页岩气作为国家新兴战略产业,现已在涪陵、长宁-威远和昭通页岩气田实现了初步规模开发。目前在页岩气水平段钻井过程中主要用油基钻井液,但随着环保法规执行力度加强和环保意识深入人心,页岩气水基钻井液逐渐成为人们关注的重点。在页岩气水平井用常规水基钻井液钻进时,由于其抑制性不足、封堵性能差和润滑性不够,严重制约了常规水基钻井液的使用。因此,有必要开展页岩气水基钻井液体系研究,以适用于水平段泥页岩地层的钻进,让页岩气的开发更加“安全、优质和高效”。本文分析了国内外页岩气开发和页岩气水基钻井液的发展现状,针对油基钻井液的环保问题和KCl聚合物防塌钻井液在涪陵焦石坝区块泥页岩水平井钻进时的不足,选取涪陵焦石坝龙马溪-五峰组露头页岩为研究对象,开展了新型高效水基钻井液的抑制剂、降滤失封堵剂和润滑剂等的研究、优选和评价。以抑制、降滤失和润滑相关作用机理出发,对比目前页岩气水基钻井液常用的抑制剂,优选KCl和HCOONa为抑制剂,CMC-LV为稳定剂,AB-201为高温稳定剂,并以此为基础,通过大量的实验研究,研制出一种新型高效水基钻井液体系。体系配方:水+0.6%膨润土+1%NaOH+0.8%HZ-01(CMC-LV)+5%HW-01(AB-201)+5%HZ-02(SMP-Ⅱ)+7%HJ-01(JNJS)+6%HR-01(FT-1)+2%HR-03(YH-8)+8%HR-02(防卡润滑剂)+2%乳化剂+2%超细CaCO₃+12%KCl+11%HCOONa+重晶石。研究结果表明该体系在抑制性、封堵性和润滑性上能满足页岩气水平井钻进的要求。体系的抑制效果与油基钻井液相接近,优于常规水基钻井液,对龙马溪-五峰组露头页岩的膨胀率和滚动回收率分别为5.12%和100%;用“刚性颗粒+塑性颗粒”复配的一种强封堵体系,封堵效果与油基钻井液相当,优于常规水基钻井液,常温中压失水量甚至低于油基钻井液,其中FL_API为1.4ml,FL_HTHP为4.2ml,泥饼薄而致密;用防卡润滑剂和乳化剂复配组成的高效润滑剂,润滑效果优于常规水基钻井液,体系的摩阻系数为0.14。研究结果表明该体系在满足强抑制、强封堵性和良好润滑性的基础上,还具有良好的加重性能、抗侵污性能和热稳定性能。体系在1.2g/cm³、1.35g/cm³、1.5g/cm³、1.7g/cm³密度段都有着良好的流变性能和滤失性能,而且泥浆性能稳定,其中体系密度为1.5g/cm³时,AV为66mPa·s、PV为58 mPa·s、YP为8.2Pa、FL_API为1.4ml、FL_HTHP为4.8ml;体系在8%NaCl和8%岩屑的侵污后,流变性能和滤失性能都基本无明显的变化,依旧有着良好的流变性能和滤失性能;体系在130℃老化后,黏度略有下降,失水量无明显的变化,依旧保持着良好的流变性能和滤失性能。研究结果表明新型高效水基钻井液不仅能解决在水平段泥页岩地层钻进时用油基钻井液的环保问题,也能克服用常规水基钻井液的不足,而且能满足水平段泥页岩地层钻进的要求,对页岩气开发提供了区域环境安全保障。