山前地区深井超深井套管防磨与减磨技术研究

针对山前地区深井超深井钻井过程中套管磨损严重的问题,在分析套管磨损机理的基础上,开展了山前地区套管防磨与减磨技术研究,基于技术研究成果及应用实践,得到如下结论:1应用Power V等垂直钻井系统控制井眼轨迹,特别是上部井段的狗腿度和井斜,可明显减小侧向力和磨损量,缩短套管磨损时间;2应综合考虑套管磨损率、磨损系数以及钻杆耐磨带本身的磨损量,优选出效果最优的耐磨带;在狗腿度严重的位置,可考虑采用一定数量的橡胶钻杆卡箍来减轻对套管的磨损;3山前地区钻井液采用CX-300减磨剂能够显著降低磨损速率,减轻套管磨损程度,但在不同钻井液体系使用之前应进行优化分析以确定最佳使用量;4在迪那204井使用高密度钻井液体系,全部采用优选的高密度重晶石粉代替铁矿粉作为加重剂,整个钻进过程中未出现钻具及套管磨损,迪那204井易损件消耗量仅为邻井迪那203井的左右,防磨减磨效果非常显著。     

钻井液黏度对套管磨损影响的实验研究

在深探井钻井过程中，套管磨损问题越来越引起广泛重视。钻井液作为套管和钻杆之间的介质，研究其黏度对套管和钻杆磨损的影响具有重要的现实意义。采用磺化水基钻井液，针对钻井液的黏度进行了一系列不同工况下的套管和钻杆磨损实验。结果表明，清水在钻杆接头和套管之间的磨损中，减磨效果最差，套管磨损表面呈现大量的剥落坑；套管和钻杆的磨损主要是接触疲劳磨损和磨粒磨损共同作用的结果，出现了大量的剥落和球状颗粒；高黏度钻井液比低黏度的钻井液润滑作用强，因此钻井液黏度越高，套管和钻杆的摩擦系数越低，减缓了套管和钻杆的磨损，延长了套管和钻杆的使用寿命。     

微粉重晶石高密度钻井液性能研究

国外现场应用表明,微粉重晶石加重技术能很好地解决超深井复杂井钻井现场遇到的很多难题,但目前中国关于微粉重晶石加重技术的研究应用报道较少。考察了微粉重晶石、普通重晶石、铁矿粉加重的高密度钻井液流变性、沉降稳定性、润滑性,研究了微粉重晶石高密度钻井液的储层保护技术,进一步利用3种加重材料的粒度分布、表面电性、微观形貌基本性质探讨了微粉重晶石改善高密度钻井液性能的作用机理。实验结果表明,微粉重晶石加重高密度钻井液黏度效应低,沉降稳定性与润滑性明显优于普通重晶石和铁矿粉高密度钻井液;通过优选架桥粒子与降滤失剂可以在一定程度上减轻储层伤害程度,满足各种复杂井对高密度钻井液的需要。     

高密度钻井液加重剂的研究

随着勘探开发向纵深发展,深井、超深井钻探数量增加,高密度钻井液加重剂的研究必将越来越受到重视。钻井液中最常用的加重剂是重晶石,其他还包括密度较低的碳酸钙,密度高的铁矿粉、四氧化锰和方铅矿粉等。加重剂的加入使钻井液固相含量增加,从而导致钻井液的流变性、滤失造壁性和润滑性变差。基于“堆积理论”,通过优化加重剂粒径级配可改善高密度钻井液的流变性;通过对加重剂表面进行改性,可以改善加重剂的悬浮性和降低对流变性的影响。通过“实时”分离、回收,可以大大降低高密度钻井液的成本和减少钻井液废弃物。加重剂的加重性能优化以及经济高效回收再利用技术将是高密度钻井液加重剂研究的发展趋势。     

油气井套管磨损规律试验研究

为增强油气井套管减磨设计的针对性,对套管磨损规律进行了试验研究。利用模拟井下工况的钻杆/套管摩擦磨损试验机,通过改变试验载荷,首先分析了接触力对套管磨损的影响;再以S45C、S55C、N80和P110等钢级套管在不同密度钻井液中进行试验,对比分析了各材质套管在不同加重剂条件下的磨损特性。试验发现:在非加重钻井液中,套管的磨损率普遍较高;随着钻井液密度增大,套管磨损率先快速降低后又缓慢上升;重晶石粉与铁矿粉的质量比为2:1时,加重剂的减磨效果最显著。研究表明:套管磨损率与接触力呈近似线性关系;将接触力控制在一定范围内并合理选配加重剂和套管材质,可使套管磨损降至最低水平;套管磨损效率与其抗拉强度和屈服强度的比呈幂函数关系,并给出了计算套管磨损效率的经验公式。该研究结果可为套管磨损预测提供依据。      

