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摘要
针对南海天然气水合物弱胶结泥质疏松砂岩储层井壁坍塌、失稳难题，本文从模仿贻贝邻苯二酚基团水下粘附机理的思路出发，利用具有成膜性能的聚乙烯醇(PVA)和富含邻苯二酚和邻苯三酚基团的单宁酸(TA)复配，研制了一种能够在水下环境提高井壁稳定性的钻井液固壁剂—仿生强化井壁稳定剂(JBWDJ)。从主动提高粘土矿物颗粒间胶结强度、抑制粘土水化分散、膨胀和稳定水合物构型3个方面强化储层稳定。实验结果表明：JBWDJ浸泡16 h后的岩心土块保持形状完整且具有一定抗压强度，而被清水、聚丙烯酰胺、聚胺抑制剂等溶液处理后的岩心土块均呈散砂状；与未处理岩心相比，JBWDJ可将人造岩心抗压强度提高2.01倍；SiO2微球修饰的原子力探针与5%JBWDJ的粘附力达2314 nN;3%JBWDJ的水溶液处理后的页岩岩屑滚动回收率为80.85%，与清水(48.4%)、聚合物固壁剂(52.35%)和氯化钾(26.3%)溶液处理后的岩屑相比，可显著提高岩屑回收率；含3%JBWDJ的钻井液体系岩心膨胀高度仅为0.9 mm，与不含JBWDJ钻井液体系浸泡处理后岩心土块膨胀高度相比，可将膨胀高度降低50%。流变测试和储层保护实验评价表明，该JBWDJ具有较好的流变性和一定的储层保护能力。透射扫描电镜(TEM)、红外光谱、扫描电镜(SEM)和能谱元素(EDS)等微观机理分析表征阐述了JBWDJ固壁的作用机理。该JBWDJ通过氢键作用构建了网状结构，吸附在岩心颗粒表面，增强了粘土矿物颗粒间的胶结，并在表面形成致密的仿生膜。且具有较好的抑制粘土水化膨胀、分散的效果，从而实现提高岩心抗压强度，强化储层稳定的目的。同时原位拉曼光谱对比分析表明JBWDJ不改变I型甲烷水合物的结构。通过上述力学性能测试和微观机理表征可得出，JBWDJ可为保障水合物储层井壁稳定提供新材料。
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