我國的海陸過渡相頁巖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，具有極好的頁巖氣開發潛力。大寧-吉縣區塊石炭-二疊系的山西組中發育了海陸過渡相頁巖，其厚度約為5～10 m，山23亞段的頁巖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。海陸過渡相頁巖中黏土礦物含量高，活性黏土礦物水化作用后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。

針對泥頁巖井壁穩定機理與鉆井液應用技術，國內外已形成一套完整成熟的理論體系，且在現場實際應用良好。國外的斯倫貝謝、哈利伯頓、貝克休斯等公司在鉆井液的封堵性能、抑制性能以及活度平衡等方面開展鉆井液體系優化，形成高效的水基鉆井液體系，有效支撐頁巖氣水平井高效鉆完井。國內學者在處理劑合成、處理劑優選、配方優化等方面開展較多研究工作，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鉆井液體系，可以有效地抑制頁巖膨脹和分散，并具有良好的封堵性能和抗溫抗污染性能。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鉆井液，表現出良好的流變性、低濾失量和穩定的頁巖井壁性能。同時，通過對頁巖特征研究，厘清頁巖的坍塌機理，并針對性的研發、優選處理劑，并形成鉆井液體系，對鄂爾多斯盆地陸相、海陸過渡相頁巖氣鉆井具有一定的借鑒價值。

針對大寧-吉縣區塊海陸過渡相頁巖氣水平井鉆井過程中井壁易坍塌失穩、摩阻扭矩大等難題，通過開展頁巖的液巖作用機理分析，揭示海陸過渡相頁巖水基鉆井液井壁失穩機理，優選關鍵處理劑，構建具有強抑制、高效封堵、強潤滑等作用的高性能水基鉆井液，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巖地層鉆井難題提供技術支撐。

巖液作用后頁巖表面張力變化

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巖表面的疏水性。海陸過渡相頁巖黏土顆粒在疏水抑制劑中的接觸角變化幅度最大，這是因為疏水抑制劑吸附在黏土顆粒表面后，其內部分子中的疏水部分覆蓋在黏土顆粒表面，形成一層疏水膜能阻止水分子吸附在黏土顆粒表面，使黏土顆粒的潤濕性發生反轉，進而抑制黏土水化分散，起到更好的頁巖抑制效果。

表1巖樣在不同抑制劑溶液中的毛管力

同時從表1中可以看出，疏水抑制劑能夠有效降低溶液的表面張力，當微裂縫的寬度為0.1μm時，微裂縫對于去離子水的毛管自吸力達到1.44 MPa，而加入疏水抑制劑后可以降低至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，所以在體系構建時應封隔頁巖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。

抑制劑優選思路

表2不同濃度KCl和甲酸鉀水活度

通過海陸過渡相頁巖巖心浸泡實驗與線性膨脹實驗，可以得出甲酸鉀、疏水抑制劑對于該區塊儲層頁巖具有良好的抑制效果。其作用原理為：①疏水抑制劑可以在黏土表面吸附后形成一層膠束膜，一定程度上阻止水分子進入黏土晶層，減少水分滲透，從而抑制黏土礦物的水化膨脹，同時，疏水抑制劑能夠改善頁巖的潤濕性和濾液的表面張力，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，加入甲酸鉀后會降低水的活度（表2），產生一定的滲透壓差，有利于阻止壓力傳遞到泥頁巖中，從而抑制頁巖水化膨脹、分散；③KCl可以抑制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面的電荷分布和相互作用。當黏土礦物水化時，表面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面電荷，降低顆粒間的斥力，減緩水化膨脹的速率。