综合勘探开发煤系“三气”在垂向上拓展了煤层气的勘探领域,是提高煤层气单井产量和煤层气开发效益的重要途径,正在成为目前的重点勘探方向。但由于赋存机理、储层改造技术、采气和集输技术等差异,煤系“三气”共采难度大,对钻进时所需的水基钻井液也提出了更高的要求。由于砂岩地层较少出现井壁失稳问题,要求钻井液能同时解决钻进煤层、页岩和砂岩地层的井壁稳定问题。因为在实际钻进过程中,不太可能频繁地转换钻井液体系;而且在储层钻进过程中,还须考虑储层保护问题。论文分析了西南地区贵州织金和毕节地区煤系地层的理化组成,探究了钻井液电性和润湿性影响煤岩和页岩井壁稳定性的作用规律与机理,研究了可实现“三气”共采条件下煤系地层井壁稳定的水基钻井液体系。论文主要内容如下:第一章介绍论文的选题来源、目的和意义,分析该领域的国内外研究现状,同时介绍研究内容、研究目标与研究方法。第二章从矿物组成、微观结构、比表面积及孔隙度等方面分析煤系地层岩样(煤岩和页岩)的物理化学特征。研究发现:织金龙潭组煤样粘土矿物含量较多,非晶质含量偏高,裂隙孔喉发育;毕节龙潭组煤样具有明显的层状结构,裂隙较为发育,易破碎,白云石和石英等脆性矿含量较高,硬度较大;秀山地区页岩含量较高,脆性指数高,粘土矿物含量中等,含有一定的绿泥石等易水化膨胀的岩石矿物,水化膨胀效果中等。第三章研究钻井液电性对煤岩井壁稳定性的影响。研究发现:无机正电胶MMH-1对织金地区龙潭组煤样的抑制效果较优;正电胶溶液能够有效阻缓煤样中的孔隙压力传递,从而增强煤系地层井壁稳定性;正电胶处理剂主要通过电性中和、与粘土颗粒争夺水分子来体现出抑制性。第四章深入研究了润湿性对煤系地层井壁稳定性的影响。研究发现:针对织金和毕节地区龙潭组煤岩优选的复合表面活性剂能够有效降低钻井液与岩样(煤岩和页岩)的界面张力,提高与岩样的接触角;复合表面活性剂组合能够有效阻缓煤系地层孔隙压力传递,从而增强煤系地层井壁稳定性;阳离子型表面活性剂通过与页岩之间的化学吸附来增大钻井液与页岩的接触角,使页岩的疏水性增强,从而增强页岩井壁稳定性。第五章针对织金和毕节地区煤系地层,分别提出了一套适合煤系“三气”共采钻井作业的水基钻井液体系。研究发现:针对织金地区煤系地层,无机正电胶MMH-1、复合表面活性剂与水基钻井液配伍性良好,优选的钻井液与煤岩和页岩的接触角分别为77.5°和66.5°,有良好的抑制性、抗温和抗污染(无机盐和钻屑)能力,对原状煤岩岩心的伤害程度仅为3.8%;针对毕节地区煤系地层,钻井液粘度适中,API滤失量仅为7mL,对煤岩和页岩水化的抑制性强,储层伤害程度低,抗污染能力强,为环境友好型钻井液。论文主要创新点有:(1)阐述了润湿性影响煤系地层井壁稳定性的作用机理。研究发现,阳离子型表面活性剂通过与页岩表面之间的化学吸附来增大钻井液与页岩的接触角,使页岩的疏水性增强,从而增强页岩井壁稳定性;(2)分别针对织金地区和毕节地区,分别遴选出一套能增强煤系地层井壁稳定性的水基钻井液体系。所研发的钻井液与已有类似研究成果相比,在满足抑制煤岩和页岩水化、具有良好的抗温和抗污染(无机盐、钻屑)能力和低储层伤害程度的同时,还能显著增强煤岩和页岩的疏水性,具有较低的表面张力,能减低后期煤系气开采的阻力。下一步,将遴选效果更优的表面活性剂组合,并争取将本文研究成果应用于煤系“三气”共采的工程实践之中。