【摘 要】
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鄂尔多斯盆地页岩气储量丰富,但页岩地层水平段钻井过程中井壁失稳情况严重,导致钻井施工进展缓慢,影响页岩气的勘探开发进程。页岩地层井壁失稳问题仍然是世界性难题。因此,急需深入研究页岩井壁失稳机理,研制性能优异的封堵剂,揭示其封堵作用机理,并研究其在水基钻井液中的应用。天环坳陷乌拉力克组岩样组成以石英为主,平均粘土矿物含量为23.9%,粘土矿物以伊利石为主,孔隙裂缝发育,属于硬脆性页岩;岩心水化性能较
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鄂尔多斯盆地页岩气储量丰富,但页岩地层水平段钻井过程中井壁失稳情况严重,导致钻井施工进展缓慢,影响页岩气的勘探开发进程。页岩地层井壁失稳问题仍然是世界性难题。因此,急需深入研究页岩井壁失稳机理,研制性能优异的封堵剂,揭示其封堵作用机理,并研究其在水基钻井液中的应用。天环坳陷乌拉力克组岩样组成以石英为主,平均粘土矿物含量为23.9%,粘土矿物以伊利石为主,孔隙裂缝发育,属于硬脆性页岩;岩心水化性能较差,水化膨胀率为5.58%,回收率为96.77%,阳离子交换容量较低,比表面积较小,但比亲水量较大;岩心表面亲油性大于亲水性,自吸能力较弱,平均吸水率为0.818%。力学性能评价表明,岩心具有各向异性,岩心强度随浸泡时间的增长而降低,5天强度降低率为52.5%;地层坍塌压力随井周角变化呈正弦函数变化,井周最大坍塌压力为1.14 g·cm-3,坍塌压力随水化时间的增加呈增长趋势,水化5天后坍塌压力可达1.55 g·cm-3,需提高钻井液密度以维持井壁稳定。该地层井壁失稳机理为钻井液滤液在压力及毛细力作用下侵入地层,造成局部水化,使井壁应力分布改变,岩石强度降低,坍塌压力升高,导致井壁失稳。采用非离子单体（NAM-2）、阴离子单体（AAM-2）和阴离子酯类单体（EMM-3）,通过反乳液法和反应条件优化,合成一种微纳米聚合物微球NP-FD,对其进行了表征。NP-FD平均粒径298.15 nm,扫描电镜分析显示产物呈规则球状,热重分析显示产物热稳定性良好,红外光谱显示具有三种单体官能团的特征吸收峰。将NP-FD加入4%基浆中,体系流变性能及抑制性能良好,封堵性能优于同类ZK-601、BZ-NP5等产品;通过泥饼微观分析、岩心封堵实验和岩心强度测试揭示了其作用机理。NP-FD的加入填充了泥饼的孔隙,使泥饼表面更加致密,且在压力作用下,NP-FD可以进入岩心微观孔隙及裂缝,阻止水进一步侵入岩心,降低岩心渗透率,相对提高岩心强度。评价现场水基钻井液发现,其流变滤失性能良好,封堵性能较差,润滑性能及抑制性能有待优化。进一步优选封堵剂、润滑剂和抑制剂,形成强封堵水基钻井液体系,该体系流变滤失能良好,润滑系数由优化前0.226降至0.117,回收率由98.3%提升至99.6%,砂床侵入深度仅9 mm,200μm裂缝可承压能力由优化前1 MPa提升至5 MPa。现场试验表明优化的强封堵水基钻井液体系封堵性能良好,复杂事故发生率为6.45%,较临井降低49.77%,机械转速较临井提高23%,有效解决了该区块井壁失稳问题。
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