维持页岩井壁稳定的物理封堵模拟和化学抑制实验研究

页岩气作为一种储量巨大的非常规能源,是实现现代多元能源体系的重要一环。本文采用HKY-3压力传递实验仪研究不同盐溶液对页岩井壁稳定的影响规律。此外,基于离散元颗粒流模型,重构纳米颗粒拖拽力,模拟流体粘度及颗粒粒径、浓度、形状对页岩孔隙封堵效率。结果表明:(1)物理封堵方面,颗粒大小和浓度明显影响封堵效率,当颗粒最大值小于孔隙出口时,颗粒粒径由出口尺寸的1/5增加到出口尺寸的1/3和1/2时,孔隙封堵效率分别增加13%和23%。(2)流体物性对页岩纳米孔隙的封堵效果表明,粘度5 mPa·s时纳米颗粒封堵效率比1 mPa·s时高16.26%。(3)化学抑制方面,阻滞页岩孔隙压力传递的最佳的盐溶液及其浓度为20%HCOONa。研究成果可为适用于龙马溪组页岩钻进的水基钻井液体系遴选提供理论和技术基础。     

煤系“三气”共采条件下的井壁稳定钻井液技术

煤系“三气”共采要求钻井液能同时解决煤层、致密砂岩和页岩地层的井壁稳定难题。在分析煤岩和页岩矿物组成的基础上,研究了正电性处理剂对煤岩表面Zeta电位的影响规律,优选出了能有效增加与页岩（煤岩）的接触角、降低钻井液表面张力的表面活性剂复配配方,并从流变性、滤失性、电性、润湿性、抑制性、储层保护和抗污染性能等方面对水基钻井液体系进行了综合评价。结果表明:有机正电胶和阳离子型表面活性剂均能降低毕节龙潭组煤岩的负电性;季铵盐类表面活性剂和有机硅表面活性剂均能将秀山龙马溪组页岩和毕节龙潭组煤岩由表面水润湿转变为油润湿;表面活性剂优化组合和无机正电胶（MMH-1）溶液能够有效阻缓页岩和煤岩的孔隙压力传递。所提出的MMH-1钻井液体系黏度适中,API滤失量仅为7 mL,对煤岩和页岩水化的抑制性强;储层伤害程度低,对煤储层的渗透率伤害率仅为10%,能将基浆煤岩气测渗透率降低率降低3.6%;抗污染能力强,能抗3% NaCl、1% CaCl₂和5%凹凸棒土（模拟钻屑）;生物毒性低,对环境友好,满足煤系“三气”共采条件下的井壁稳定要求。