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冀中地区深层煤岩气水平井强封堵钻井液技术

罗玉财 喻化民 孙昊 于建涛 冯丹 刘飞

罗玉财,喻化民,孙昊,等. 冀中地区深层煤岩气水平井强封堵钻井液技术[J]. 钻井液与完井液,2025,42(2):225-232 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.010
引用本文: 罗玉财,喻化民,孙昊,等. 冀中地区深层煤岩气水平井强封堵钻井液技术[J]. 钻井液与完井液,2025,42(2):225-232 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.010
LUO Yucai, YU Huamin, SUN Hao, et al.High plugging capacity drilling fluid technology for deep buried coal-bed methane drilling in Jizhong area[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(2):225-232 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.010
Citation: LUO Yucai, YU Huamin, SUN Hao, et al.High plugging capacity drilling fluid technology for deep buried coal-bed methane drilling in Jizhong area[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(2):225-232 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.010

冀中地区深层煤岩气水平井强封堵钻井液技术

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.010
基金项目: 中国石油天然气集团有限公司科技项目“渤海湾及外围盆地风险勘探和目标研究、工程技术攻关及现场试验”(2023YQX10103);中国石油集团渤海钻探工程有限公司科技项目“钻井液微裂缝高效封堵剂的研究”(2023D25F)。
详细信息
    作者简介:

    罗玉财,高级工程师,1987年生,毕业于东北石油大学油气井工程专业,现在从事钻井技术研究工作。电话 15130759735;E-mail:ktb_lyc18@petrochina.com.cn

    通讯作者:

    喻化民,高级工程师,1981年生,2005年毕业于长江大学应用化学专业,现在从事钻井液及储层保护研究工作。E-mail:93331573@qq.com

  • 中图分类号: TE254

High Plugging Capacity Drilling Fluid Technology for Deep Buried Coal-Bed Methane Drilling in Jizhong Area

  • 摘要: 冀中地区深部煤岩气水平井钻探面临可借鉴资料少、地质不确定因素多、煤层薄极易出层、煤层极易垮塌和卡钻风险高等诸多难点与挑战。从深入研究深层煤岩储层特性出发,得出煤系地层井壁失稳由力学因素和理化性能因素双重决定,而提高钻井液封堵性和抑制性是解决该问题的技术关键。在复合盐钻井液基础上用微纳米刚性封堵与柔性可变形封堵相结合形成了深部煤岩地层强封堵钻井液体系配方。室内用滚动回收率、砂床封堵和陶瓷滤芯封堵等实验评价结果显示,其抑制性与封堵性优于KCl聚合物和复合盐钻井液。信探1H井现场应用效果也表明,该钻井液体系中封堵类处理剂配伍性好,对钻井液性能无不良影响,能大幅降低API滤失量,能维护井壁稳定。在现场应用过程中,水平段进尺1270 m,煤层段浸泡23 d未发生井壁失稳现象,振动筛返出岩屑规整正常,仅见少量煤岩掉块,未见泥岩掉块,起下钻过程通畅无阻,无事故与复杂发生,解决了深层煤岩气水平井钻探过程井壁失稳难题,保障了钻井作业顺利进行,该技术的应用有助于深层煤岩气钻探领域实现高效规模开发与突破。

     

  • 图  1  抗压强度实验用煤岩岩心样柱图

    图  2  XT1井太原组煤岩岩屑样品SEM扫描图

    图  3  部分封堵类处理剂的粒径分布图

    图  4  不同钻井液的岩屑滚动回收率实验(93 ℃、16 h)

    图  5  钻井液陶瓷滤芯封堵效果图

    图  6  信探1H井水平段井眼轨迹调整图

    表  1  煤岩抗压强度实验结果

    岩性 编号 深度/
    m
    直径/
    mm
    长度/
    mm
    ρ/
    g·cm−3
    测试
    类型
    围压/
    MPa
    抗压强度/
    MPa
    弹性模量/
    GPa
    泊松比
    碳质泥岩 bz-1 2547.05 25.82 49.8 2.04 三轴实验 10 14.7437 3.21 0.288
    煤岩 bz-2 2548.62 25.58 49.36 1.31 单轴实验 0 19.4568 3.31 0.279
    粉砂质泥岩 bz-3 2549.11 25.36 49.68 2.48 三轴实验 20 72.4596 19.21 0.195
    深灰色泥岩 bz-4 2551.37 25.60 48.82 2.49 单轴实验 0 85.3632 28.49 0.221
    灰色粉砂质泥岩 bz-5 2545.60 25.34 48.54 2.60 三轴实验 20 142.1810 25.26 0.212
    灰色粉砂质泥岩 bz-6 2545.69 25.30 49.66 2.60 单轴实验 0 96.1729 16.38 0.213
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    表  2  XT1井太原组岩屑黏土矿物及全岩矿物含量

