維持頁(yè)巖井壁穩(wěn)定的物理封堵模擬和化學(xué)抑制實(shí)驗(yàn)研究

楊現(xiàn)禹，蔡記華*，蔣國(guó)盛*，石彥平，陳書(shū)雅，魏朝暉，謝章建

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院，湖北武漢430074；2.廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東廣州510010）

0 引言

頁(yè)巖氣作為重要的非常規(guī)天然氣，儲(chǔ)量豐富且達(dá)到商業(yè)開(kāi)采條件?？碧介_(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣和深部地質(zhì)鉆探過(guò)程中維持頁(yè)巖井壁穩(wěn)定離不開(kāi)鉆井液。維持井內(nèi)壓力大于地層孔隙壓力（但不高于破裂壓力）是頁(yè)巖氣鉆井、深部地質(zhì)鉆探較合理的安全開(kāi)采方式［1-4］。隨著鉆井液持續(xù)侵入頁(yè)巖地層，水化會(huì)誘發(fā)井壁坍塌、縮徑或卡鉆事故［5］。此外，頁(yè)巖水化是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程，隨著鉆井液中水分逐漸進(jìn)入頁(yè)巖納米孔隙深處，頁(yè)巖中的粘土礦物水化，最終導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，誘發(fā)井下事故，且在長(zhǎng)水平段頁(yè)巖氣井中尤為突出［6-8］。

頁(yè)巖地層具有2 大特性：易水化和納米孔隙發(fā)育。傳統(tǒng)的封堵材料尺寸較大難以徹底封堵頁(yè)巖孔隙，無(wú)法抑制頁(yè)巖水化維持井壁穩(wěn)定［9］。而要解決這些問(wèn)題，就需要在維持井壁穩(wěn)定的同時(shí)盡可能地降低鉆井液侵入。加入納米材料封堵頁(yè)巖孔隙是增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性的有效方法之一［10-12］。由于納米材料在物理尺度上與頁(yè)巖納米孔隙匹配，當(dāng)納米顆粒運(yùn)移至頁(yè)巖孔隙深部時(shí)，顆粒堆積并阻滯水分的再次侵入［13］。

隨著國(guó)內(nèi)外深部地質(zhì)鉆探和非常規(guī)油氣田勘探區(qū)域的不斷拓展，傳統(tǒng)的鉆井液難以滿足現(xiàn)代鉆探需要［14-17］。因此，研究人員將關(guān)注重點(diǎn)放在了新型材料的研發(fā)及應(yīng)用上，其中納米材料得到了廣泛關(guān)注［18-19］。近 10 年內(nèi)，納米顆粒在石油、天然氣和非常規(guī)能源領(lǐng)域應(yīng)用方面的文章逐年增加，且增幅逐漸增大［20-22］。但是，主要集中在納米材料實(shí)驗(yàn)類內(nèi)容，理論文章有一定增加，但增幅有限。Sharma等［23］針對(duì)Barnett 頁(yè)巖建立了一套包含納米顆粒的新型水基鉆井液體系，其流變和潤(rùn)滑效果良好，鉆井液侵入量減少了10～100 倍。陶懷志等［24］研制的納米無(wú)土相強(qiáng)封堵鉆井液體系在威遠(yuǎn)H3-1 井取得了良好的應(yīng)用效果。田月昕等［25］研制的納米封堵劑可對(duì)頁(yè)巖地層微裂隙和孔隙進(jìn)行有效封堵，表現(xiàn)出良好的封堵特性。

