陈士奎，谭枭麒，王 荐，蒋 卓

（1.中国石化华东油气分公司南川页岩气项目部，重庆南川 408400；2.荆州市汉科新技术研究所，湖北荆州 434000）

我国页岩气资源十分丰富，总体储量与美国相当[1]，因此，随着美国页岩气开发获得成功，国内页岩气的开发也得到普遍关注。我国页岩气开发虽然起步较晚，但是发展迅猛，目前涪陵页岩气产能示范区年产量已突破100×108m3[2]，这显示出我国页岩气具有巨大的开发潜力。

在页岩气钻井过程中，过去大多数采用油基钻井液，用来应对页岩地层层理发育、水敏性强导致的井壁失稳问题以及高摩阻问题[3]。但是，我国页岩气产区主要集中在川渝一带，油基钻井液容易对周围生态环境产生不良影响，且油基钻屑的运输处理会进一步推高页岩气开发成本[4]。因此，开发研究一套适用于页岩储层的高性能水基钻井液体系，具有十分重要的社会效益和经济效益。

本文从龙马溪组页岩失稳机理出发，构建了一套综合性能与油基钻井液十分接近的高性能水基钻井液体系，为页岩气高性能水基钻井液的发展和推广提供一定的参考。

1 龙马溪组页岩组成及井壁失稳机理分析

隆页2井龙马溪组泥页岩X射线分析结果（见表1）及黏土矿物组成分析（见表2）显示，龙马溪组泥页岩黏土矿物含量中等，石英长石等脆性矿物含量较高。黏土矿物中以伊蒙混层和高岭石含量为主，蒙脱石含量较低。

将隆页2井岩块放入水中24 h（见图1），可以看到岩块外形保持稳定，但岩块表面有微裂缝延伸，这表明龙马溪组泥页岩水化膨胀性较弱，井壁失稳以滤液进入地层后，岩石结构应力变化导致的剥落掉块为主。

2 页岩气高性能水基钻井液体系构建

2.1 研究思路

根据页岩气的储层特征，高性能水基钻井液主要研究思路包括以下几点：①抑制性：稳定井壁，减少低密度固相分散，便于调控流变性[5]；②封堵性：尽可能降低滤失量，减轻滤液进入地层导致地层应力场的变化[6]；③岩石稳定性：对于岩石强度影响较小，防止剥落掉块[7]；④润滑性：摩阻小，扭矩低，确保长水平段顺利钻进[8]。

2.2 技术对策

针对以上需求，研发出页岩气高性能水基钻井液体系两种核心处理剂：胶束封堵剂HSM、高效润滑剂LUBE168。

2.2.1 胶束封堵剂HSM 胶束封堵剂HSM是一种嵌段共聚聚醚高分子表面活性剂，其形成的胶束在水溶液中可呈球状、层状、棒状，其尺寸大小在1 nm～100 nm，胶束粒子在孔喉中相互聚集还产生疏水胶团，能够快速封堵泥岩纳米孔喉，阻止钻井液中的自由水向泥岩深部侵入。

表1 隆页2井样品X射线分析

表2 隆页2井样品黏土矿物组成分析

图1 隆页2井岩块清水浸泡24 h前后对比（左：浸泡前；右：浸泡后）

表3 高性能水基钻井液室内评价性能参数

2.2.2 高效润滑剂LUBE168 高效润滑剂LUBE168是有机钼类润滑剂，其在压力作用下能够发生分子内分解，产生MoS2并与金属表面产生化学吸附，形成高强度极压膜，该极压膜能够隔绝钻具与地层，并在摩擦时滑动剥落，降低摩擦力。

3 页岩气水基钻井液体系室内评价

3.1 钻井液基础性能

配制密度为1.4 g/cm3高性能水基钻井液室内评价性能参数（见表3）。从表中数据可以看出，热滚前后体系流变性能均未出现较大变化，热滚后体系API失水和HTHP（100℃）失水较小，能够有效减少滤液进入地层。高性能水基钻井液基础性能与油基钻井液基本一致。

3.2 钻屑滚动回收实验

称取30 g 6～10目隆页2井现场钻屑，分别倒入装有350 mL清水、高性能水基钻井液、聚合物钻井液、油基钻井液的老化罐中，在100℃下热滚16 h，用40目筛回收，洗净后在105℃烘干4 h，冷却至室温称剩余量钻屑质量，实验结果（见表4）。

表4 钻屑滚动回收实验对比

3.3 对岩石强度影响

使用隆页2井钻屑粉压制实验岩心，放入不同体系中，在100℃下浸泡不同时间后取出，测试其单轴抗压强度，计算与初始状态下相比，单轴抗压强度降低的幅度（见图2）。从图中可以看出，清水中岩石强度下降幅度在60%以上，而高性能水基钻井液与油基钻井液降低幅度均在20%左右。

表5 各体系润滑性能对比

图2 不同体系浸泡岩心后岩心强度变化

3.4 润滑性能

测量各钻井液体系的泥饼黏滞系数和E-P极压润滑系数，为模拟实际工况，分别在钻井液中加入30%钻屑粉以模拟钻井过程中钻屑对泥浆体系中润滑剂的吸附。各体系润滑性能（见表5），高性能水基钻井液润滑性能与油基体系十分接近。

4 结论

（1）X衍射结果表明，隆页2井龙马溪组页岩矿物中脆性矿物高，蒙脱石含量低，井壁失稳以滤液进入地层后，岩石结构应力变化导致的剥落掉块为主。

（2）自主研发构建了一套高性能水基钻井液体系，通过与KCl-聚合物钻井液和油基钻井液各项性能室内评价对比，高性能水基钻井液性能要远远优于KCl-聚合物钻井液，与油基钻井液十分接近。