随着深层油气钻探技术发展,钻遇地层更复杂多样,往往裸眼井段也越来越长,对钻井液提出了更高的要求。本文结合中国石油化工集团公司重点课题,在深入探讨超低渗透水基钻井液作用机理的基础上,研究开发出超低渗透剂YHS-1以及超低渗透钻井液体系。超低渗透钻井液主要利用界面化学原理,能在井壁表面形成超低渗透性薄膜,阻缓或防止钻井液进入地层,该密封膜的独特性在于它的可逆性,即在负压条件下,密封膜容易脱离井壁岩石表面,对储层伤害较轻。可主要用于解决复杂多压力层系易发生的井漏、卡钻、坍塌和油层损害等共存的技术难题。本文采用化学合成法研制出主要的超低渗透处理剂YHS-1,并实现了工业化生产。通过显微实验测得,该剂的水溶液具有球状胶束结构,其粒径分布较均匀,粒径范围在610-660nm;该超低渗透处理剂具有较强的封堵孔隙和承压能力。自主研制了GA型超低渗透钻井液砂床滤失仪,并建立了测定超低渗透钻井液体系的滤失方法,该方法能够监控滤液在地层的渗滤情况,所承最高压力达到3MPa;自主研制了多功能岩芯流动实验仪,并建立了渗透率恢复值、岩芯滤失以及承压强度的测定方法,用以研究其承压机理和油层保护机理;自主研制了WSM-01型高温高压井壁稳定模拟装置,用以研究超低渗透钻井液体系的防塌性能和防塌机理。借助可视砂床渗透实验、压力传递实验、吸附实验、泥饼显微照相技术以及承压实验,探讨了超低渗透钻井液作用机理。(1)保护油气层作用机理:超低渗透钻井液通过在井壁表面形成致密的超低渗透封闭薄层(膜),能有效封闭渗透性地层和微裂缝泥页岩地层,实现接近零滤失钻井,且封闭层位于岩石表面,易于清除,可显著减小钻井液对储层的损害,有利于保护油气层;(2)防塌作用机理:当超低渗透钻井液开始向页岩地层渗透时,聚合物胶束参与在孔喉处形成超低渗透封闭膜,阻缓或阻止滤液侵入引起的水化膨胀和分散;另一方面,该体系本身具有良好的页岩抑制性,即使少量进入也不会引起页岩的严重分散膨胀,有助于井壁稳定;(3)防漏作用机理:超低渗透钻井液能够有效提高地层承压能力,阻缓压力传递和滤液侵入,也能有效防止井漏的发生。在单剂优选的基础上,利用正交实验得出了超低渗透钻井液优化配方,结合油田不同地层条件,已完成了203口井的现场试验与应用,取得了较好的勘探开发效益。