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本课题结合松科1井(主井)钻井工程,研究实际钻进工况与多种泥浆材料配方下的泥浆循环减阻机理。开展具有降低循环压降效果的泥浆配方研发,在水平井、分支并、大位移井等钻探钻井界有广泛的应用领域和良好的应用前景,对复杂地层条件下进行安全快速的钻井工作有重要的指导作用。
论文首先进行了循环减阻泥浆机理分析工作。在窄安全密度窗口的钻井条件下,泵压一定时,要提高钻头压降、增强水力射流效果,必须设法降低循环压降。以宾汉流体为例,论文通过大量计算研究了密度、剪切稀释、润滑性和固相控制等泥浆技术对循环压降的影响规律。研究认为:①在保证井壁稳定前提下,降低泥浆密度可有效降低循环压降;②一定的钻进工况和表观粘度对应着一个临界动塑比值,此时的循环压降最小。低于此值时,增加动塑比可以降低循环压降;③增强泥浆的润滑性、加强固相控制降低活性钻屑含量也是降低循环压降的重要工程手段。论文接着对剪切稀释作用的形成机理和典型处理剂的循环减阻机理进行了分析。通过分析认为:①生物聚合物XC、正电胶等处理剂具有优良的剪切稀释特性,当加量合适时可起到较好的循环减阻作用;②LG植物胶处理剂具有良好的润滑性,可起到明显的润滑减阻作用。
论文接着进行了循环减阻泥浆实验研究:包括添加XC、CMC、FIA-68、正电胶、PAM、VIS等处理剂的剪切稀释配方实验,LG、石墨、机油和柴油等润滑减阻材料的基础实验、循环减阻泥浆润滑性测试和室内管内阻力损失测试等。通过大量的室内配方实验获取了一批循环减阻效果良好的泥浆配方如“4%穿越土+0.25%RH-3+0.25%石墨+0.5%LG植物胶+0.1%XC”和“基浆+1‰机油+1‰柴油+0.5‰ABS+0.2‰XC”。
最后,结合国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“白垩纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化”(2006CB701400)松科1井(主井)钻井工程项目,在保证防塌和护心前提下,应用粘度的合理控制技术、降低循环压降的泥浆技术、泥浆维护与管理措施等技术开展了循环减阻泥浆技术研究,泥浆泵泵压一直控制在额定泵压范围之内,并取得了令人满意的工程效果:井深164.77~1795.18m取心进尺375回次,平均回次进尺4.35m,岩心采取率94.55%,从未发生水敏地层膨胀缩径,与脆性地层掉块导致钻具遇阻与卡钻,完井后井中物探无任何险情、一次性成功,对类似科学钻探工程的实施具有良好的借鉴作用。
通过全文可以看出,论文主要取得以下成果:①通过密度、剪切稀释作用、润滑性和固相控制等泥浆技术因素对循环压降的影响规律研究,为水平井、分支井和大位移井等钻探钻井领域泥浆技术的实施提供了重要的借鉴作用;②通过大量的配方实验研究,获取了一批具有工程意义的循环减阻泥浆配方;③将以循环减阻泥浆技术为代表的泥浆技术应用于结合松科1井(主井)钻井工程,取得了良好的工程效果,为以后类似科学钻探工程的实施提供了良好的参考作用。