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一种钻井液粘附性评价装置及方法.pdf

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一种 钻井 粘附 评价 装置 方法
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摘要
申请专利号:

CN201510553198.0

申请日:

2015.09.01

公开号:

CN106483036A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 5/02申请日:20150901|||公开
IPC分类号: G01N5/02 主分类号: G01N5/02
申请人: 中国石油化工股份有限公司; 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院
发明人: 钱晓琳; 张国; 王海波; 林永学; 高书阳; 刘贵传; 张瑞
地址: 100728 ?#26412;?#24066;朝阳区朝阳门北大街22号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: ?#26412;┧即?#27605;升专利事务所 11218 代理人: 刘明华
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法律状态
申请(专利)号:

CN201510553198.0

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.12|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供了一种钻井液粘附性评价装置及方法。所述钻井液粘附性评价装置,包括模拟井筒,模拟井筒包括上盖与筒身,上盖与筒身可拆卸地密封连接,且模拟井筒的筒身的内表面不平整;模拟钻具,设置在模拟井筒内,且连接至模拟井筒的上盖。该钻井液粘附性评价装置结构简单、操作方便、模拟性好。

权利要求书

1.一种钻井液粘附性评价装置,其特征在于,包括:
模拟井筒,所述模拟井筒包括上盖与筒身,所述上盖与筒身可拆卸地密封
连接,且所述模拟井筒的筒身的内表面不平整;
模拟钻具,所述模拟钻具设置在所述模拟井筒内,且连接?#20102;?#36848;模拟井筒
的上盖。
2.根据权利要求1所述的钻井液粘附性评价装置,其特征在于,所述模拟
井筒通过加工钻井液老化罐形成。
3.根据权利要求1所述的钻井液粘附性评价装置,其特征在于,所述模拟
井筒的上盖与筒身通过螺纹密封连接。
4.根据权利要求1所述的钻井液粘附性评价装置,其特征在于,所述模拟
井筒的筒身的内表面具有沟槽。
5.根据权利要求1所述的钻井液粘附性评价装置,其特征在于,所述模拟
井筒的筒身内?#24230;?#34746;纹软管。
6.根据权利要求1所述的钻井液粘附性评价装置,其特征在于,所述模拟
钻具包括不同?#26412;?#30340;?#31181;?#25152;述不同?#26412;?#30340;?#31181;?#20043;间通过螺纹连接。
7.一种钻井液粘附性评价方法,利用如权利要求1-6之一所述的钻井液粘
附性评价装置,包括以下?#34903;瑁?br />
对模拟钻具进行称重,然后将所述模拟钻具连接至模拟井筒的上盖;
将待测钻井液倒入模拟井筒中,然后在模拟井筒中加入钻屑;
密封所述模拟井筒;
在加热滚动单元中加热并旋转所述钻井液粘附性评价装置;
从模拟井筒中取出带有钻屑的模拟钻具,将所述模拟钻具及其粘附的钻屑
烘干;
将烘干后的模拟钻具及其粘附的钻屑一起称重;
计算钻屑的重量,根据钻屑的重量评价所述钻井液的粘附性。
8.一种钻井液粘附性评价方法,利用如权利要求1-6之一所述的钻井液粘
附性评价装置,包括以下?#34903;瑁?br />
将所述模拟钻具连接至模拟井筒的上盖;
将待测钻井液倒入模拟井筒中,然后在模拟井筒中加入钻屑;
密封所述模拟井筒;
在加热滚动单元中加热并旋转所述钻井液粘附性评价装置;
从模拟井筒中取出带有钻屑的模拟钻具,将所述模拟钻具及其粘附的钻屑
烘干;
从所述模拟钻具上分离烘干的钻屑,并?#38498;?#24178;的钻屑进行称重;
根据钻屑的重量评价所述钻井液的粘附性。
9.根据权利要求7或8所述的钻井液粘附性评价方法,其特征在于,所述
加热滚动单元是高温滚子炉。
10.根据权利要求7或8所述的钻井液粘附性评价方法,其特征在于,根
据实际的井下温度设定所述加热滚动单元的加热温度。