在化學(xué)抑制頁(yè)巖水化方面，Bol 和Haimson 等人研究了頁(yè)巖“甜點(diǎn)區(qū)”的水化抑制問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)更長(zhǎng)的水平截面和沉浸時(shí)間可能導(dǎo)致嚴(yán)重的井壁失穩(wěn)問(wèn)題［26］。同時(shí)，水會(huì)引起頁(yè)巖中孔隙壓力的增加和有效支撐應(yīng)力的降低，增加了井壁失穩(wěn)的可能性［27-29］。減少鉆井液中水分比例是維持井壁穩(wěn)定的可行方式之一。而鹽離子容量與頁(yè)巖膜效率和滲透壓有關(guān)［30］，結(jié)果表明，與各種鹽溶液接觸的頁(yè)巖的膜效率均低于10%［31-32］。此外，膜效率與滲透率呈負(fù)相關(guān)，與陽(yáng)離子交換容量（CEC）呈正相關(guān)［33］。Brandt［34］建立了頁(yè)巖的物質(zhì)傳輸和能量傳輸模型，并提出了非平衡熱力學(xué)。同時(shí)，Ma 等［35］提出了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的化學(xué)-物理耦合模型，模型包括滲透壓梯度的溶劑流量方程，且滲透壓與膜效率成正比。孫金聲等［36］研制的水基鉆井液體系，抗壓強(qiáng)度與常規(guī)水基鉆井液浸泡下的頁(yè)巖相比，其降低幅度大幅減小，能有效減緩頁(yè)巖抗壓強(qiáng)度的降低速度。

綜合考量經(jīng)濟(jì)性和綠色環(huán)保性，水基鉆井液相對(duì)于油基鉆井液，更具應(yīng)用前景［37-39］。基于物理封堵和化學(xué)抑制綜合作用，納米顆粒物理封堵頁(yè)巖孔隙，鹽溶液化學(xué)抑制頁(yè)巖水化。然而，納米材料在頁(yè)巖納米孔隙中的運(yùn)移和封堵規(guī)律并不明確，顆粒物性改變?cè)诩{米尺度上對(duì)封堵的影響效果也并不了解。因此，本文通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)模擬研究不同納米顆粒對(duì)頁(yè)巖孔隙的物理封堵性能影響，通過(guò)頁(yè)巖壓力傳遞實(shí)驗(yàn)儀研究鹽溶液在壓差作用下對(duì)頁(yè)巖化學(xué)滲流性能的影響，研究?jī)?nèi)容可為抑制頁(yè)巖水化和維持頁(yè)巖氣水平井井壁穩(wěn)定提供基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

納米SiO2分散液（質(zhì)量濃度30%）、氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、甲酸鈉和甲酸鉀。

實(shí)驗(yàn)頁(yè)巖取自重慶市秀山土家族苗族自治縣（以下簡(jiǎn)稱“秀山龍馬溪組頁(yè)巖”）。利用巖心鉆取機(jī)鉆取頁(yè)巖巖心若干（高約0.5 cm，直徑2.5 cm），用于壓力傳遞實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

X-射線衍射儀，掃描電子顯微鏡（SEM），Dimension Edge? AFM 原子 力顯微鏡，HKY-3 頁(yè)巖壓力傳遞實(shí)驗(yàn)裝置，Novasina Labswift 水活度測(cè)試儀，QBZY 全自動(dòng)表面張力儀，巖心切割機(jī)和壓制機(jī)，巖心鉆取機(jī)，LCMP-1A 金相式樣磨拋機(jī)等。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 頁(yè)巖X 射線衍射與微觀結(jié)構(gòu)分析

龍馬溪組頁(yè)巖的采樣位置位于重慶市秀山縣。X 射線衍射（XRD）結(jié)果顯示秀山龍馬溪組頁(yè)巖石英含量50%左右，粘土礦物含量23%。因此，此頁(yè)巖樣品中以石英含量為主，脆性高，粘土礦物含量適中。實(shí)驗(yàn)測(cè)得秀山龍馬溪組頁(yè)巖的平均TOC 結(jié)果為2.95%。

原子力顯微鏡（AFM）測(cè)試可用于定量測(cè)量表面特征。圖1 為龍馬溪組頁(yè)巖3D 表面形貌，可基于對(duì)角線切線生成3D 表面形貌，從而掌握龍馬溪組頁(yè)巖高程曲線。高程曲線數(shù)據(jù)顯示，頂端高度約為268 nm，底端高度約為-35 nm，高度差為303 nm 左右（圖1）。結(jié)果表明，龍馬溪組頁(yè)巖的表面高程為納米尺度，此外，3D 圖像表明孔隙間距為1 μm左右。

圖1 龍馬溪組頁(yè)巖表面的原子力顯微鏡（AFM）掃描圖[40]Fig.1 Atomic force microscope (AFM)scan of Longmaxi Formation shale surface

