页岩气作为非常规能源，具有含气量足、产气速率平稳、开采生产周期长等特点，其开发利用价值越来越受到重视。页岩由于天然微裂缝发育，且岩性主要为伊/蒙混层的黏土矿物，脆性大，层理发育，钻井过程中因钻井液滤液***导致页岩解理和近井壁带孔隙压力增加，从而导致井壁失稳问题。因此，本文进行了页岩纳微米级孔缝的封堵评价方法和与页岩孔缝尺寸匹配的纳微米封堵剂的研发，从而解决页岩气钻井过程中井壁失稳的问题。本文分别从国内外页岩井壁失稳机理、封堵理论和纳微米封堵剂研究现状进行调研。首先分析了页岩井壁失稳理论，得出井壁失稳原因除了力学作用以外，钻井液封堵能力又是重要因素;其次对国内外钻井液封堵理论调研，分析了钻井液固相颗粒封堵作用机理;后结合页岩理化性能特征分析，得出油基钻井液中固相颗粒粒径较大，不能对页岩纳-微米级孔缝实施有效封堵的结论。颗粒的尺寸不匹配导致了钻井液滤液***页岩混层，引起井壁坍塌掉块现象产生，因此需要研究纳微米材料类的封堵剂。
基于压力传递的钻井液纳米封堵剂研究与应用
针对南堡油田泥页岩地层孔隙尺寸为纳微米级，传统的微米级以上的固相颗粒难以实现有效封堵这一问题，选用纳米级钻井液封堵剂FT-3000、HLFD-1及环境友好型可变形聚合物封堵剂Green seal，在室内展开研究，钻井液润滑剂，评价其对高温高压滤失、砂盘滤失及泥饼承压能力的影响，并针对南堡油田所选岩心进行孔隙/裂缝封堵前后渗透率变化情况、压力传递及膜效率测试分析。结果表明用Green seal作封堵剂的钻井液，高温高压滤失量为17 m L，砂盘滤失量为13.8 m L，均为小值，且其能有效提高泥饼承压能力至大于8 MPa，红岗区钻井液，孔隙/裂缝封堵前后渗透率分析显示其封堵效果佳，有效减缓了压力传递，膜效率为0.099 0，。该封堵剂在NP36-3652和NP36-3701井进行了应用，应用井井壁稳定、井径规则、渗透率***值高、滤液***量低，钻井液工艺，实现了泥页岩地层井壁稳定、储层保护的多重目的。
以(St)、甲酯(MA)和酰胺(AM)为反应单体，偶氮二为引发剂，采用反相微乳液聚合法，合成了成膜型纳米微乳液封堵剂。合成反应的条件为:乳化剂复配比span80∶tween80=2∶1(质量比)，反应单体配比为St∶MA∶AM=3∶1∶2(质量比)，单体总浓度为25%，引发剂用量为2%，反应温度60℃，反应时间4 h。封堵剂的粒径中值为125.5 nm，满足对页岩微裂缝封堵的尺寸条件;热重分析表明，纳米封堵剂分解温度290℃左右，热稳定性好;在钻井液体系中加入3%的封堵剂，90℃热滚16 h后，粘度和切力变化不大，流变性较稳定，且其API滤失量仅为2 m L，FLHTHP(30 min)为6.0 m L，该纳米封堵剂性能优异，封堵效果好。
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