说明书

一种钻井液粘附性评价装置及方法

技术领域

本发明属于钻井工程钻井液领域,具体涉及一种钻井液粘附性评价装置及
方法,对钻井液影响钻屑粘附钻具进而形成泥包钻具进行测试评价。

背景技术

在石油钻井过程中,钻遇泥页?#19994;?#26131;水化膨胀地层时,容易发生钻屑、软
泥、滤饼粘附在钻?#20998;?#22260;的部?#21482;?#20840;部区域,使得粘附物塞满牙轮钻头的牙轮
间隙或嵌在牙齿间隙,或有的堵塞喷嘴水眼或排屑返流槽,如进一步发?#32929;?#33267;
会全面包裹钻头。钻?#32442;?#21253;使钻头无法有效克取地层岩石,导致钻速变慢,在
处理无效的情况下只有起钻手动清除,因此造?#19978;?#38075;次数增多。钻?#32442;?#21253;?#26723;?br />了钻井时效利用?#21097;?#20005;重制约钻井速度的提高,延长了钻井周期。在钻进过程
中发生钻?#32442;?#21253;后,会造成钻头工作条件恶化,泥包后易发生憋跳现象,增加
司钻施压难度,对牙轮钻头易造成牙齿崩断或牙?#31181;?#30340;损坏;对PDC钻头会打
破其抗回旋平衡,容易造成其切削复合片的先期损坏,甚至可导致PDC钻头复
合片的崩、脱性损毁,从而给后续入井的PDC钻头构成一定的潜在危害。钻头
泥包不仅可以发生在钻进过程中,起下钻?#24065;?#24456;常见。钻头发生泥包会对钻井
的经济性和安全性带来明显的直接或间接的连锁影响。因泥包而发生钻进憋跳
后,如不能及时井下消除,要么就?#26723;?#38075;压继续钻进,要么就要起钻清理消除
泥包,有时甚至需要更换钻头,这样对提高机械钻速和行程钻速很不利,会消
耗更多钻头和额外增加钻井成本。钻?#32442;?#21253;后钻进接单根或起下钻作业,很容
?#23376;?#21457;井下抽吸或压力激动等负面作用,引发地层流体侵入或井漏,进而造成
溢流、井涌等不安全隐患,增加压井工作量和井喷的风险。更严重的是提下钻
?#24065;?#36896;成遇卡、遇阻或划眼时的突然憋停,如预判不准,会导致操作处理不当
或决策失误,很快就导致钻?#32442;?#21253;卡钻。

目前对于钻井液防钻屑等粘附钻具的性能,还没有专门的测定仪器及评价
方法。但就钻井作业现场使用钻井液情况看,由于缺乏明确的关于钻井液防粘
附的模拟评价数据,一般都是在发现了不是由于钻头使用时间长而导致的钻时
慢时,?#25490;卸?#26159;否有钻?#32442;?#21253;发生,再进行处理,无法预先对钻井液的防粘附
性能进行优选,有效地预防钻具不清洁的发生。目前尚未见?#25509;?#20851;钻井液影响
钻屑粘附钻具进而形成泥包钻具的测试装置。

发明内容

本公开的目的是弥补现有技术的空白,提供一种钻井液粘附性评价装置及
方法。

本公开的一方面提供一种钻井液粘附性评价装置,包括:模拟井筒,所述
模拟井筒包括上盖与筒身,所述上盖与筒身可拆卸地密封连接,且所述模拟井
筒的筒身的内表面不平整;模拟钻具,所述模拟钻具设置在所述模拟井筒内,
且连接?#20102;?#36848;模拟井筒的上盖。

优选地,所述模拟井筒通过加工钻井液老化罐形成。

优选地,所述模拟井筒的上盖与筒身通过螺纹密封连接。

优选地,所述模拟井筒的筒身的内表面具有沟槽。

优选地,所述模拟井筒的筒身内?#24230;?#34746;纹软管。

优选地,所述模拟钻具包括不同?#26412;?#30340;?#31181;?#25152;述不同?#26412;?#30340;?#31181;?#20043;间通
过螺纹连接。

本公开的另一方面提供一种钻井液粘附性评价方法,利用上述钻井液粘附
性评价装置,包括以下?#34903;瑁?br />

对模拟钻具进行称重,然后将所述模拟钻具连接至模拟井筒的上盖;

将待测钻井液倒入模拟井筒中,然后在模拟井筒中加入钻屑;

密封所述模拟井筒;

在加热滚动单元中加热并旋转所述钻井液粘附性评价装置;

从模拟井筒中取出带有钻屑的模拟钻具,将所述模拟钻具及其粘附的钻屑
烘干;

将烘干后的模拟钻具及其粘附的钻屑一起称重;

