CN112858577A - 一种页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，属于页岩气开发领域。该方法包括：提供页岩样品；选取强抑制性钻井液，来自钻泥页岩井段平均井径扩大率最低，且未出现与井壁稳定性相关的井下复杂的井，利用强抑制性钻井液，获取页岩样品的线性膨胀率，记为A；选取弱抑制性钻井液，来自钻泥页岩井段平均井径扩大率最高，或者出现与井壁稳定性相关的井下复杂的井，利用弱抑制性钻井液，获取页岩样品的线性膨胀率，记为C；求取A和C的加权平均值，记为B；根据A、B和C，确定钻井液抑制性强弱的判断标准；利用待评价钻井液，获取页岩样品的线性膨胀率，记为N；根据判断标准以及N，判断待评价钻井液的抑制性强弱。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气开发领域，特别涉及一种页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法。
背景技术
页岩气井钻井时通常使用钻井液来平衡地层压力、传递动力、以及携带岩屑，但是，页岩储层长时间在钻井液浸泡下易引起井壁不稳定。为了防止页岩气井大斜度及水平段的井壁不稳定引起坍塌，需采用抑制性强的钻井液，以尽可能地防止页岩水化膨胀，避免造成井壁失稳。所以，钻井液在配制入井前和钻井过程中要不断地进行性能检测，以确保其性能满足页岩气钻井要求。
目前，针对页岩气开发用钻井液(简称页岩气钻井液)只开展密度、流变性、固相含量等各类基础性能检测，无法判定其抑制性强弱。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种能够有效判断页岩气钻井液抑制性强弱的方法。具体而言，包括以下的技术方案：
一种页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，所述方法包括：
提供页岩样品；
选取强抑制性钻井液，所述强抑制性钻井液来自钻泥页岩井段平均井径扩大率最低，且未出现与井壁稳定性相关的井下复杂的第一类页岩气井，利用所述强抑制性钻井液，获取所述页岩样品的线性膨胀率，记为A；
选取弱抑制性钻井液，所述弱抑制性钻井液来自钻泥页岩井段平均井径扩大率最高，或者出现与井壁稳定性相关的井下复杂的第二类页岩气井，利用所述弱抑制性钻井液，获取所述页岩样品的线性膨胀率，记为C；
求取A和C的加权平均值，记为B；
根据所述A、B和C，确定钻井液抑制性强弱的判断标准；
利用待评价钻井液，获取所述页岩样品的线性膨胀率，记为N；
根据所述钻井液抑制性强弱的判断标准以及所述N，判断所述待评价钻井液的抑制性强弱。
在一种可能的实现方式中，当N＜A时，所述待评价钻井液的抑制性为强；
当B＞N≥A时，所述待评价钻井液的抑制性为较强；
当C≥N≥B时，所述待评价钻井液的抑制性为较弱；
当N≥C时，所述待评价钻井液的抑制性为弱。
在一种可能的实现方式中，所述页岩样品通过从待评价钻井液所属页岩气区块中取钻屑制备得到。
在一种可能的实现方式中，所述页岩样品通过钠膨润土制备得到。
在一种可能的实现方式中，从多口第一类页岩气井中对应选取多个所述强抑制性钻井液，利用多个所述强抑制性钻井液，分别获取所述页岩样品的线性膨胀率，取平均值，记为所述A。
在一种可能的实现方式中，所述第一类页岩气井为5-10口。
在一种可能的实现方式中，从多口第二类页岩气井中对应选取多个所述弱抑制性钻井液，利用多个所述弱抑制性钻井液，分别获取所述页岩样品的线性膨胀率，取平均值，记为所述C。
在一种可能的实现方式中，所述第二类页岩气井为5-10口。
在一种可能的实现方式中，利用泥页岩膨胀仪，进行线性膨胀率测试实验，来获取所述页岩样品在不同钻井液环境下的线性膨胀率。
在一种可能的实现方式中，在设定温度和设定压力下，来获取所述页岩样品在不同钻井液环境下的线性膨胀率；
