我國的海陸過渡相頁岩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，具有極好的頁岩氣開發潛力。大寧-吉縣區塊石炭-二疊係的山西組中發育了海陸過渡相頁岩，其厚度約為5～10 m，山23亞段的頁岩氣地質資源量估計高達1.01×1012 m3，資源豐度達1.78×108 m3/km2，這為勘探開發提供了極為廣闊的前景。海陸過渡相頁岩中黏土礦物含量高，活性黏土礦物水化作用後易發生膨脹和分散作用，且廣泛發育微裂縫，重點應該加強對微納米級裂縫的封堵，實現井壁穩定。

針對泥頁岩井壁穩定機理與鑽井液應用技術，國內外已形成一套完整成熟的理論體係，且在現場實際應用良好。國外的斯倫貝謝、哈利伯頓、貝克休斯等公司在鑽井液的封堵性能、抑製性能以及活度平衡等方麵開展鑽井液體係優化，形成高效的水基鑽井液體係，有效支撐頁岩氣水平井高效鑽完井。國內學者在處理劑合成、處理劑優選、配方優化等方麵開展較多研究工作，劉敬平等以多碳醇和磺化瀝青鉀鹽為核心處理劑，研發了一種新型水基鑽井液體係，可以有效地抑製頁岩膨脹和分散，並具有良好的封堵性能和抗溫抗汙染性能。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，開發了一種高性能水基鑽井液，表現出良好的流變性、低濾失量和穩定的頁岩井壁性能。同時，通過對頁岩特征研究，厘清頁岩的坍塌機理，並針對性的研發、優選處理劑，並形成鑽井液體係，對鄂爾多斯盆地陸相、海陸過渡相頁岩氣鑽井具有一定的借鑒價值。

針對大寧-吉縣區塊海陸過渡相頁岩氣水平井鑽井過程中井壁易坍塌失穩、摩阻扭矩大等難題，通過開展頁岩的液岩作用機理分析，揭示海陸過渡相頁岩水基鑽井液井壁失穩機理，優選關鍵處理劑，構建具有強抑製、高效封堵、強潤滑等作用的高性能水基鑽井液，提高井壁穩定能力、降低摩阻扭矩，為解決大寧-吉縣區塊海陸過渡相頁岩地層鑽井難題提供技術支撐。

岩液作用後頁岩表麵張力變化

根據SY/T 5153—2017測定了不同溶液的接觸角（見表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岩表麵的疏水性。海陸過渡相頁岩黏土顆粒在疏水抑製劑中的接觸角變化幅度最大，這是因為疏水抑製劑吸附在黏土顆粒表麵後，其內部分子中的疏水部分覆蓋在黏土顆粒表麵，形成一層疏水膜能阻止水分子吸附在黏土顆粒表麵，使黏土顆粒的潤濕性發生反轉，進而抑製黏土水化分散，起到更好的頁岩抑製效果。

表1岩樣在不同抑製劑溶液中的毛管力

同時從表1中可以看出，疏水抑製劑能夠有效降低溶液的表麵張力，當微裂縫的寬度為0.1μm時，微裂縫對於去離子水的毛管自吸力達到1.44 MPa，而加入疏水抑製劑後可以降低至0.60 MPa，而且隨著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，所以在體係構建時應封隔頁岩微納米級裂縫和加入疏水類的處理劑，弱化微納米級裂縫的毛管自吸力。

抑製劑優選思路

表2不同濃度KCl和甲酸鉀水活度

通過海陸過渡相頁岩岩心浸泡實驗與線性膨脹實驗，可以得出甲酸鉀、疏水抑製劑對於該區塊儲層頁岩具有良好的抑製效果。其作用原理為：①疏水抑製劑可以在黏土表麵吸附後形成一層膠束膜，一定程度上阻止水分子進入黏土晶層，減少水分滲透，從而抑製黏土礦物的水化膨脹，同時，疏水抑製劑能夠改善頁岩的潤濕性和濾液的表麵張力，弱化毛細管力，阻止濾液進入地層內部；②甲酸鉀則是通過改變水的化學性質和與黏土礦物的相互作用來影響黏土的水化性質，加入甲酸鉀後會降低水的活度（表2），產生一定的滲透壓差，有利於阻止壓力傳遞到泥頁岩中，從而抑製頁岩水化膨脹、分散；③KCl可以抑製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麵的電荷分布和相互作用。當黏土礦物水化時，表麵的電荷特性會發生變化，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麵電荷，降低顆粒間的斥力，減緩水化膨脹的速率。