本發(fā)明屬于鉆井工程鉆井液領(lǐng)域，具體涉及一種鉆井液粘附性評價(jià)裝置及方法，對鉆井液影響鉆屑粘附鉆具進(jìn)而形成泥包鉆具進(jìn)行測試評價(jià)。
背景技術(shù)：
：在石油鉆井過程中，鉆遇泥頁巖等易水化膨脹地層時(shí)，容易發(fā)生鉆屑、軟泥、濾餅粘附在鉆頭周圍的部分或全部區(qū)域，使得粘附物塞滿牙輪鉆頭的牙輪間隙或嵌在牙齒間隙，或有的堵塞噴嘴水眼或排屑返流槽，如進(jìn)一步發(fā)展甚至?xí)姘@頭。鉆頭泥包使鉆頭無法有效克取地層巖石，導(dǎo)致鉆速變慢，在處理無效的情況下只有起鉆手動清除，因此造成下鉆次數(shù)增多。鉆頭泥包降低了鉆井時(shí)效利用率，嚴(yán)重制約鉆井速度的提高，延長了鉆井周期。在鉆進(jìn)過程中發(fā)生鉆頭泥包后，會造成鉆頭工作條件惡化，泥包后易發(fā)生憋跳現(xiàn)象，增加司鉆施壓難度，對牙輪鉆頭易造成牙齒崩斷或牙輪軸的損壞；對PDC鉆頭會打破其抗回旋平衡，容易造成其切削復(fù)合片的先期損壞，甚至可導(dǎo)致PDC鉆頭復(fù)合片的崩、脫性損毀，從而給后續(xù)入井的PDC鉆頭構(gòu)成一定的潛在危害。鉆頭泥包不僅可以發(fā)生在鉆進(jìn)過程中，起下鉆時(shí)也很常見。鉆頭發(fā)生泥包會對鉆井的經(jīng)濟(jì)性和安全性帶來明顯的直接或間接的連鎖影響。因泥包而發(fā)生鉆進(jìn)憋跳后，如不能及時(shí)井下消除，要么就降低鉆壓繼續(xù)鉆進(jìn)，要么就要起鉆清理消除泥包，有時(shí)甚至需要更換鉆頭，這樣對提高機(jī)械鉆速和行程鉆速很不利，會消耗更多鉆頭和額外增加鉆井成本。鉆頭泥包后鉆進(jìn)接單根或起下鉆作業(yè)，很容易誘發(fā)井下抽吸或壓力激動等負(fù)面作用，引發(fā)地層流體侵入或井漏，進(jìn)而造成溢流、井涌等不安全隱患，增加壓井工作量和井噴的風(fēng)險(xiǎn)。更嚴(yán)重的是提下鉆時(shí)易造成遇卡、遇阻或劃眼時(shí)的突然憋停，如預(yù)判不準(zhǔn)，會導(dǎo)致操作處理不當(dāng) 或決策失誤，很快就導(dǎo)致鉆頭泥包卡鉆。目前對于鉆井液防鉆屑等粘附鉆具的性能，還沒有專門的測定儀器及評價(jià)方法。但就鉆井作業(yè)現(xiàn)場使用鉆井液情況看，由于缺乏明確的關(guān)于鉆井液防粘附的模擬評價(jià)數(shù)據(jù)，一般都是在發(fā)現(xiàn)了不是由于鉆頭使用時(shí)間長而導(dǎo)致的鉆時(shí)慢時(shí)，才判斷是否有鉆頭泥包發(fā)生，再進(jìn)行處理，無法預(yù)先對鉆井液的防粘附性能進(jìn)行優(yōu)選，有效地預(yù)防鉆具不清潔的發(fā)生。目前尚未見到有關(guān)鉆井液影響鉆屑粘附鉆具進(jìn)而形成泥包鉆具的測試裝置。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本公開的目的是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供一種鉆井液粘附性評價(jià)裝置及方法。本公開的一方面提供一種鉆井液粘附性評價(jià)裝置，包括：模擬井筒，所述模擬井筒包括上蓋與筒身，所述上蓋與筒身可拆卸地密封連接，且所述模擬井筒的筒身的內(nèi)表面不平整；模擬鉆具，所述模擬鉆具設(shè)置在所述模擬井筒內(nèi)，且連接至所述模擬井筒的上蓋。優(yōu)選地，所述模擬井筒通過加工鉆井液老化罐形成。優(yōu)選地，所述模擬井筒的上蓋與筒身通過螺紋密封連接。優(yōu)選地，所述模擬井筒的筒身的內(nèi)表面具有溝槽。優(yōu)選地，所述模擬井筒的筒身內(nèi)嵌入螺紋軟管。