近年，非常規(guī)頁巖氣儲層鉆井活動急劇增加。頁巖氣儲層鉆井液的選擇經常是油基鉆井液（NAF）。

 

  雖然 NAF 具有頁巖穩(wěn)定性和潤滑性好及抗污染等優(yōu)點，但是在環(huán)境影響和附帶成本方面存在嚴重問題，使作業(yè)者尋求用水基鉆井液（WBM）進行非常規(guī)頁巖氣儲層鉆井。哈里伯頓的 Jay P. Deville 等人利用頁巖礦物學和井底溫度等非常規(guī)頁巖氣儲層中的關鍵因素，打破“用一種水基鉆井液來實現(xiàn)全球頁巖氣開發(fā)”的思想，提出基于給定頁巖參數(shù)詳細分析的客制化服務。分析不僅包括頁巖形態(tài)和巖性，還包括鉆井方案、環(huán)境因素和其它儲層專用考慮因素。

 

  Haynesville頁巖氣水基鉆井液的定制過程在定制過程中首先分析了 Haynesville 頁巖及其上部 Bossier 頁巖的礦物學成分。Haynesville 和Bossier 頁巖主要由黏土、碳酸鹽巖、黃鐵礦和石英組成，且黏土幾乎全部是伊利石。因此不用再考慮保障水基鉆井液抑制性的問題，可以僅研究如何解決水基鉆井液的抗高溫難題。最終優(yōu)選出的配方由具有高熱力學穩(wěn)定性的添加劑構成 ；一般的鉆井液添加劑，包括黏土、重晶石和水，用高溫抗絮凝劑控制體系黏土的熱力學絮凝 ；用表面活性劑化學減少粒子間作用力，從而達到更高的鉆井液密度及容納更多的低比重固相 ；用磺化丙烯酰胺基三元聚合物控制濾失 ；加入緩沖劑來抵抗 CO2侵入，緩沖劑能夠充分控制 CO2，同時不會引起合成聚合物水解。

 

  作為定制過程中的關鍵部分，用于研究的 LGS 是由 Haynesville 和 Bossier頁巖的鉆屑制成的，D50小于 10 ?m。用于以上研究的是 50%Haynesville 鉆屑和 50%Bossier 鉆屑的混合物。表 3 中數(shù)據(jù)表明，定制的鉆井液能很好地解決高溫問題，沒有樣品出現(xiàn)凝膠問題，甚至是含有 CO2的樣品 ；考慮到鉆井液的老化效應和固體含量，鉆井液的塑性黏度和剪切強度仍然非常低 ；在含有高達 12% 的 LGS 時，鉆井液仍然保持有功能特性 ；而且鉆井液的 API 和高溫高壓濾失量非常低。證明通過定制化方法能夠研發(fā)形成一種熱力學穩(wěn)定、抗 CO2污染、且具有高低固相容量的水基鉆井液。

 

  進一步測定了鉆井液在模擬井底溫度和壓力條件下的流變性能。使用 FANN 75 高溫高壓流變儀監(jiān)測鉆井液流變學參數(shù)變化，溫度和壓力分別從 48.9 ℃、0 MPa 慢慢升至 204.4 ℃、68.9 MPa。一旦達到最高溫度和壓力值，樣品會在該溫度和壓力下養(yǎng)護 24 h。

 

  之后，溫度和壓力慢慢降至48.9 ℃、0 MPa。結果表明，即使是在極端溫度和壓力下，鉆井液仍然沒有出現(xiàn)熱凝膠現(xiàn)象。觀察 τ0值上升和下降周期的變化能夠證明這是非常穩(wěn)定的鉆井液。

 

  水基鉆井液在Haynesville頁巖氣井的應用為 Haynesville 頁巖定制的水基鉆井液在路易斯安那州的紅河縣進行了現(xiàn)場應用，該地區(qū)是抗高溫要求最高的地區(qū)之一，井底溫度大于 176.6 ℃。在鉆至 Bossier 頁巖頂部井深 3 261.36 m 時將井漿轉換為定制鉆井液，用其鉆至完鉆井深 5 425.4 m，鉆井液在裸眼中停留了 45 d。在鉆進過程中，出現(xiàn)了大量的、恒定量的 CO2侵入（＞ 8 000 mg/L），但由于鉆井液的抗CO2侵染能力強，鉆井液流變性能未受影響。

 

  在入侵量最大的時候（除氣裝置失效），鉆井液流變性能有一些增加，但加入一定的處理劑可以容易地解決該問題。機械鉆速與鄰井差不多。除 Haynesville頁巖外，還在 Fayetteville 和 Barnett 頁巖進行了客制化服務，研發(fā)定制水基鉆井液的原理包括收集關鍵井和地層的數(shù)據(jù)以及地層樣品的特殊實驗室試驗數(shù)據(jù)。

 

  大頁巖區(qū)塊的定制鉆井液具有良好的室內實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場性能，驗證了鉆井液設計方法的可行性。