计算钻屑的重量,根据钻屑的重量评价所述钻井液的粘附性。

本公开的再一方面提供一种钻井液粘附性评价方法,利用上述钻井液粘附
性评价装置,包括以下?#34903;瑁?br />

将所述模拟钻具连接至模拟井筒的上盖;

将待测钻井液倒入模拟井筒中,然后在模拟井筒中加入钻屑;

密封所述模拟井筒;

在加热滚动单元中加热并旋转所述钻井液粘附性评价装置;

从模拟井筒中取出带有钻屑的模拟钻具,将所述模拟钻具及其粘附的钻屑
烘干;

从所述模拟钻具上分离烘干的钻屑,并?#38498;?#24178;的钻屑进行称重;

根据钻屑的重量评价所述钻井液的粘附性。

优选地,所述加热滚动单元是高温滚子炉。

优选地,根据实际的井下温度设定所述加热滚动单元的加热温度。

本公开的钻井液粘附性评价装置结构简单、操作方便、模拟性好,能够很好
的满足实验要求。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述,本公开的上述
以及其它目的、特征和优?#24179;?#21464;得更加明显。

图1是根据本公开的钻井液粘附性评价装置的结构示意图。

主要附图标记如下:

1-上盖,2-模拟井筒,3-模拟钻具。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了
本公开的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本公开而不应被
这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了使本公开更加透
彻和完整,并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

钻屑粘附钻具进而形成钻?#32442;?#21253;使钻头无法有效克取地层岩石,钻?#32442;?#21253;
?#26723;?#20102;钻井时效利用?#21097;?#20005;重制约钻井速度的提高,延长了钻井周期,并造成
其它复杂情况。而目前缺乏评价钻井液防钻屑粘附的实验装置,无法测试钻井
液防钻屑粘附的性能,使得钻井液体系性能的优化无据可依。本公开的钻井液
粘附性评价装置及方法可以有效改变这种状况,提供一种油气勘探开发钻井过
程中钻井液材料优选、配方优化所需的钻屑粘附钻具及防泥包钻头的测定与评
价装置。

本公开的主要目的是为了简便快速地在实验室中评价钻井液粘附性,即钻
井液防止钻屑粘附钻具的情况,在现场应用中钻井液防泥包钻具的性能测定。
本公开的钻井液粘附性评价装置及方法用于测定不同钻井液体系、不同钻井液
材料等对钻屑粘附钻具的影响。

下面参考附图详?#35813;?#36848;本公开的示例性实施例。图1是根据本公开的钻井
液粘附性评价装置的结构示意图。如图1所示,钻井液粘附性评价装置包括模
拟井筒2和模拟钻具3。模拟井筒2包括上盖1和筒身,上盖1与筒身可拆卸地
密封连接,例如可通过螺纹密封连接。为了提高模拟井筒2的密封性,还可以
额外增加密封件。

模拟井筒2的筒身的内表面不平整,以模拟实际钻井中不平整的井筒表面。
在本示例性实施例中采用滚动老化实验时用来装钻井液的容器——钻井液老化
罐作为模拟井筒2,在其内表面加工沟槽或者?#24230;?#34746;纹软管,以模拟不平整的井
筒表面。沟槽的形状和尺寸可根据实际井筒的情况进行选择。一个例子是内表
面加工10道沟槽,沟槽沿着内表面平均分布,呈S型或线型,宽2毫米,深1
毫米,长10毫米。显然,根据实际井筒的情况不同,可以调整沟槽的数量、形
状和尺寸。还可以在模拟井筒2的筒身内?#24230;?#20869;径合适的?#36879;?#28201;螺纹软管,以
模拟不平整的井筒表面。

模拟钻具3用于模拟钻头、钻铤?#31570;?#20998;钻杆。其主要包括不同?#26412;?#30340;?#31181;?br />各?#31181;?#37096;?#31181;?#38388;以螺纹连接。?#31181;?#30340;外径可结合模拟井筒的内径按照实际井眼/
钻柱尺寸按比例缩小而成。还可以根据实验需要对?#31181;?#36827;行组合,以模拟各种
钻柱。模拟钻具3顶部与模拟井筒2的上盖1连接,优选地可通过螺纹连接。
虽然钻具的?#26412;?#19981;同,但是其连接的螺纹?#26412;?#21487;以是相同的。

