为改善页岩油气水平井钻进过程中因钻井液封堵性能差而引起的井壁失稳问题,首先,对川南龙马溪组页岩组成和井壁失稳的原因进行了分析;然后,以十六烷基三乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和活性碳纳米管为原料,合成了油基钻井液用纳微米封堵剂(NP-1),分别利用红外光谱分析、热重分析、透射电镜和表面润湿性测试分析其结构和物理化学特性,考察了其与油基钻井液的配伍性;最后,通过岩心突破压力、压力传递、三轴抗压强度等测试评价其封堵性能,分析了纳微米封堵剂的作用机理,并进行了现场应用。结果表明,川南龙马溪组页岩纳微米孔喉较发育,毛细自吸现象严重,使得液相不断侵入井壁,最终导致井壁失稳。NP-1的直径为30~50nm,长度处于微米级别,表面疏水亲油,在385.2℃以下的热稳定性良好。NP-1与油基钻井液具有良好的配伍性和稳定性。在常规油基钻井液中加入3%NP-1,在180℃下老化热滚16 h后的高温高压滤失量由2.8 mL降至1.8 m L。含有NP-1的油基钻井液能有效封堵岩心端面,从而提高岩心突破压力,阻止岩心压力传递,稳定岩心内部结构和抗压强度,实现维持井壁稳定的目的。现场应用结果表明,NP-1能有效改善邻井因钻井液封堵能力弱而引起的井漏、井壁失稳等技术难题,处理后的平均井径扩大率仅为5.61%。该纳微米封堵剂在油基钻井液中对页岩具有优异的封堵效果,为川南类似复杂页岩气井的高效钻探提供了借鉴。
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