其中，所述设定温度与页岩气井的井筒温度一致；
所述设定压力与页岩气井的井筒压力一致。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，通过强抑制性钻井液和弱抑制性钻井液的选取，来确定与它们对应的页岩样品的线性膨胀率，通过划分以上各线性膨胀率范围与对应的钻井液抑制能力对应关系，来可靠地确定钻井液抑制性强弱的判断标准。在判断标准确定之后，通过检测被待评价钻井液浸泡过的页岩样品的线性膨胀率，将其与判断标准进行比对，即可有效判断待评价钻井液的抑制性强弱。可见，通过本发明实施例提供的方法能够对页岩气钻井液抑制性强弱进行判断，从而更好地指导页岩气井钻井液优选、调配及维护，为安全优快钻井发挥作用。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：提供页岩样品。
步骤2：选取强抑制性钻井液，其中，该强抑制性钻井液来自钻泥页岩井段平均井径扩大率最低，且未出现与井壁稳定性相关的井下复杂的第一类页岩气井，利用强抑制性钻井液，获取页岩样品的线性膨胀率，记为A。
步骤3：选取弱抑制性钻井液，其中，该弱抑制性钻井液来自钻泥页岩井段平均井径扩大率最高，或者出现与井壁稳定性相关的井下复杂的第二类页岩气井，利用弱抑制性钻井液，获取页岩样品的线性膨胀率，记为C。
步骤4：求取A和C的加权平均值，记为B。
步骤5：根据A、B和C，确定钻井液抑制性强弱的判断标准。
步骤6：利用待评价钻井液，获取页岩样品的线性膨胀率，记为N。
步骤7：根据钻井液抑制性强弱的判断标准以及N，判断待评价钻井液的抑制性强弱。
本发明实施例提供的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，通过强抑制性钻井液和弱抑制性钻井液的选取，来确定与它们对应的页岩样品的线性膨胀率，通过划分以上各线性膨胀率范围与对应的钻井液抑制能力对应关系，来可靠地确定钻井液抑制性强弱的判断标准。在判断标准确定之后，通过检测被待评价钻井液浸泡过的页岩样品的线性膨胀率，将其与判断标准进行比对，即可有效判断待评价钻井液的抑制性强弱。可见，通过本发明实施例提供的方法能够对页岩气钻井液抑制性强弱进行判断，从而更好地指导页岩气井钻井液优选、调配及维护，为安全优快钻井发挥作用。
可以理解的是，在进行步骤2、步骤3以及步骤6时，除了所使用的钻井液不同，其他条件均保持相同，以确保对比有效。
具体地，可以采用以下判断标准来判断钻井液抑制性强弱：
当N＜A时，待评价钻井液的抑制性为强；
当B＞N≥A时，待评价钻井液的抑制性为较强；
当C≥N≥B时，待评价钻井液的抑制性为较弱；
当N≥C时，待评价钻井液的抑制性为弱。
通常情况下，A值应小于或等于1％，若A值大于1％时，则以1％作为A值。
本发明实施例中，在制备页岩样品时，可以同时制备一批同种类型的页岩样品，以满足制定标准以及实际检测时对页岩样品的数量的需求，所使用的页岩样品可以通过以下两种方式获取得到：
其一，页岩样品通过从待评价钻井液所属页岩气区块中取钻屑制备得到，如此可以准确模拟待评价钻井液的作业环境。
其二，页岩样品通过钠膨润土制备得到，如此可以模拟常见的页岩气区块地质。
可以采用液压式压力试验机来制备页岩样品时，在此过程中，使用到的工具包括但不限于：秒表(精度为0.1min)，称量瓶，刮刀，洗盆(体积不小于2L)，标准筛：直径10cm，筛孔孔径分别为0.5mm、4mm和2mm。
为了使钻井液抑制性强弱的判断标准更加精确可靠，本发明实施例中，从多口第一类页岩气井中对应选取多个强抑制性钻井液，利用多个强抑制性钻井液，分别获取页岩样品的线性膨胀率，取平均值，记为A。举例来说，第一类页岩气井为5-10口。
从多口第二类页岩气井中对应选取多个弱抑制性钻井液，利用多个弱抑制性钻井液，分别获取页岩样品的线性膨胀率，取平均值，记为C。举例来说，第二类页岩气井为5-10口。
