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钻井过程中,水基钻井液的滤失使得近井壁岩石水化膨胀,从而给井壁稳定性带来一定的隐患,近年来,国内外学者针对这一问题进行了相关的研究并取得了一定的成绩,但是对岩石和泥饼中的不规则孔隙仍然难以形成致密封堵。本文以可膨胀复合微球作为水基钻井液封堵剂,并对其结构与性能进行了探讨。以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)对SiO2进行了表面改性,通过单因素实验对改性条件进行优化。以改性SiO2、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,反相悬浮聚合法合成SiO2可膨胀复合微球(SECMs),并优化了合成条件。红外光谱测试表明改性SiO2、AM、AMPS之间发生了聚合反应,合成出了目标产物SECMs。热失重分析测试表明合成的SECMs具有良好的耐温性能。扫描电镜分析和粒径分析表明SECMs呈球形,具有良好的规整性和分散性,其粒度(d0.5)为19.38μm。吸水倍率测试表明SECMs具有一定的吸水膨胀性能,24h吸水倍率45.3g/g。以硅烷偶联剂VTMS合成了笼型倍半硅氧烷(POSS),并以POSS、AM、AMPS为原料,反相悬浮聚合法合成POSS可膨胀复合微球(PECMs),通过正交实验优化了合成条件。红外光谱测试表明成功合成出了目标产物PECMs。热失重分析测试表明合成的PECMs具有良好的耐温性能。扫描电镜分析和粒径分析表明PECMs为表面光滑的球形颗粒,具有良好分散性,其粒度(d0.5)为0.485μm,且具有一定的吸水膨胀性能,24h吸水倍率为16.4g/g。通过流变性能测试、滤失性能测试、高温老化实验、累计滤失实验、泥饼扫描电镜测试及可膨胀复合微球复配实验,分别对可膨胀复合微球的封堵性能进行了评价,结果表明,钻井液滤失量随着可膨胀复合微球质量分数的增加而减小。当SECMs质量分数为0.9%时,钻井液API滤失量为12mL,2h内累计滤失量为23 mL,180℃老化16h后,API滤失量仅为8 mL。当PECMs的质量分数为0.9%时,常温下API滤失量为7.2 mL,2h内累计滤失量为10.9 mL,180℃老化16h后,滤失量为13 mL。SECMs和PECMs分别为微米级和纳米级颗粒,将两种复合微球按照不同比例复配,微球吸水膨胀后能够对泥饼孔隙进行物理堵塞,并通过协同作用实现对不同孔径大小的不规则孔隙的致密封堵。结果发现当两种微球比例为1:1时,老化前后钻井液流变性和滤失量都比较好。通过对其他钻井液添加剂的优选、复配与评价,最后确立了一套综合性能良好的钻井液体系:4%膨润土+0.25%Na2CO3+0.45%SECMs+0.45%PECMs+1%SMP-1+2.5%FA367+重晶石粉,通过对钻井液的综合测试表明,该体系具有优良的流变性、降滤失性与耐温耐盐性,具有较好的应用前景。