页岩抑制剂的抑制机理及研究进展

张卫东，韩磊，王富华，蓝强，朱海涛，杨海荣，赵清源

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛 266580；2.中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257000）

0 引言

页岩储层占所钻地层的75%，导致了90%的井壁失稳问题，且页岩储层往往作为常规储层的盖层，因此即使是在常规油气资源的钻探过程中，也有很大概率钻遇页岩储层[1-2]。页岩储层黏土含量较高，因黏土成分、晶体结构、孔隙度和裂缝发育状况不同而呈现不同程度的水敏性，与水接触时，黏土矿物极易发生水化膨胀和分散[3]。黏土水化一般有表面水化、离子水化和渗透水化。表面水化是黏土与水在短距离范围内相互作用，这个距离约为1 nm。尽管表面水化导致的黏土矿物膨胀量不大，但是在狭小空间（微裂隙、微裂缝）中表面水化的膨胀压极大，约为4～400 MPa，该值远远高于钻井液所能提供的静液柱压力[4]，这也就能解释不含水敏性矿物（蒙脱石）的页岩地层也会发生严重垮塌的现象。为了抑制黏土水化，多年以来，油基钻井液一直是页岩油气钻探的首选，但是成本过高和日益严峻的环保问题限制了其应用。寻找高性能的、可替代的水基钻井液成为了油田工作者需要迫切解决的问题。

水敏性矿物蒙脱石和非水敏性矿物伊利石的结构非常相似，不同处在于伊利石的晶格取代主要发生在晶层表面的硅氧四面体中（约有1/6 的硅原子为铝原子取代），补偿电价的可交换阳离子主要为K+（蒙脱石的可交换阳离子为Na+、Ca2+）。……