大曲率段煤层坍塌机理及防塌钻井液技术研究

煤层气以及过煤层钻井是我国当前钻井工程的一项急需技术。其中,水平井中大曲率煤层井段钻进的井壁不稳定问题一直是煤层防塌钻井液技术中的难点之一。由于煤层本身硬度小,脆性大,割理发育,机械强度低,容易垮塌,加上大曲率井段煤层悬重大,煤岩地层遇水后更易发生严重垮塌,轻者卡钻划眼,重者埋钻具,导致井眼钻井工程报废,严重制约着我国煤层气钻井技术的快速发展。 本论文研究了大曲率段煤层易发生坍塌的力学和物理化学性质和机理,发现大曲率煤层段由于自身强度低,受到悬重大因素的影响,在钻井的过程中间容易发生应力作用坍塌；煤层微裂缝中的粘土颗粒受到钻井液滤液的作用容易膨胀,作用于煤层,会促进煤层坍塌。 针对这种现象,本文提出了采用磺化沥青作为封堵剂,用封堵微裂缝的方法来防止煤层坍塌。通过模拟煤层微裂缝的新型评价方法来评价封堵剂的封堵效果。研究表明,磺化沥青不但能在井壁上能形成致密坚韧的粘糊状泥饼,防止了钻井液滤液的进入；而且由于磺化沥青软化后能被挤入到煤层的微裂缝和割理中,其离子与煤层产生胶结作用,增强了煤层的硬度,使得煤层受到应力作用时不容易发生应力坍塌。 通过对含磺化沥青的钻井液中的配浆土、增粘剂、降滤失剂、加重剂等的优选,建立了适合大曲率段煤层钻井的聚合物钻井液体系：Ⅰ4%土浆+4%MMH+%SPNH+3%SMP+4%磺化沥青+3%多元醇+7%KCl+重晶石Ⅱ4%土浆+4%MMH+0.15%KPAM+5%CHSP-1+3%PSC+4%磺化沥青+3%多元醇+7%KCl+重晶石 Ⅲ油水比=煤油：配方Ⅱ=9：1 分别对以上三种钻井液体系进行了室内评价,结果证明,磺化沥青钻井液具有良好的防塌效果。