改性纳米SiO2强化页岩井壁：疏水多级表面在钻井工程中的应用

"改性纳米SiO2在页岩表面制备疏水多级表面用于钻井工程井壁加固研究" 在石油和天然气钻井工程中，井壁稳定是确保安全高效作业的关键因素。该研究引入了一种疏水性纳米二氧化硅（HNS），作为水基钻井液（WBM）的添加剂，用于改善井壁的稳定性。HNS能够有效抑制泥页岩的膨胀和分散，从而减少井壁不稳定的风险。 研究中，通过一系列实验如线膨胀试验、热轧恢复试验和抗压强度试验，评估了HNS的加固性能。实验结果显示，HNS对泥页岩的线性膨胀有显著抑制效果，比使用水时的膨胀度降低了20%。同时，HNS提高了水敏性页岩的回收率，达到11.53倍，优于传统的页岩抑制剂如KCl和多胺。 通过Zeta电位、颗粒粒径、接触角和表面张力等测试，以及扫描电子显微镜（SEM）分析，揭示了HNS加固井壁的机制。HNS的正电荷使其能够通过静电吸附与粘土表面的负电荷相互作用，阻止粘土颗粒的聚集。此外，HNS在页岩表面形成微纳级别的荷叶状结构，显著提高页岩表面的疏水性，接触角增大，降低表面自由能，进而抑制页岩的水化作用。 进一步的分析指出，HNS的使用减少了毛细管效应，阻碍了水分的侵入，同时有效堵塞了泥质孔隙，有助于保持井筒的稳定性。这种方法为抑制页岩的表面水合和渗透水合提供了新的策略，对于防止井壁失稳具有重要意义。 总结来说，改性纳米SiO2是一种高效的页岩抑制剂，能够通过改变页岩表面性质，构建疏水多级表面，从而增强钻井工程中井壁的稳定性。这项研究不仅提供了理论基础，也为实际钻井作业中解决井壁稳定性问题提供了实用的技术解决方案。