油基钻井液在页岩气井钻井中占据着主导地位,但随着人们环保意识的不断提高和为了增加经济效益,页岩水基钻井液逐渐成为人们关注的重点。常规水基钻井液体系对页岩水平井而言,其润滑性和井眼清洁能力较差,在造斜段和长水平段易出现高摩阻和高扭矩的现象,同时水相的侵入还会造成页岩水化和内部结构损伤破坏,引起井壁坍塌。这些问题严重制约了水基钻井液在页岩气开发中的应用。因此,针对页岩气层水基钻井液开展系统研究,对我国页岩气的开发具有重要意义。本文以长宁-威远地区龙马溪组页岩为研究对象,在对其组构特征及已钻井地质、工程资料进行系统研究和梳理分析的基础上,开展了页岩水基钻井液的封堵剂、降滤失剂、抑制剂和润滑剂的评价和优选。通过大量的配伍性实验,初步研制出了可用于该页岩气层水平井钻井的水基钻井液体系。取得了以下认识和成果:(1)长宁-威远龙马溪组页岩的矿物组成以石英和黏土矿物为主,其中黏土矿物主要以伊利石为主,并含有少量伊/蒙混层和绿泥石。受压实作用影响,页岩矿物颗粒胶结致密,岩石内部发育有大量微孔隙和微裂缝。因此,“有效封堵”和抑制水化是页岩水基钻井液性能设计与优化中必须解决的关键问题。(2)通过API和HTHP滤失量实验优选出了降滤失效果最好的微纳米封堵剂LAT和ReduSH分别作为页岩水基钻井液的封堵剂和降滤失剂;经抑制膨润土造浆率实验、热滚实验优选出表面水化抑制剂UHIB作为页岩水基钻井液用抑制剂;通过粘滞系数测定仪测定相关系数后选用键合型润滑剂作为页岩水基钻井液用润滑剂。经大量配伍性实验建立页岩水基钻井液体系:3%土浆+0.5%NaOH+5%PEG+3%LAT+3%UHIB+7%KCl+3%ReduSH+3%键合型润滑剂+0.8%SP-80+重晶石。(3)经性能评价实验可知,所研制的页岩水基钻井液体系的封堵能力和抑制性能均较好,并具有良好的润滑性能,其井壁稳定能力强于长宁地区现使用的聚磺和聚合物钻井液体系,而弱于油基钻井液体系,同时具有良好的抗污染能力及对环境无污染。