙离子，保证体系有一定的密度稳定井壁，形成稳定保护膜，减少钻井液的滤失，维护了井壁稳定。抗盐润滑剂的加入使其有良好的润滑性能，降低了钻具与井壁之间的摩擦，延长钻头使用寿命。”现场钻井液技术人员说。

新型复合盐水基钻井液体系的成功实验标志着我国在页岩气钻探领域取得了又一重要突破，为涪陵工区后续的页岩气勘探开发积累了宝贵经验。

下一步，油田将持续研究和探索高性能页岩水基钻井液体系的适用性，提升其深层抗高温稳定性、长水平段稳定性等性能，不断扩展及推广页岩水基钻井液的应用范围。