失水页岩气开发中,保证井壁稳定是其关键技术之一,钻井液良好的封堵能力是井壁稳定的基础,而封堵剂则是钻井液良好封堵能力的基本保障。但泥页岩地层微裂缝微孔隙发育多,通常处于纳微米级,渗透率极低,普通封堵剂固相颗粒粒径较大,难以进入泥页岩地层形成有效的封堵,而纳米级封堵剂则能对泥页岩地层表现出良好的封堵性能。文章在分析前人对封堵剂评价方法基础上,采用不同级配固相颗粒人造滤饼的方法来模拟泥页岩低孔低渗的特性,对3种封堵剂(聚合醇JH-1,纳米LAT,纳米Fe_3O_4)在不同的温度及浓度加量条件下进行了封堵性能评价,确定了3种封堵剂的适用温度和佳加量,并对它们的封堵机理进行了简单的分析。

失水页岩具有极低的渗透率和的孔喉尺寸,传统封堵剂难以在页岩表面形成有效的泥饼,只有纳米级颗粒才能封堵页岩的孔喉,阻止液相侵入地层,维持井壁稳定,保护储层。以(St)、酸甲酯(MMA)为单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,采用乳液聚合法制备了纳米聚合物微球封堵剂SD-seal。通过红外光谱、透射电镜、热重分析和激光粒度分析对产物进行了表征,通过龙马溪组岩样的压力传递实验研究了其封堵性能。结果表明,SD-seal纳米粒子分散性好,形状规则(基本为球形),粒度较均匀(20 nm左右),分解温度高达402.5℃,热稳定性好,阻缓压力传递,使龙马溪组页岩岩心渗透率降低95%。

失水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侵入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侵入页岩混层,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。