加重剂对水基钻井液润滑性能影响的实验研究

通过粒度分布、扫描电镜、ZETA电位分析,考察了重晶石、活化重晶石、活化铁矿粉3种加重剂及其复配对钻井液加重到不同密度时对滤饼黏滞系数的影响。实验结果表明:高密度条件下,3种加重剂均有改善钻井液润滑性的作用,活化铁矿粉、活化重晶石、重晶石加重钻井液改善润滑性的临界密度分别为1.2、1.4和1.6 g/cm3;超过此密度的一定范围内,钻井液的润滑性均增强。复配加重比单独加重的润滑性效果更好。     

几种泥浆加重剂的减磨性能研究

在钻超深井、大斜度井、大位移井及水平井的过程中，套管和钻柱的磨损是必须考虑的问题。对套管磨损过程进行应力分析知，最大剪应力是造成套管磨损的主要原因；套管的磨损主要是接触疲劳磨损和磨粒磨损共同作用的结果。针对现有的减磨措施．文章利用改进的ML-100型试验机．分析对比几种泥浆加重剂的减磨性能．在钻井液中加入活性减磨加重剂，以改善钻井液的润滑性能．可方便有效地降低套管与钻枉的磨损。     

四氧化三锰水基钻井液润滑性能评价与研究

采用Zeta电位分析仪、激光粒度仪、扫描电镜测定了四氧化三锰、重晶石、铁矿粉的表面电荷、粒度分布和微观形状,对比考察了3种加重剂加重的水基钻井液的极压润滑系数和泥饼黏滞系数。实验结果表明,3种加重剂中,四氧化三锰颗粒的表面电荷最高,在钻井液中的表面亲水性最强,其颗粒呈球形,粒度分布窄、粒径小、比表面积大,颗粒的稳定性最强;因此四氧化三锰加重钻井液的极压润滑系数和泥饼黏滞系数最小;四氧化三锰、重晶石、铁矿粉加重钻井液泥饼润滑性改善的临界密度分别为1.3、1.5和1.5 g/cm3;重晶石、铁矿粉与四氧化三锰复配能改善他们加重钻井液的极压润滑性能及泥饼的润滑性能。分析其机理为四氧化三锰高的表面电荷使得颗粒分散均匀,降低了钻井液流动的内摩擦力,合理的粒度分布能增加起轴承效应的粒子数量,球形颗粒能显著降低钻井液固相颗粒之间的摩擦力。     

高密度钻井液粒度分布特征研究

利用激光粒度分析仪测定了塔里木油田迪那区块高密度钻井液及其在膨润土和加重剂的不同加量下的粒度分布特征.分析结果表明,随膨润土含量增加,钻井液体系中大颗粒含量增多,小颗粒含量减少;高分子聚合物对细粒黏土有比较明显的聚合作用;钻井液对加重剂有包被作用,活化重晶石亲水性强于铁矿粉;钻井液粒度分布主要与粘附有黏土的活性重晶石固相颗粒粒度分布有关.     

超微粉体加重高密度油基钻井液的性能

为解决高密度油基钻井液中采用常规重晶石粉加重多发生固相沉降的难题,室内分别研究了超微重晶石粉、超微铁矿粉、超微锰矿(中值粒径D504μm)加重高密度油基钻井液的性能,并研究了超微粉体和常规重晶石复配加重高密油基钻井液的性能。研究结果表明,与普通重晶石加重钻井液相比,采用3种超微加重的油基钻井液的流变性和电稳定性明显增强,超微材料性能优良程度排序依次为超微锰矿粉超微铁矿粉超微重晶石粉。将超微粉体和普通重晶石复配(质量比1∶1)加重至钻井液密度为2.3 g/cm3时,超微锰矿粉、超微铁矿粉和普通重晶石复配加重时可获得良好的流变性,而超微重晶石和普通重晶石复配加重后黏切偏大,流变性差,将乳化剂用量降低50%以上可获得良好流变性,复配加重油基钻井液180℃高温稳定性良好,热滚后的表观黏度仅为68 m Pa·s,塑性黏度为59 m Pa·s,初终切力为6 Pa/8 Pa,破乳电压达1732 V,稳定性指数TSI仅为0.5。超微粉体明显改善了钻井液的流变性、高温稳定性并降低处理剂应用成本,能更好地适应超深井复杂地质条件钻井需要。