2.2 物理封堵數(shù)值模擬方法

目前納米顆粒鉆井液對(duì)頁(yè)巖孔隙的封堵效果多限于物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，鉆井液中納米顆粒侵入頁(yè)巖孔隙后的運(yùn)移、動(dòng)態(tài)堆積與微觀封堵機(jī)理并不明確?；诹黧w動(dòng)力學(xué)計(jì)算和離散元在微觀尺度上模擬顆粒懸浮液封堵頁(yè)巖孔隙。由于顆粒粒徑為納米級(jí)，所受拖拽力與常規(guī)尺寸不同，為精準(zhǔn)擬合和預(yù)測(cè)，整理可用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式，編寫(xiě)程序修正標(biāo)準(zhǔn)拖拽方程。納米顆粒封堵頁(yè)巖孔隙示意如圖2 所示。

圖2 顆粒封堵孔隙示意Fig.2 Schematic diagram of particles plugging pores

釋放顆粒的濃度和顆粒尺寸可調(diào)節(jié)，因此，能夠模擬不同顆粒參數(shù)下的頁(yè)巖孔隙封堵效果。顆粒濃度設(shè)置不能過(guò)低，否則無(wú)法形成有效封堵和架橋。通過(guò)監(jiān)測(cè)孔隙中顆粒數(shù)量和壓力，結(jié)合數(shù)據(jù)可視化，可定量判斷封堵效果。

建立顆粒釋放區(qū)域，顆粒由釋放區(qū)域釋放后開(kāi)始啟動(dòng)顆粒追蹤模式，每個(gè)顆粒釋放速度相同，顆粒方向隨機(jī)，此方法可擬合真實(shí)顆粒進(jìn)入頁(yè)巖孔隙過(guò)程。瞬態(tài)模擬可以監(jiān)控每一步的顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而掌握整個(gè)封堵過(guò)程。顆粒大小可調(diào)節(jié)，可模擬后期顆粒大小復(fù)配封堵效果。當(dāng)顆粒被釋放進(jìn)入頁(yè)巖孔隙后，顆粒的每一步計(jì)算都會(huì)被追蹤。采用3D 模型，添加雙精度計(jì)算模式，同時(shí)采用無(wú)滑移邊界，頁(yè)巖孔隙壁面采用彈性邊界［41］。模型考慮重力因素和顆粒旋轉(zhuǎn)。

假定鉆井液是連續(xù)的，根據(jù)質(zhì)量守恒方程和動(dòng)量守恒，基于局部維納斯托克斯方程，含納米顆粒鉆井液流體可由下列等式描述：

式中：ρ——密度，kg/m3；Sm——分散相添加至連續(xù)相的質(zhì)量，kg；u→——流體速度，m/s；p——靜壓力，Pa?——應(yīng)力張量和——重力和外來(lái)力，N；t——時(shí)間，s。

雷諾數(shù)Re公式為：

式中：FD——顆粒所受額外加速度，m/s2；ρp——納米顆粒的密度，kg/m3——顆粒速度，m/s——流體相速度，m/s——單位顆粒質(zhì)量所受的阻力，N；μ——流體相粘度，Pa·s；dp——納米顆粒直徑，m。

顆粒運(yùn)動(dòng)方程通過(guò)在離散時(shí)間步長(zhǎng)上逐步積分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和顆粒速度可由下述方程計(jì)算：

式中：a——除顆粒所受阻力以外的其他各因素組成的加速度，m/s2；τp——顆粒切力，Pa；up——顆粒速度，m/s；u——流體速度，m/s。

最終納米顆粒新位置速度公式為：

當(dāng)梯形離散化應(yīng)用于速度和雷諾數(shù)方程，得到

式中：u*和up*——分別為流體和顆粒速度平均值，m/s；Δt——顆粒在時(shí)刻n和時(shí)刻n+1 的時(shí)間差，s。在新位置n+1 處的質(zhì)點(diǎn)速度由下式得出：

