页岩气地层水基钻井液体系优化实验研究

摘要

川南地区页岩气地层裂缝发育、水敏性较强，钻井过中经常发生井塌、井漏等井壁失稳现象，可造成钻井液大量漏失、卡钻、埋钻具等井下复杂事故。目前，油基钻井液仍为页岩气地层水平井钻井的首选体系，但是油基钻井液存在配制使用成本较高、环境可接受性差等突出问题，且仍易出现井塌、井漏的等井下复杂情况。特别是钻遇裂缝性页岩气地层，油基钻井液易漏失且难处理，也可直接造成较大经济损失。因此，研发页岩气地层高性能水基钻井液非常迫切。 通过对川南龙马溪组页岩气地层矿物组成、微观结构、理化特性、渗吸特性、润湿特性等综合实验研究，分析了页岩气地层井壁稳定性的主要影响因素，探讨了川南龙马溪组页岩气地层井壁失稳机理。实验表明，裂缝性页岩气地层的井壁稳定性与其自身的矿物组成及微观结构特征密切相关，页岩气地层黏土矿物主要为伊利石，主要发生表面水化作用，抑制表面水化是控制页岩水化效应的根本措施。 通过等温吸附实验，确定了钠蒙脱石表面水化的临界水活度/相对湿度值（0.95），以饱和KNO3溶液（25℃时水活度为0.925）作为吸附介质，实验优选出性能较优的聚胺类粘土表面水化抑制剂。通过层间距测试、zeta电位测试、粒度分析、抑制膨润土造浆等实验，评价了优选的表面水化抑制剂特性，探讨了其作用机理。 基于川南龙马溪组页岩气地层井壁失稳机理综合分析，结合页岩气地层特性及水基钻井液关键技术问题，在单剂优选的基础上，通过配伍性实验，优化出一套综合性能优良的页岩气地层水基钻井液体系配方，该配方抑制防塌和封堵能力强，也具有优良的流变性、滤失造壁性、润滑性、沉降稳定性以及抗污染性能等。

目录

第一章 绪 论

1.1 研究的目的和意义

1.2 页岩地层水基钻井液技术发展概况

1.2.1 页岩气地层井壁失稳机理及钻井液防塌技术

1.2.2 页岩表面水化抑制剂

1.2.3 页岩微纳米封堵剂

1.2.4 水基防塌钻井液技术现状

1.3 本文研究的主要内容和技术路线

1.3.1 主要内容

1.3.2 技术路线

第二章 川南地区页岩气地层特性

2.1 页岩气地层的矿物组成

2.2 页岩微观组分结构分析

2.3 页岩理化性能

2.3.1 页岩阳离子交换容量实验

2.3.2 页岩比表面积测试

2.4 页岩水化分散特性

2.5 页岩水化膨胀特性

2.6 岩样浸泡实验

2.7 岩样自吸水实验

2.8 页岩表面润湿性测试

2.9 本章小结

第三章 页岩表面水化抑制剂优选与作用机理探讨

3.1 黏土的水化与抑制水化作用

3.1.1 黏土水化

3.1.2 抑制黏土水化

3.2 表面水化抑制剂作用机理

3.3 实验结果与讨论

3.4 表面水化抑制剂优选

3.4.1实验结果与讨论

3.5 表面水化抑制剂特性及机理

3.6 本章小结

第四章 复合有机盐水基钻井液体系优化实验研究

4.1 抑制性

4.2 流变性及滤失性

4.3 润滑性

4.4 沉降稳定性

4.5 封堵性能评价及优化

4.5.1 封堵性能评价

4.5.2 封堵性能优化

4.6 抗污染性能

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间获得的学术成果

致谢