随着油气勘探开发领域的不断扩展，钻井过程中遇到的地层越来越复杂，在钻遇压力衰竭地层、裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层、低渗储层以及深井长裸眼大段复杂泥页岩和多套压力层系等地层时，井壁失稳和储层保护是石油勘探开发过程中的国际性技术难题，钻井液中的水相进入井壁地层和油气储层是造成井壁失稳和储层损害的主要原因。井壁失稳主要表现为：水相进入井壁地层会引起井壁坍塌，会造成储层损害。要想稳定井壁和保护储层，必须有效阻止液相进人地层。目前国内外主要采用物理封堵方法阻止水进入地层。但由于性质差异，采用物理封堵无法有针对性地阻止液体进入地层孔隙和微裂缝，具有局限性。为此近年来国内外学者提出采用化学方法提高井壁岩石成膜效率，同时在油气储层中形成隔离膜，通过调节膜两边的渗透压力差，使地层水从地层向井筒流动，有效阻止液相及固相进入井壁岩层和油气储层，从而达到稳定井壁和保护储层的双重目的。

超低渗透钻井液技术是近年来国外在钻井液领域的一大突破，在美国、阿根廷、印度尼西亚、墨西哥等得到广泛应用并取得良好防止井壁坍塌与保护储层效果^[1]。

超低渗透钻井液不仅具有传统钻井液的优良性能，而且具有传统钻井液所不具备的优异性能，其性能具有如下特点：

(1) 独特的表面化学原理。超低渗透钻井液利用独特的表面化学原理，在渗入到井壁岩石表面微裂缝或孔喉处时，形成很薄的滤饼，提高地层破裂压力；

(2) 动滤失量低。超低渗透钻井液通过封堵地层裂缝和孔隙降低其滤液渗入岩石的深度；

(3) 形成封堵膜。超低渗透钻井液中的小颗粒在渗透性或微裂缝地层中形成封堵膜，并在压差的作用下附着在井壁上；

(4) 渗透率恢复值高。超低渗透钻井液形成的滤饼有98%~99%可以被清除掉，在压力反转的情况下可自动脱落，岩心渗透率恢复值大于95%，有利于提高产能。超低渗透钻井液与传统钻井液体系相比，该体系有利于提高应力敏感性地层承压能力、保护油气层以及地层适应性较广泛的显著特点。

超低渗透钻井液利用特殊处理剂，在井壁岩石表面形成胶束，依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性，封堵岩石表面较大范围的孔喉，在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵膜，有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层，在井壁的外围形成保护层。钻井液及其滤液不会渗透到地层深处，可以实现接近零滤失，防止地层内黏土颗粒发生运移，减少对储层造成伤害，有效地保护了储层。

超低渗透钻井液技术是使钻井液具有半透膜性能，在井壁上形成一层隔离膜，在井壁的外围形成保护层，阻止钻井液中的液相和固相侵入地层，防止地层水化膨胀和井壁坍塌，有效地保护储层^[2]。成膜剂是超低渗透井液技术的关键处理剂，通过室内大量实验研究，研制了一种能快速形成封堵膜，降低钻井液滤失量，提高砂岩的承压能力的成膜剂HN-1。

成膜剂HN-1由有机硅酸盐材料和有机胺改性天然纤维聚合物材料按照一定比例复配而成。其中有机硅酸盐材料能显著改善泥页岩膜效率，有机胺改性天然纤维聚合物材料能迅速在井壁上形成无孔隔离膜。通过协同效应，有机硅酸盐和有机胺改性天然纤维聚合物有效阻止了钻井液中固相和液相进入地层，解决了复杂条件下钻井易发生的井壁坍塌、漏失、卡钻和储层损害等技术难题。

EP24-2-1井、EP24-2-2井分别是恩平24-2油田的预探井和评价井，两口井钻井作业比较顺利，表明该两井所使用的KCl/PLUS钻井液体系可以适用于恩平24-2油田钻井作业。恩平24-2油田储层岩性主要为细—中粒长石岩屑、长石石英砂岩。恩平24-2油田储层物性较好，属中—高孔、中—特高渗储层，储层岩石胶结疏松，胶结类型以孔隙式胶结为主。储层具有中等偏强的速敏、水敏、碱敏和应力敏。结合恩平24-2油田储层特点，为了阻止钻井液中的液相和固相侵入地层，有效保护恩平24-2油田储层，在钻进储层段之前必须在非储层段钻井液中加入成膜剂提高钻井液的封堵能力。

恩平24-2油田非储层段KCl/PLUS钻井液的配方为：3%海水土浆+0.1%NaOH+0.15% Na₂CO₃+0.3%PLUS+0.3%LV-PAC+2%KCl +0.05%XC+2%FLOcat+1%SMP+1.5%TEX+ 1.5%LUBe。在非储层段钻井液配方的基础上加入了成膜剂HN-1使之转换为超低渗透钻井液。通过实验构建了恩平24-2油田超低渗透钻井液，其配方为：在上述配方中加入1.5%HN-1。钻井液配制好后用超细碳酸钙加重至1.15g/cm³，钻井液热滚后基本性能见表 1。研究结果表明，HN-1基本不影响恩平24-2油田非储层段KCl/PLUS钻井液的流变性能，且在一定程度上降低了钻井液的滤失量。

