大位移水平井高效携岩钻井液技术研究

摘要

在大位移井钻井过程中，大斜度井段和水平井段极易出现岩屑床，直接影响到安全、高效、低成本钻井，甚至关系到钻井的成败。钻井液的动塑比(τ0/μp)、低剪切粘度(LSRV)、静切力等流变参数，是保持井眼清洁最重要的可控因素。目前的流型调节剂种类少，作用效果不理想。因此，迫切需要研制一种具有较高的动塑比、低剪切粘度的流型调节剂，这也是当前国内外流型调节剂的研究热点问题。 为了提高大位移水平井钻井液的τ0/μp和LSRV，本文通过分子结构设计、合成条件优化，制备出一种聚丙烯酰胺类流型调节剂SDR。利用FT-IR、TGA以及特性粘度测定等实验手段，表征了SDR的分子结构。结果表明，SDR具有目标分子结构、热稳定性好，其粘均分子量为60～100万。与常用的增粘剂XC相比，SDR表现出更好的流型调节能力、低剪切流变性能和抗温性能。分析表明其微观增粘切的主要作用机理为：SDR的强亲水基团通过架桥吸附作用，易形成“聚合物-固相颗粒-SDR-水”的三维网架结构；另外，嵌段式分布的疏水基团可在钻井液中形成可逆的分子间及分子内疏水缔合结构。在“聚合物-固相颗粒-SDR-水”网架结构与疏水缔合结构的共同作用下，钻井液中形成了具有一定凝胶强度的三维网架结构，从而表现出独特的流变性能。 以新合成的SDR 为主要处理剂，优选了一套携岩性能突出、综合性能优良水基钻井液配方ERD，该配方具有较强的低剪切粘度和静结构力；动塑比较高，剪切稀释性较好，抗温性能较好，具有较强的井眼清洁能力。 为了探讨钻井液流变参数、井斜角等对井眼环空岩屑浓度的影响规律，利用实验室新研制的大位移井钻井液携岩模拟实验装置，实验分析了钻井液的井眼清洁能力，并验证了ERD钻井液配方能够在0～90°井斜角范围内保持良好的井眼清洁能力。

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