纳米架桥材料在低孔低渗煤层气藏钻完井过程中的暂堵机理研究

（1）研究不同类型（如NaCl、KCl、CaCl2等）、不同浓度盐溶液与粘土含量较高的低孔低渗煤岩接触时对其抗压强度、孔隙度和渗透率等的影响机理，据此建立钻完井液水活度最优设计指导原则；（2）研究低孔低渗煤岩割理裂隙系统特征特别是孔喉分布规律，分别按不同暂堵理论确定纳米碳酸钙暂堵剂方案，研究它们对低孔低渗煤层的封堵效果，优化纳米碳酸钙粒径大小和颗粒级配关系；（3）研究在酸（如HCl或有机酸）作用下纳米碳酸钙的解堵机理，在此基础上提出由盐类、增粘剂、降滤失剂和纳米架桥剂组成的抑制性低伤害钻完井液的优化配方与实施方案，在条件允许时进行生产试验。.本课题将纳米技术、活度平衡理论、压力传递实验技术与屏蔽暂堵理论等结合起来，研究纳米架桥材料在低孔低渗煤层气藏钻完井过程中的暂堵机理，在此基础上研究抑制性低伤害钻完井液，将为我国煤层气垂直井、水平分支井的钻井工艺优化与产能提高提供重要的理论与技术基础。

按照计划书的要求，本课题主要取得以下研究成果：.　　1. PPTS-1压力传递实验装置的研制.　　消化吸收国内外类似的压力传递实验装置，研制出PPTS-1型压力传递实验装置，并应用LabView软件开发出对应的数据采集软件。.　　2. 煤岩的物理性质分析.　　采用X衍射、扫描电镜分析、孔隙度等测试方法，对采自山西晋城的低孔低渗煤样进行了物理性质分析。发现其中存在较多的纳米级别孔隙，孔隙度为4.5％，是典型的低孔低渗煤样。.　　3. 盐溶液对煤岩物理力学性质的影响规律.　　研究了不同种类（NaCl、KCl、CaCl2、HCOONa和HCOOK）和不同质量浓度（5%、10%和20%）的盐溶液对晋城3号煤层煤岩膨胀量、滚动回收率和渗透率等物性参数的影响规律。发现HCOONa和HCOOK对煤岩抑制性较好，腐蚀性低，最优加量均为5%～10%。.　　4. 纳米碳酸钙在水溶液中的分散规律研究.　　研究了机械剪切作用、超声分散、表面活性剂和稳定剂等因素对纳米碳酸钙粉体材料在水溶液中分散的影响规律，发明了将纳米碳酸钙粉体材料在水溶液中分散到100nm以内的方法；得出了高浓度（10％～20％）纳米碳酸钙分散液的配方。.　　5. 基于纳米材料的可降解钻井液的基本性能.　　获取了一套基于纳米材料的可降解钻井液配方：水＋钠土＋CMC＋DFD＋HCOOK＋纳米碳酸钙＋复合分散剂，其中复合分散剂由SDS、OP-10和CTAB组成。通过粘度衰减实验、泥饼清除实验和无压失水实验评价了其降解性能。.　　6. 基于纳米材料的可降解钻井液与煤岩相互作用研究.　　通过煤岩孔隙分布实验和煤岩气体渗透率等方法，评价了基于纳米材料的可降解钻井液对低孔低渗煤岩的暂堵效果，结果表明：（1）基于纳米材料的可降解钻井液对低孔低渗煤岩的封堵效果强。且经过生物酶和稀盐酸双重解堵后，煤岩渗透率恢复值达77.17%～97.98%，储层保护效果好；（2）该钻井液既能通过大分子桥接成膜的方式封堵低孔低渗煤岩中微米级别孔隙，也能通过纳米碳酸钙以物理封堵的形式封堵其中的纳米级别孔隙。.　　7. 依托本课题，共发表论文14篇，其中SCI检索1篇，EI期刊检索4篇；培养本科生和硕士生各4名；申请发明专利7项；出版著作1部；获得奖励5项。