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随着海洋石油钻探开发技术的不断发展,海洋油气勘探开发已走向深水、超深水海域。与陆地或浅海钻井相比,深水钻井的环境更加恶劣,面临更多的技术难题。其中,浅部地层井壁失稳问题是深水钻井工程面临的关键技术难题之一。针对深水浅层弱胶结及井壁失稳特点,建立了深水浅层钻井液稳定井壁性能评价实验方法。改进了岩样稳定指数(SSI)实验方法,优化了砂泥岩试样的制备条件:石英砂(60~80目)∶钙基膨润土=7∶3,15%含水量,15 MPa压力压制2 h。利用该方法评价深水钻井液抑制浅层砂泥岩的水化分散性能。另外,尝试新建立了针对深水浅部弱胶结地层的钻井液化学胶结稳定井壁作用的室内评价实验方法,利用砂泥混合岩样(40~60目石英砂∶钙基膨润土=7∶3)与试液浸泡后的针入度、渗透率和抗压强度等指标,评价钻井液的化学胶结固壁作用效果。基于深水浅层矿物组构、理化性质、岩土特性及井壁失稳影响因素分析,借助新建立的钻井液胶结固壁评价实验方法,探讨了深水浅层井壁化学失稳机理。研究表明,深水浅层欠压实,胶结性差;浅层矿物主要以石英和粘土矿物为主,岩屑回收率仅为1.33%,极易发生水化分散;孔隙或裂缝较发育,钻井液滤液易侵入。另外,深水浅层钻井液安全密度窗口窄,易发生井塌、井漏。针对深水浅层井壁失稳特点,给出了深水浅层多元协同防塌钻井液技术对策:加强物理封堵和化学胶结固壁、抑制粘土水化分散,结合合理钻井液密度有效支撑稳定井壁等。同时,应兼顾钻井液低温流变性和水合物抑制性能。利用改进的岩样稳定指数(SSI)实验方法,优选了深水浅层钻井液抑制性防塌剂。实验表明固体硅酸钠与聚胺SDJA和KCl抑制剂复配使用,砂泥岩样浸泡后的SSI值达95.2,具有较好的稳定岩样作用。利用化学胶结固壁作用评价实验新方法,优选具有化学固壁作用的防塌剂。实验表明,固体粉末硅酸钠和铝基防塌剂对疏松砂泥岩样具有较好的胶结固壁作用。此外,针对深水浅层流异常复杂情况,尝试实验得出了具有较强化学胶结地层作用的树脂胶液配方,该树脂胶液固化24 h后,固结试样强度可达10.84 MPa。以优选的化学胶结固壁剂和抑制性防塌剂为关键处理剂,兼顾钻井液低温流变性和水合物抑制性技术要求,优化了两套深水浅层防塌钻井液配方。实验表明两套深水浅层防塌钻井液配方具有较好的稳定井壁作用,同时具有较好的低温流变性和水合物抑制性。