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大吉区块深层煤岩-夹矸地层岩液作用机理研究与钻井液对策

王维,  金家锋,  亓宗凯,  苗强,  王赠龙,  杨干,  徐杰

王维,金家锋,亓宗凯,等. 大吉区块深层煤岩-夹矸地层岩液作用机理研究与钻井液对策[J]. 钻井液与完井液,2026,43(5):649-660 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.009
引用本文: 王维,金家锋,亓宗凯,等. 大吉区块深层煤岩-夹矸地层岩液作用机理研究与钻井液对策[J]. 钻井液与完井液,2026,43(5):649-660 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.009
Wang Wei, Jin Jiafeng, Qi Zongkai, et al.Rock-fluid interaction mechanisms in deep coal rock-parting formations and drilling fluid countermeasures in the Daji block[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(5):649-660 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.009
Citation: Wang Wei, Jin Jiafeng, Qi Zongkai, et al.Rock-fluid interaction mechanisms in deep coal rock-parting formations and drilling fluid countermeasures in the Daji block[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(5):649-660 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.009

大吉区块深层煤岩-夹矸地层岩液作用机理研究与钻井液对策

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.009
基金项目: 国家科技重大专项项目“深层煤岩气水平井安全高效钻完井技术攻关与集成应用”(2025ZD1405703);中国石油集团公司攻关性应用性科技专项“深地煤岩气优快钻完井技术研究”(2023ZZ18YJ05);中石油煤层气有限责任公司科技项目“深层煤岩气开发配套工艺技术研究”(2025-KJ-09);中央高校基本科研业务费专项资金资助“深层煤岩强π键化学胶结固壁剂研发及井壁强化机理”(25CX02003A)。
详细信息
    作者简介:

    王维,高级工程师,硕士研究生,毕业于西安石油大学大学油气田开发专业,现在从事非常规油气钻完井技术研究工作。电话18165308908;E-mail:527880533@qq.com

    通讯作者:

    金家锋,副教授,主要从事煤层气钻井液理论与技术研究工作;E-mail:jinjf@upc.edu.cn。

  • 中图分类号: TE254

Rock-fluid Interaction Mechanisms in Deep Coal Rock-parting Formations and Drilling Fluid Countermeasures in the Daji Block

  • 摘要: 针对鄂尔多斯盆地东缘大吉区块深层煤岩水平井井壁失稳难题,从岩心矿物组分、宏微观结构特征、理化性能与力学性质多维度开展系统分析,最终揭示了该区块深层煤岩-夹矸地层的岩-液作用机理。结果表明,煤岩原生割理-裂缝结构的水化强度弱化效应,与深灰色泥质夹矸的微裂缝水化扩张、次生裂缝衍生及黏土矿物水化膨胀效应协同作用,所导致的煤岩-夹矸复合层力学强度衰减,是煤层气水平井水平段井壁失稳的主控因素。基于上述岩-液作用机理的揭示成果,提出“多级封堵-疏水抑制-密度适配-精细管控”协同的井壁稳定技术思路,以“成膜+疏水”核心功能处理剂为技术核心,构建出兼具强封堵、强抑制、强支撑特性的“三强”钻井液体系。室内性能评价结果表明,各项指标均满足工程要求。现场应用表明,该套钻井液体系成功支撑JS6-3P02井顺利完井:该井水平段长度达2062 m,煤层靶体钻遇率100%,水平段钻井周期仅7 d,实现水平段单趟钻完钻且全程无井下复杂事故,是大吉区块首口完钻的2000 m以上深层煤层气长水平段水平井。该套体系成果应用能够满足现场煤层气长水平井钻井的需要,具有较好的推广应用前景。

     

  • 图  1  大吉区块典型“一分型”“二分型”煤层结构连井剖面图

    图  2  大吉区块典型井“三分型”煤层结构剖面图

    图  3  8#煤岩及夹矸宏观示意图

    图  4  煤岩/深灰色泥岩(夹矸)扫描电镜示意图

    图  5  煤岩/夹矸的全岩矿物和黏土矿物分析

    图  6  煤岩和深灰色泥岩(夹矸)中可溶性组分实验结果

    图  7  煤岩和深灰色泥岩(夹矸)润湿性测试结果

    图  8  煤岩和深灰色泥岩(夹矸)自吸前后核磁T2谱

    图  9  煤岩CT扫描图像分析

    图  10  深灰色泥岩(夹矸)浸泡前后CT扫描3D形态与三维孔缝模型

    图  11  夹矸浸泡前后裂缝及孔隙度的变化

    图  12  不同浸泡时间下煤岩基质力学性能

    图  13  岩液作用下煤岩三轴力学演化特征

    图  14  岩液作用下深灰色泥岩(夹矸)三轴力学演化特征

    图  15  岩液作用下煤岩/夹矸连接体力学实验

    图  16  疏水抑制剂研选

    图  17  形成致密封堵层的封堵剂组合驱替后的入口压力曲线

    图  18  组合3对岩心封堵前后的核磁T2谱图

    图  19  优化后钻井液体系自吸水情况

    表  1  煤岩和深灰色泥岩(夹矸)自吸量实验结果

    岩性 自吸量/g
    1 h 5 h 10 h
    煤岩 0.0823 0.268 0.2812
    灰色泥岩(夹矸) 0.1189 0.3751 0.3908
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    表  2  优化后钻井液体系的抗温性能

    实验
    条件
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI /
    mL
    老化前 45.5 29 16.5 6/8.5 3.0
    80 ℃、16 h 40.5 26 14.5 5/5.5 3.4
    老化前 44.5 28 16.5 6/8.5 3.0
    100 ℃、16 h 37.5 25 12.5 4/4.5 4.0
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    表  3  优化后钻井液体系的抗污染性能

    污染物 实验
    条件
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI/
    mL
    原始钻井液 老化前 45.5 29.0 16.50 6/8.5 3.0
    80 ℃、16 h 40.50 26.0 14.50 5/5.5 3.4
    5%NaCl 老化前 42.00 32.5 9.50 5/9.0 3.2
    80 ℃、16 h 46.25 27.5 18.75 7/10.0 3.0
    1%CaCl2 老化前 26.00 18.0 8.00 4/6.0 1.8
    80 ℃、16 h 29.00 15.5 13.50 4/4.0 2.8
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    表  4  JS6-3P02井实钻过程中钻井液的性能

    井深/m ρ/(g·cm−3) PV/mPa·s YP/Pa φ3/φ6 FLAPI/mL 摩阻系数
    2446 1.40 30 21.0 8.0/14.0 3.4 /
    2600 1.42 29 18.0 7.0/12.0 3.3 0.061
    3031 1.42 32 21.0 8.0/15.0 3.2 0.058
    3224 1.42 32 21.5 8.0/15.0 3.4 0.058
    3506 1.42 35 22.0 7.0/14.0 3.3 0.058
    3810 1.42 36 22.5 7.0/15.0 3.2 0.058
    4065 1.44 36 23.0 6.0/14.0 3.3 0.058
    4140 1.44 36 22.5 8.0/15.0 3.4 0.058
    4260 1.44 38 23.0 8.0/15.0 3.4 0.058
    4506 1.44 38 19.0 7.0/15.0 3.3 0.058
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-02-05
  • 修回日期:  2026-06-12
  • 刊出日期:  2026-10-01

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