考虑气体吸附的煤层钻井液密度对井壁稳定性影响分析

"气体吸附对煤层安全钻井液密度的影响" 在钻探煤层时，井壁稳定性是一项关键因素，因为煤岩中的割理发育导致煤层非均质性显著，容易引发井壁垮塌，进而可能掩埋钻具。传统的解决方法是采用基于经典连续介质理论的钻井液密度窗口预测模型，但这种模型在现场应用中往往不能达到理想的效果。主要原因在于，实际的煤层中存在着大量的吸附态甲烷（CH4），这会削弱煤岩的力学强度，加剧井壁的不稳定性。 文章提出了一种新的分析方法，考虑到煤层作为非连续介质的特性，运用非连续介质力学构建的离散元模型来研究钻井过程中的煤层井壁稳定性。该模型能够更精确地模拟煤层的实际状况，尤其是在考虑了气体吸附对煤岩力学性能的影响后，能更准确地预测钻井液的最佳密度，以确保井壁的稳定。 在气体吸附的影响下，煤岩的力学强度降低，钻井液密度的选择必须适应这一变化。通过结合连续介质强度分析法，可以确定在气体吸附作用下煤层所需的防塌钻井液密度。在实际案例中，研究人员基于山西省宁武盆地的煤岩数据和现场钻井液资料，运用上述理论进行计算，得出结论：为了防止煤层垮塌，钻井液的密度应大于1.009 g/cm3。此外，为了进一步增强钻井液的封堵能力，建议在钻井液中添加暂堵剂。 关键词涉及的内容包括煤层地质特性、非连续介质力学、气体吸附对煤岩的影响、钻井液密度的决定因素以及井壁稳定性的维护策略。这些关键知识点对于煤层钻井作业的安全性和效率具有重要指导价值，有助于改进钻井工艺，降低事故风险，提高钻探成功率。