表 1(Table 1)

表 1 钻井液基本性能

表 1 钻井液基本性能

通常采用滤纸作为隔离介质测量钻井液滤失量，但由于滤纸是均质的，而地层是非均质的，因此不能准确反映地层的实际情况。为此，在测定钻井液的滤失量或滤液侵入岩心的深度时，采用可视化FA型无渗透滤失仪，其结构与常规滤失仪相似，主要的区别是采用砂床代替滤纸作为隔离介质。采用可视化FA型无渗透滤失仪研究了恩平24-2油田非储层段钻井液和超低渗透钻井液侵入砂床的深度。在圆柱筒中加入350 cm³经清水洗净后烘干的砂子(粒径为0.45~0.90 mm)，压实铺平，慢慢加入500 mL钻井液。按API滤失量测试方法加压至0.69 MPa并测量钻井液30 min侵入砂床的深度。非储层段钻井液侵入砂床深度为9 cm，而超低渗透钻井液侵入砂床深度为5 cm。

在GGS71-A型高温高压滤失仪底部加人200 g洗净并烘干后的砂子(粒径为0.45~0.90 mm)，并加入300 mL配制好的恩平24-2油田非储层段KCl/PLUS钻井液的和超低渗透钻井液，测定非储层段钻井液和超低渗透钻井液30 min的高温高压滤失量(温度80℃、压力3.5 MPa)，实验结果见表 2。实验结果表明，非储层段钻井液中加入1.5%成膜剂HN-1后，钻井液的高温高压砂床滤失量减少了，成膜剂HN-1在高温高压条件下对砂床具有很好的封堵能力。

表 2(Table 2)

表 2 钻井液高温高压砂床滤失量

表 2 钻井液高温高压砂床滤失量

将恩平24-2油田岩心装入高温高压岩心夹持器，在钻井液容器中加入已经配制好的钻井液。将岩心和钻井液加热至80℃，将高温高压岩心夹持器和平流泵分别加压至4.2 MPa和0.7 MPa。按HTHP滤失量测试方法测量钻井液30 min的滤失量，如果滤失量为0，取下岩心，测量滤液侵入岩心的深度。将清除表面滤饼后的岩心重新装入岩心夹持器，同时将钻井液容器中的钻井液更换为恩平24-2油田地层水并开启平流泵，逐渐将平流泵加压直至有液滴流出，此时平流泵压力为岩心最高承受压力。根据实验步骤，实验研究了非储层钻井液和超低渗透钻井液侵入后的岩心最高承受压力，实验结果见表 3。成膜剂HN-1在恩平24-2油田岩心表面上形成隔离膜，封堵岩心表面孔喉，降低了钻井液滤失量，提高了岩心的承压能力。

表 3(Table 3)

表 3 岩心承压能力

表 3 岩心承压能力

根据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6540-2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》^[3]，采用JHDS高温高压动失水仪以及岩心渗透率测定仪评价了超低渗透钻井液对恩平24-2油田储层保护能力。在压差为3.5 MPa、温度为80℃、剪切速率为300 s^-1条件下，钻井液反向污染岩心125 min。反向驱替后，测量岩心污染后的渗透率，并计算渗透率恢复率值。将岩心被污染的一端切除后，重新测定其渗透率。如果渗透率恢复值大于95%，岩心被切除的长度即为钻井液滤液侵入岩心深度，实验的两块岩心是恩平24-2油田岩心，实验结果见表 4。超低渗透钻井液具有良好的储层保护能力，污染后的两块岩心渗透率恢复值均达到90%以上。钻井液滤液侵入岩心深度浅，经切除0.5 cm后两块岩心渗透率恢复值均大于95%。超低渗透钻井液在岩心的表面形成保护层，阻止了钻井液及其滤液渗透到岩心深处，防止地层内黏土颗粒发生运移，减少对储层造成伤害，有效地保护了储层。

表 4(Table 4)

表 4 超低渗透钻井液储层保护实验结果

表 4 超低渗透钻井液储层保护实验结果

(1) 超低渗透钻井液有利于提高应力敏感性地层承压能力、保护油气层以及地层适应性较广泛的显著特点。

(2) 成膜剂HN-1主要由有机硅酸盐材料和有机胺改性天然纤维聚合物材料按照一定比例复配而成，有机硅酸盐和有机胺改性天然纤维聚合物通过协同效应在井壁上形成隔离膜，阻止了钻井液中固相和液相侵入地层。

(3) HN-1不影响钻井液流变性能，能快速形成封堵膜，降低钻井液的滤失量，降低了钻井液侵入砂床深度和钻井液高温高压砂床滤失量，提高钻井液封堵能力和岩心承压能力。

(4) 超低渗透钻井液的滤液侵入恩平24-2油田岩心深度浅，岩心渗透率恢复值高，具有良好的储层保护能力。