頁(yè)巖孔隙模型設(shè)置為曲折管，相對(duì)于直管此設(shè)置更符合顆粒運(yùn)移規(guī)律，與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果也更為貼切。顆粒粒徑可以調(diào)節(jié)，材料設(shè)置為SiO2，總共選擇了10 種粒徑，以促進(jìn)顆粒分級(jí)。顆粒的平均直徑為Dp。流體粘度值為1～5 mPa·s。每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)為0.005 s，出口直徑為 2 μm（表1）。彎曲部分是流體和顆粒的壓力云圖（圖3）。顆粒在孔的彎曲處和出口處聚集，在此過(guò)程中，小顆粒將逐漸從隧道中流出，大顆粒相互支撐得以封堵出口。

表1 孔隙、網(wǎng)格和顆粒參數(shù)Table 1 Structural parameters of pores and particles

圖3 模型設(shè)置Fig.3 Model settings

所有顆粒粒徑均不同，但平均粒徑可調(diào)節(jié)且適中。如果粒徑太大，它們將直接阻塞毛孔，并且不會(huì)產(chǎn)生任何堆積效果。相反，如果粒徑太小，將很難堵塞出口，從而導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。流體介質(zhì)是水，并且流體的粘度依次設(shè)置為 1、3 和 5 mPa·s。

孔壁設(shè)置為具有防滑界面的固定壁。粒子碰撞是反射性的，壁反射系數(shù)分為法向和切向恢復(fù)系數(shù)。由于顆粒是彈性的且碰撞材料均為納米二氧化硅，因此離散相的反射系數(shù)被設(shè)置為0.5。粒子碰撞之間的法向接觸力基于spring-dashpot 模型，而粒子碰撞之間的切向接觸力則使用黏著摩擦系數(shù)和滑動(dòng)摩擦系數(shù)確定（表2）。模型的網(wǎng)格分為2 種類型，即結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。在釋放的早期，網(wǎng)格可以是粗網(wǎng)格。但是，重點(diǎn)是顆粒填充過(guò)程，因此該區(qū)域的網(wǎng)格必須致密?？紤]到時(shí)間和精度因素，選擇細(xì)網(wǎng)格。四面體網(wǎng)格是主體網(wǎng)格，主要用于流體流動(dòng)和粒子遷移。楔形網(wǎng)格被用作邊界網(wǎng)格，以更準(zhǔn)確地區(qū)分邊界層的接觸和碰撞。隨著通過(guò)網(wǎng)格獨(dú)立性的驗(yàn)證逐漸完善網(wǎng)格，數(shù)據(jù)變得更加穩(wěn)定。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)為30000 左右時(shí)，計(jì)算數(shù)據(jù)逐漸穩(wěn)定。

2.3 化學(xué)抑制劑實(shí)驗(yàn)方法

采用Novasina Labswift 水活度儀測(cè)試不同鹽溶液的鹽度，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 流體物理參數(shù)Table 2 Fluid physical parameters

表3 不同類型、不同濃度鹽溶液的鹽度值Table 3 Salinity of different types of salt solutions with different concentrations

壓力傳遞實(shí)驗(yàn)原理為在頁(yè)巖上游和下游建立壓差，保持上游壓力恒定，同時(shí)監(jiān)測(cè)下游液體壓力變化，從而掌握壓力傳遞過(guò)程和實(shí)時(shí)液測(cè)滲透率。反應(yīng)釜左右和上下均配備有流體注入通道及高靈敏度壓力計(jì)，同步測(cè)試樣品滲透率。配備的位移傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)每級(jí)荷載條件下的位移變化量。儀器背面具有三并聯(lián)容器釜，可保證在更換測(cè)試溶液的情況下不間斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，該裝置溫度可控（額定溫度150 ℃）。圍壓、上游壓力和下游壓力分別設(shè)置為 2.3、1.5 和 0 MPa。通過(guò) HKY-3 頁(yè)巖壓力傳遞裝置測(cè)試5種類型和3種濃度鹽溶液對(duì)頁(yè)巖的壓力傳遞的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)每60 s記錄1次。

