我國的海陸過(guò)渡相頁(yè)巖主要分布在鄂爾多斯盆地、南華北盆地、沁水盆地的本溪組、太原組以及山西組中，具有極好的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)潛力。大寧-吉縣區塊石炭-二疊系的山西組中發(fā)育了海陸過(guò)渡相頁(yè)巖，其厚度約為5～10 m，山23亞段的頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量估計高達1.01×1012 m3，資源豐度達1.78×108 m3/km2，這為勘探開(kāi)發(fā)提供了極為廣闊的前景。海陸過(guò)渡相頁(yè)巖中黏土礦物含量高，活性黏土礦物水化作用后易發(fā)生膨脹和分散作用，且廣泛發(fā)育微裂縫，重點(diǎn)應該加強對微納米級裂縫的封堵，實(shí)現井壁穩定。

針對泥頁(yè)巖井壁穩定機理與鉆井液應用技術(shù)，國內外已形成一套完整成熟的理論體系，且在現場(chǎng)實(shí)際應用良好。國外的斯倫貝謝、哈利伯頓、貝克休斯等公司在鉆井液的封堵性能、抑制性能以及活度平衡等方面開(kāi)展鉆井液體系優(yōu)化，形成高效的水基鉆井液體系，有效支撐頁(yè)巖氣水平井高效鉆完井。國內學(xué)者在處理劑合成、處理劑優(yōu)選、配方優(yōu)化等方面開(kāi)展較多研究工作，劉敬平等以多碳醇和磺化瀝青鉀鹽為核心處理劑，研發(fā)了一種新型水基鉆井液體系，可以有效地抑制頁(yè)巖膨脹和分散，并具有良好的封堵性能和抗溫抗污染性能。趙素娟等以端胺基聚醚和植物油酰胺極壓減摩為核心處理劑，開(kāi)發(fā)了一種高性能水基鉆井液，表現出良好的流變性、低濾失量和穩定的頁(yè)巖井壁性能。同時(shí)，通過(guò)對頁(yè)巖特征研究，厘清頁(yè)巖的坍塌機理，并針對性的研發(fā)、優(yōu)選處理劑，并形成鉆井液體系，對鄂爾多斯盆地陸相、海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣鉆井具有一定的借鑒價(jià)值。

針對大寧-吉縣區塊海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣水平井鉆井過(guò)程中井壁易坍塌失穩、摩阻扭矩大等難題，通過(guò)開(kāi)展頁(yè)巖的液巖作用機理分析，揭示海陸過(guò)渡相頁(yè)巖水基鉆井液井壁失穩機理，優(yōu)選關(guān)鍵處理劑，構建具有強抑制、高效封堵、強潤滑等作用的高性能水基鉆井液，提高井壁穩定能力、降低摩阻扭矩，為解決大寧-吉縣區塊海陸過(guò)渡相頁(yè)巖地層鉆井難題提供技術(shù)支撐。

巖液作用后頁(yè)巖表面張力變化

根據SY/T 5153—2017測定了不同溶液的接觸角（見(jiàn)表1），在去離子水中接觸角為9.2°，在5種處理劑中接觸角均有所增加，表明處理劑增強了頁(yè)巖表面的疏水性。海陸過(guò)渡相頁(yè)巖黏土顆粒在疏水抑制劑中的接觸角變化幅度最大，這是因為疏水抑制劑吸附在黏土顆粒表面后，其內部分子中的疏水部分覆蓋在黏土顆粒表面，形成一層疏水膜能阻止水分子吸附在黏土顆粒表面，使黏土顆粒的潤濕性發(fā)生反轉，進(jìn)而抑制黏土水化分散，起到更好的頁(yè)巖抑制效果。

表1巖樣在不同抑制劑溶液中的毛管力

同時(shí)從表1中可以看出，疏水抑制劑能夠有效降低溶液的表面張力，當微裂縫的寬度為0.1μm時(shí)，微裂縫對于去離子水的毛管自吸力達到1.44 MPa，而加入疏水抑制劑后可以降低至0.60 MPa，而且隨著(zhù)微裂縫寬度增加毛管自吸力逐漸降低。納米級別的微裂縫具有較高毛管自吸力，所以在體系構建時(shí)應封隔頁(yè)巖微納米級裂縫和加入疏水類(lèi)的處理劑，弱化微納米級裂縫的毛管自吸力。

抑制劑優(yōu)選思路

表2不同濃度KCl和甲酸鉀水活度

通過(guò)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖巖心浸泡實(shí)驗與線(xiàn)性膨脹實(shí)驗，可以得出甲酸鉀、疏水抑制劑對于該區塊儲層頁(yè)巖具有良好的抑制效果。其作用原理為：①疏水抑制劑可以在黏土表面吸附后形成一層膠束膜，一定程度上阻止水分子進(jìn)入黏土晶層，減少水分滲透，從而抑制黏土礦物的水化膨脹，同時(shí)，疏水抑制劑能夠改善頁(yè)巖的潤濕性和濾液的表面張力，弱化毛細管力，阻止濾液進(jìn)入地層內部；②甲酸鉀則是通過(guò)改變水的化學(xué)性質(zhì)和與黏土礦物的相互作用來(lái)影響黏土的水化性質(zhì)，加入甲酸鉀后會(huì )降低水的活度（表2），產(chǎn)生一定的滲透壓差，有利于阻止壓力傳遞到泥頁(yè)巖中，從而抑制頁(yè)巖水化膨脹、分散；③KCl可以抑制黏土礦物的水化膨脹，部分是因為它能夠影響黏土礦物顆粒表面的電荷分布和相互作用。當黏土礦物水化時(shí)，表面的電荷特性會(huì )發(fā)生變化，導致顆粒之間的斥力增加，從而引起膨脹。KCl的存在可以中和一部分表面電荷，降低顆粒間的斥力，減緩水化膨脹的速率。