    岩性 黏土矿物相对含量/% 全岩定量分析/%
    K C I S I/S S C/S S 黏土总量 石英 钾长石 斜长石 方解石 白云石 菱铁矿 赤铁矿
    煤岩 88 12 75 97 3
    棕红色泥岩 52 16 32 45 61 33 2 4
    棕灰色泥岩 55 12 33 45 41 48 1 10
    棕绿色泥岩 52 12 36 50 59 38 3
    灰色泥岩 66 9 25 45 64 34 2
    深灰色泥岩 92 2 6 40 86 14
     注:K:高岭石 ,C:绿泥石, I:伊利石, S:蒙皂石, I/S:伊/蒙混层, C/S:绿/蒙间层,S:间层比。
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    表  3  XT1井太原组岩屑的线性膨胀量

    岩性井深/m测试介质膨胀量/mm防膨率/%
    评价土清水14.67
    评价土KCl-聚合物钻井液滤液10.09458
    泥岩2531清水1.99
    泥岩2531KCl-聚合物钻井液滤液1.7821
    煤岩2532清水1.04
    煤岩2532KCl-聚合物钻井液滤液0.4460
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    表  4  钻井液性能优化实验结果

    钻井液配方 实验条件 AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI/
    mL
    FLHTHP/
    mL
    现场KCl聚合物井浆 常温 53.0 34 19.0 5.5/14.0 5.4 12.6
    复合盐钻井液 常温 78.0 65 13.0 2.0/9.5 3.8
    93℃、16 h 76.0 51 15.0 2.5/7.0 3.6 10.8
    1#+2%YX(600目) 常温 82.0 66 16.0 2.0/9.5 3.5
    93℃、16 h 84.0 66 18.0 2.0/11.5 3.2
    1#+2%BH-HTF 常温 81.5 61 20.5 2.0/9.5 3.4
    93℃、16 h 100.0 68 32.0 4.5/12.5 3.2
    1#+2%BH-NFT 常温 70.0 58 12.0 1.0/7.0 3.2
    93℃、16 h 84.0 61 23.0 2.0/9.5 2.6
    1#+2%FT3000 常温 90.5 69 21.5 2.0/8.0 2.8
    93℃、16 h 103.0 75 28.0 2.0/11.5 2.5
    1#+2%YX(600目)+2%BH-HTF+2%BH-NFT+2%FT3000 常温 90.0 68 22.0 2.0/9.0 2.0
    93℃、16 h 104.5 81 23.5 2.0/8.5 1.8 7.2
     注:KCl聚合物井浆:(3%~4%)膨润土浆+0.5%NaOH+(0.3%~0.5%)大分子IND30/PAC-HV/CMC-HV/FA367 +(1%~2%)redul+(5%~7%)KCl +1%润滑封堵剂DRF+重晶石;复合盐钻井液(1#):KCl聚合物井浆+0.5%白沥青NFA-25+0.5%PGCS-1+15%weigh2
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    表  5  钻井液砂床封堵性评价实验

    配方 砂床粒
    径/目
    砂床
    高度/cm
    压力/
    MPa
    t侵入/
    min
    侵入
    深度/cm
    KCl聚合物井浆 20~40 30 0.7 25 >30
    强封堵钻井液 20~40 30 0.7 480 2.8
     注:采用93℃老化16 h后的钻井液。
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    表  6  不同钻井液陶瓷滤芯封堵性评价实验

    钻井液不同时间下的FL/mL
    5 min10 min20 min30 min45 min
    KCl聚合物井浆2.02.83.44.65.4
    强封堵钻井液00.20.21.01.6
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    表  7  钻井液体系对岩石抗压强度影响评价实验

    泥岩 编号 体系 抗压强度/
    MPa
    抗压强度
    降低率/%
    深灰色 bz-7 浸泡前 96.12 0
    深灰色 bz-8 蒸馏水 47.72 50.35
    深灰色 bz-9 KCl聚合物钻井液 75.92 21.01
    灰色粉砂质 bz-10 复合盐钻井液 80.59 16.16
    灰色粉砂质 bz-11 强封堵钻井液 89.36 7.03
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-21
  • 修回日期:  2024-11-06
  • 刊出日期:  2025-04-17

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