3 結(jié)果與討論

3.1 物理封堵數(shù)值模擬結(jié)果

首先是納米顆粒粒徑對(duì)孔隙封堵效果的影響。顆粒尺寸設(shè)置為出口尺寸的1/2、1/3 和1/5。釋放顆粒粒徑不能大于孔隙出口尺寸，否則，單一顆粒超過(guò)出口尺寸完成封堵，無(wú)顆粒堆積和填充過(guò)程，顆粒其他參數(shù)對(duì)封堵的影響規(guī)律也無(wú)從揭示。此時(shí)顆粒濃度為5%，如圖4 所示，隨著計(jì)算時(shí)間的增長(zhǎng)，顆粒堆積數(shù)增多并逐漸趨于穩(wěn)定。顆粒粒徑由出口尺寸的1/5 增加到出口尺寸的1/3 和1/2 時(shí)，孔隙封堵效率分別增加13%和23%。

圖4 顆粒直徑對(duì)封堵效率的影響Fig.4 Effect of particle diameter on plugging efficiency

納米顆粒濃度對(duì)孔隙封堵同樣有顯著效果，分別設(shè)置顆粒濃度為1%、5%和11%。此時(shí)，顆粒粒徑設(shè)置為出口尺寸的1/3。因?yàn)?，低濃度納米顆粒形成有效架橋所需時(shí)間較長(zhǎng)，或者不能形成有效架橋。相反的，如果顆粒尺寸設(shè)置過(guò)大，封堵速度過(guò)快，會(huì)間接導(dǎo)致納米顆粒濃度對(duì)封堵效果的影響不明顯。結(jié)果表明，11% 和5% 的顆粒濃度相對(duì)于1%顆粒濃度封堵效率提高74.78%和50%（圖5）。

頁(yè)巖水化是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，基于X 射線計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)，對(duì)頁(yè)巖造成25%傷害需要15 d［42］。實(shí)際工作狀況表明，頁(yè)巖孔隙封堵無(wú)需在短時(shí)間內(nèi)完成，這也為低濃度納米顆粒封堵創(chuàng)造了有利條件和可行性。

圖5 顆粒濃度對(duì)封堵效率的影響Fig.5 Effect of particle concentration on plugging efficiency

當(dāng)顆粒并非球形時(shí)，顆粒之間的接觸力關(guān)系會(huì)更加復(fù)雜。DEM 模型可將非圓顆粒通過(guò)數(shù)學(xué)近似，從而作為圓形顆粒計(jì)算?；诖朔椒?，顆粒碰撞模型即可使用圓形顆粒接觸模型。

此時(shí)需要形狀因子參數(shù)來(lái)做數(shù)學(xué)近似，θ定義為：

式中：s——球體表面積，m2；S——顆粒實(shí)際表面積，m2。

θ越趨近于1，納米顆粒越趨近于球形。顆粒形狀越不規(guī)則，納米顆粒封堵頁(yè)巖孔隙效率越高（圖6）。當(dāng)θ為0.25 時(shí)，粗糙納米顆粒封堵效率比相對(duì)于圓形顆粒封堵效率高14%。而θ為0.5 和0.75 時(shí)，納米顆粒封堵效率幾乎一致。

改變納米顆粒物理特性可調(diào)節(jié)納米孔隙顆粒封堵效果。同時(shí)，研究改變流體物性對(duì)頁(yè)巖納米孔隙封堵效果。

圖7 為不同粘度下1%納米顆粒濃度的納米顆粒封堵效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著計(jì)算時(shí)間的增長(zhǎng)，累積的顆粒封堵數(shù)下降。主要原因?yàn)轭w粒濃度低，無(wú)法形成有效封堵。因此，在積累的初始階段，出口沒(méi)有被充分密封，顆粒與流體一起從出口流出。當(dāng)納米顆粒濃度為1%時(shí)，粘度的增加可以顯著改善封堵效果。5 mPa·s 納米顆粒溶液的封堵效率比1 mPa·s 納米顆粒溶液的封堵效率高16.26%。因此，將粘度增加到5 mPa·s 是在1%的顆粒濃度下提高封堵效率的有效方法。

圖6 顆粒形狀對(duì)封堵效率的影響Fig.6 Effect of particle shape on plugging efficiency

圖7 1%顆粒濃度下不同粘度納米顆粒溶液封堵效果對(duì)比Fig.7 Comparison of blocking effects of nanoparticle solutions with different viscosities at 1%particle concentration