从多口第一类页岩气井中对应选取多个强抑制性钻井液可以包括：直接取该第一类页岩气井所使用的钻井液，或者，按照与该第一类页岩气井所使用的钻井液的配方，来制备新的钻井液。弱抑制性钻井液的获取过程与此相同。
举例来说，选取待评价钻井液所属页岩气区块钻泥页岩井段平均井径扩大率最低，且，未出现与井壁稳定性相关的井下复杂的5～10口井，这说明该类井钻泥页岩过程井壁稳定，钻井液抑制性较强。取其钻井液样本或按配方配制钻井液样本来作为强抑制性钻井液，检测每个强抑制性钻井液的页岩样品的线性膨胀率(当然，已做过线性膨胀率检测的井可直接用其数据)，计算所选5～10口井对应的线性膨胀率算术平均值，记为A。
选取该页岩气区块钻泥页岩井段平均井径扩大率最高，或者，出现与井壁稳定性相关的井下复杂的5～10口井，这说明该类井钻泥页岩过程井壁不稳定，钻井液抑制性较弱。取其钻井液样本或按配方配制钻井液样本来作为弱抑制性钻井液，检测每个弱抑制性钻井液的页岩样品的线性膨胀率(已做过线性膨胀率检测的井可直接用其数据)，计算所选5～10口井对应的线性膨胀率算术平均值，记为C％。
计算上述所有两类钻井液对应的线性膨胀率加权平均值，记为B。
制作页岩气钻井液抑制性判定标准表，参见表1，待评价钻井液以及该页岩区块的其他钻井液测得线性膨胀率N后，可对照该表作抑制性强弱的判定。
表1
可以利用泥页岩膨胀仪，来获取页岩样品在不同钻井液环境下的线性膨胀率。
具体地，利用泥页岩膨胀仪，来获取被钻井液浸泡一定时间后的页岩样品的高度，将其与初始高度相比，即可获得线性膨胀率，其计算公式如下所示：
E＝(ht-h0)/h0
式中：E—线性膨胀率；
ht—页岩样品在t时刻的高度，mm；
h0—页岩样品的初始高度，mm。
示例地，利用泥页岩膨胀仪进行线性膨胀率获取时的步骤可以如下所示:
将装好页岩样品的测筒安装到位，把测杆放入测筒内与页岩样品紧密接触，在测杆上端插入传感器中心杆。
将钻井液180mL注入到样杯里，通过样杯杯面上的孔插入热电偶。
打开磁力搅拌器，同时加热钻井液到设定的实验温度，连续测试一定时间，例如16小时，并记录页岩样品在t时刻的高度。同时，还记录温度、时间等原始数据，以便于计算线性膨胀率。
可以理解的是，在进行不同钻井液的抑制性强弱对比检测时，应使用同一种类型的泥页岩膨胀仪获取线性膨胀率相关数据，进行比较性评价。
为了能真实地模拟页岩气压裂液的作业环境，本发明实施例在设定温度和设定压力下，来获取页岩样品在不同钻井液环境下的线性膨胀率；其中，设定温度与页岩气井的井筒温度一致；设定压力与页岩气井的井筒压力一致。
综上可知，本发明实施例提供的方法，能有效判定页岩气钻井液在泥页岩地层中抑制性强弱，周期短、可操作性强、结果准确可靠，能更好地指导页岩气井钻井液优选、配制及维护，提高钻井时效、降低钻井成本、提高井下施工安全性，为页岩气安全优快钻井发挥重要作用。
利用本发明实施例提供的方法，对四川长宁页岩气区块的X井的钻井液抑制性强弱进行判定：
(1)取X井钻龙马溪页岩地层时所用钻井液样本5L，以及返出岩屑1kg制作页岩样品，检测到被该钻井液样本浸泡的页岩样本的线性膨胀率为0.21％；
(2)选取长宁页岩气区块钻泥页岩井段平均井径扩大率最低，且未出现与井壁稳定性相关的井下复杂的6口井。取其钻井液样本作为强抑制性钻井液，利用页岩样品，检测对应于每个钻井液样本的线性膨胀率(参见表2)，计算所选6个样本的线性膨胀率算术平均值，为0.33％。
表2长宁页岩气钻井液对应的线性膨胀率
(3)选取长宁页岩气区块钻泥页岩井段平均井径扩大率最高，或出现与井壁稳定性相关的井下复杂的6口井。取其钻井液样本作为弱抑制性钻井液，利用页岩样品，检测每个钻井液样本的线性膨胀率(参见表3)，计算所选6个样本的线性膨胀率算术平均值，为1.12％。