利用上述钻井液粘附性评价装置来进行钻井液粘附性评价的方法主要包括
以下?#34903;琛?br />

(1)对模拟钻具3进行称重,然后将模拟钻具3连接至模拟井筒2的上盖
1上。

(2)将待测的钻井液倒入模拟井筒2中,然后在模拟井筒2中加入钻屑。

(3)将模拟井筒2密封。在本示例性实施例中,通过模拟井筒2的上盖1
与筒身之间的螺纹密封模拟井筒2。

(4)在加热滚动单元中加热并旋转钻井液粘附性评价装置。在示例性实施
例中,可采用高温滚子炉作为加热滚动单元。一般来说,可根据实际的井下温
度设定高温滚子炉的加热温度。加热时间一般为两个小时。钻井液粘附性评价
装置在加热滚动单元中进行旋转的过程中,模拟井筒2内的温度升高,筒中的
钻井液和钻屑被带动旋转,从而钻井液和钻屑也相对于模拟钻具3旋转,这样
来模拟钻井的实际操作。

(5)从加热滚动单元中取出钻井液粘附性评价装置,打开模拟井筒2的上
盖1,从模拟井筒2中取出带有钻屑的模拟钻具3,将模拟钻具3连同其上粘附
的钻屑烘干,优选地可采用烘箱进行烘干。

(6)将烘干后的模拟钻具及其粘附的钻屑一起称重。

(7)用?#34903;?中获得的重量减去?#34903;?中模拟钻具的重量,计算钻屑的重
量,根据钻屑的重量评价钻井液的粘附性。

钻屑重量越小说明粘附在钻具上的钻屑越少,钻井液的粘附性?#38477;停?#21363;钻
井液防钻屑粘附钻具的性能越好,更利于防止钻?#32442;?#21253;。反之,钻屑重量越大
说明粘附在钻具上的钻屑越多,钻井液的粘附性越高,钻井液防钻屑粘附钻具
的性能越差,不利于防止钻?#32442;?#21253;。

本公开的示例性试验的结果如下:

组装好钻井液粘附性评价装置,在模拟井筒2?#26800;?#20837;350mL的待测钻井液,
并加入一定量钻屑,采用重晶石加重?#20102;?#38656;密度。在试验温度下,在高温滚子
炉中滚动2小时后,将钻井液粘附性评价装置取出,从模拟钻具3上刮下粘附
在其上面的钻屑,烘干后,称重。

(1)不同润滑剂对粘附效果的影响

配方A:5%膨润?#20004;?#21152;入30g钻屑;

配方B:5%膨润?#20004;?30g钻屑+1%助剂-1;

配方C:5%膨润?#20004;?30g钻屑+1%助剂-2;

配方D:5%膨润?#20004;?30g钻屑+1%助剂-3。

使用不同润滑剂对粘附效果的影响如表1所示。

表1

钻井液配方
A
B
C
D
粘附钻屑量(g)
20
13
6
7
钻?#21450;?#35065;钻具情况
严重
一般
较清洁
较清洁

(2)不同钻井液体系的粘附效果

配方A:聚磺钻井液体系,加入30g钻屑,重晶石加重至1.30kg/l;

配方B:聚合物钻井液体系,加入30g钻屑,重晶石加重至1.30kg/l。

不同钻井液体系的粘附效果如表2所示。

表2

钻井液配方
A
B
粘附钻屑量(g)
26
14
固相包裹钻具情况
较重
较轻

本公开的钻井液粘附评价装置结构简单、体积小,评价方法操作方便、易
于实现、模拟性好,能够在实验室中便捷地评价钻井液防钻屑粘附钻具的性能,
进而评价钻井液防泥包钻具的性能。该方法可以在不同的钻井液及温度技术条
件下,测定钻具在运动状态时钻屑的粘附情况,可用于指导钻井液的选型以及
钻井液材料的优化。

利用本公开的装置和方法可以定性评估钻井液配方合理性及与地层的适应
性。在进行相关科研项目的研究工作时,曾采用本装置定性评估了不同钻井液
的防钻屑粘附效果,分析得到适合新疆塔河区块上部地层的钻井液体系,并成
功应用于顺北1井三开井段的现场施工中。这表明本公开完全可满足评价防钻
?#32442;?#21253;的实验评价需求。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式,对于本领域内的技术人员而言,
在本发明公开了应用方法和原理的基础上,很容易做出各种类型的改进或变形,
而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法,因此前面描述的方式只是
优选?#27169;?#32780;并不具有限制性的意义。

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