3.2 化學(xué)抑制實(shí)驗(yàn)結(jié)果

總結(jié)龍馬溪組頁(yè)巖壓力傳遞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最優(yōu)的5 種類型和濃度的鹽溶液是20%HCOONa，5%HCOONa，20%KCl，20%HCOOK 和 5%NaCl（見(jiàn)表4）。因此，并非鹽溶液濃度越高，阻滯頁(yè)巖壓力傳遞的效果越好。

基于表4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以最優(yōu)及最差鹽溶液壓力傳遞結(jié)果為例，描述其壓力傳遞過(guò)程。20%HCOONa 壓力傳遞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示（見(jiàn)圖8），下游壓力在141.67 h 內(nèi)未顯著增加，下游壓力維持在0.2 MPa，液測(cè)滲透率為3.1×10-5mD，滲透率未顯著增大。此后，頁(yè)巖下游壓力未繼續(xù)增加，滲透率也未增加，有利于維持井壁穩(wěn)定性。

表4 龍馬溪組頁(yè)壓力傳遞實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總Table 4 Summary of Longmaxi Formation shale seepage process results

10%CaCl2壓力傳遞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示（見(jiàn)圖9），下游壓力在0.56 h 內(nèi)未顯著增加，滲透率在1.33 h 內(nèi)維持在8.5×10-4mD。在4.5 h 左右液測(cè)滲透率由8.5×10-4mD 增大 10 倍，5.0 h 后滲透率快速增加至0.03 mD，此時(shí)上下游壓力保持一致。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，10%濃度的鹽溶液抑制頁(yè)巖壓力傳遞效果不佳。此外，對(duì)于不同頁(yè)巖，頁(yè)巖壓力傳遞實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_鹽溶液對(duì)頁(yè)巖井壁穩(wěn)定影響。因?yàn)橛绊懣紫秹毫鬟f的因素很多，如鹽離子濃度、頁(yè)巖粘土礦物組成和鹽化學(xué)分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不同鹽離子類型下的鹽溶液維持井壁穩(wěn)定效果規(guī)律不易確定。

當(dāng)蒙脫石含量較高，且鹽溶液濃度較低時(shí)，Ca2+抑制效果較好；當(dāng)鹽濃度提升至10%乃至20%時(shí)，Ca2+抑制效果驟降，K+抑制效果變好；上述規(guī)律與低濃度下鹽溶液阻滯壓力傳遞實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。但是，對(duì)于秀山龍馬溪組頁(yè)巖，即蒙脫石含量較低且高鹽離子溶度下，流體阻力和化學(xué)滲透壓為阻滯壓力傳遞的主要因素。

4 結(jié)論

（1）在鉆井液中，阻滯頁(yè)巖水化可通過(guò)物理封堵和化學(xué)抑制相結(jié)合的方式。物理封堵方面，顆粒大小和濃度明顯影響封堵效率。當(dāng)顆粒最大值不超過(guò)孔隙出口時(shí)，顆粒粒徑由出口尺寸的1/5 增加到出口尺寸的1/3 和1/2 時(shí)，孔隙封堵效率分別增加13%和23%。當(dāng)顆粒粒徑固定為出口尺寸的1/2 時(shí)，濃度從1%提升至5%和11%時(shí)，封堵效率增加50%和75%。

圖8 20%HCOONa 壓力傳遞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖Fig.8 20%HCOONa pressure transfer experimental data

圖9 10%CaCl2壓力傳遞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖Fig.9 10%CaCl2 pressure transfer experimental data

（2）流體物性對(duì)頁(yè)巖納米孔隙封堵效果具有一定的影響。當(dāng)納米顆粒濃度為1%時(shí)，粘度的增加可以顯著改善封堵效果，5 mPa·s 納米顆粒溶液的封堵效率比1 mPa·s 納米顆粒溶液的封堵效率高16.26%。

（3）化學(xué)抑制方面，阻止頁(yè)巖孔隙壓力傳遞的最好鹽溶液及其濃度為20%HCOONa，最差鹽溶液及其濃度為10%CaCl2。