表3长宁页岩气较弱抑制性钻井液的线性膨胀率
(4)计算以上所有两类样本的线性膨胀率加权平均值，为0.72％。
(5)制作页岩气钻井液抑制性判断标准表，如表4，对照该表作X井钻井液抑制性强弱定量评价，结果显示，X井钻井液的页岩样品的线性膨胀率为0.21％，抑制性强。
表4长宁页岩气钻井液抑制性强弱判定标准表
X井钻井过程未出现与井壁稳定性相关的井下复杂，且平均井径扩大率较低，与抑制性强的判定结果一致，方法有效、结果准确。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，所述方法包括：
提供页岩样品；
选取强抑制性钻井液，所述强抑制性钻井液来自钻泥页岩井段平均井径扩大率最低，且未出现与井壁稳定性相关的井下复杂的第一类页岩气井，利用所述强抑制性钻井液，获取所述页岩样品的线性膨胀率，记为A；
选取弱抑制性钻井液，所述弱抑制性钻井液来自钻泥页岩井段平均井径扩大率最高，或者出现与井壁稳定性相关的井下复杂的第二类页岩气井，利用所述弱抑制性钻井液，获取所述页岩样品的线性膨胀率，记为C；
求取A和C的加权平均值，记为B；
根据所述A、B和C，确定钻井液抑制性强弱的判断标准；
利用待评价钻井液，获取所述页岩样品的线性膨胀率，记为N；
根据所述钻井液抑制性强弱的判断标准以及所述N，判断所述待评价钻井液的抑制性强弱。
2.根据权利要求1所述的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，当N＜A时，所述待评价钻井液的抑制性为强；
当B＞N≥A时，所述待评价钻井液的抑制性为较强；
当C≥N≥B时，所述待评价钻井液的抑制性为较弱；
当N≥C时，所述待评价钻井液的抑制性为弱。
3.根据权利要求1所述的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，所述页岩样品通过从待评价钻井液所属页岩气区块中取钻屑制备得到。
4.根据权利要求1所述的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，所述页岩样品通过钠膨润土制备得到。
5.根据权利要求1所述的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，从多口第一类页岩气井中对应选取多个所述强抑制性钻井液，利用多个所述强抑制性钻井液，分别获取所述页岩样品的线性膨胀率，取平均值，记为所述A。
6.根据权利要求5所述的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，所述第一类页岩气井为5-10口。
7.根据权利要求1所述的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，从多口第二类页岩气井中对应选取多个所述弱抑制性钻井液，利用多个所述弱抑制性钻井液，分别获取所述页岩样品的线性膨胀率，取平均值，记为所述C。
8.根据权利要求7所述的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，所述第二类页岩气井为5-10口。
9.根据权利要求1-8任一项所述的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，利用泥页岩膨胀仪，进行线性膨胀率测试实验，来获取所述页岩样品在不同钻井液环境下的线性膨胀率。
10.根据权利要求9所述的页岩气钻井液抑制性强弱的判断方法，其特征在于，在设定温度和设定压力下，来获取所述页岩样品在不同钻井液环境下的线性膨胀率；
其中，所述设定温度与页岩气井的井筒温度一致；
所述设定压力与页岩气井的井筒压力一致。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210528 |