優(yōu)選地，所述模擬鉆具包括不同直徑的鋼柱，所述不同直徑的鋼柱之間通過螺紋連接。本公開的另一方面提供一種鉆井液粘附性評價(jià)方法，利用上述鉆井液粘附性評價(jià)裝置，包括以下步驟：對模擬鉆具進(jìn)行稱重，然后將所述模擬鉆具連接至模擬井筒的上蓋；將待測鉆井液倒入模擬井筒中，然后在模擬井筒中加入鉆屑；密封所述模擬井筒；在加熱滾動單元中加熱并旋轉(zhuǎn)所述鉆井液粘附性評價(jià)裝置；從模擬井筒中取出帶有鉆屑的模擬鉆具，將所述模擬鉆具及其粘附的鉆屑烘干；將烘干后的模擬鉆具及其粘附的鉆屑一起稱重；計(jì)算鉆屑的重量，根據(jù)鉆屑的重量評價(jià)所述鉆井液的粘附性。本公開的再一方面提供一種鉆井液粘附性評價(jià)方法，利用上述鉆井液粘附性評價(jià)裝置，包括以下步驟：將所述模擬鉆具連接至模擬井筒的上蓋；將待測鉆井液倒入模擬井筒中，然后在模擬井筒中加入鉆屑；密封所述模擬井筒；在加熱滾動單元中加熱并旋轉(zhuǎn)所述鉆井液粘附性評價(jià)裝置；從模擬井筒中取出帶有鉆屑的模擬鉆具，將所述模擬鉆具及其粘附的鉆屑烘干；從所述模擬鉆具上分離烘干的鉆屑,并對烘干的鉆屑進(jìn)行稱重；根據(jù)鉆屑的重量評價(jià)所述鉆井液的粘附性。優(yōu)選地，所述加熱滾動單元是高溫滾子爐。優(yōu)選地，根據(jù)實(shí)際的井下溫度設(shè)定所述加熱滾動單元的加熱溫度。本公開的鉆井液粘附性評價(jià)裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、模擬性好,能夠很好的滿足實(shí)驗(yàn)要求。附圖說明通過結(jié)合附圖對本公開示例性實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯。圖1是根據(jù)本公開的鉆井液粘附性評價(jià)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。主要附圖標(biāo)記如下：1-上蓋，2-模擬井筒，3-模擬鉆具。具體實(shí)施方式下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的優(yōu)選實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優(yōu)選實(shí)施方式，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。鉆屑粘附鉆具進(jìn)而形成鉆頭泥包使鉆頭無法有效克取地層巖石，鉆頭泥包降低了鉆井時(shí)效利用率，嚴(yán)重制約鉆井速度的提高，延長了鉆井周期，并造成其它復(fù)雜情況。而目前缺乏評價(jià)鉆井液防鉆屑粘附的實(shí)驗(yàn)裝置，無法測試鉆井液防鉆屑粘附的性能，使得鉆井液體系性能的優(yōu)化無據(jù)可依。本公開的鉆井液粘附性評價(jià)裝置及方法可以有效改變這種狀況，提供一種油氣勘探開發(fā)鉆井過程中鉆井液材料優(yōu)選、配方優(yōu)化所需的鉆屑粘附鉆具及防泥包鉆頭的測定與評價(jià)裝置。本公開的主要目的是為了簡便快速地在實(shí)驗(yàn)室中評價(jià)鉆井液粘附性，即鉆井液防止鉆屑粘附鉆具的情況，在現(xiàn)場應(yīng)用中鉆井液防泥包鉆具的性能測定。本公開的鉆井液粘附性評價(jià)裝置及方法用于測定不同鉆井液體系、不同鉆井液材料等對鉆屑粘附鉆具的影響。下面參考附圖詳細(xì)描述本公開的示例性實(shí)施例。圖1是根據(jù)本公開的鉆井液粘附性評價(jià)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，鉆井液粘附性評價(jià)裝置包括模擬井筒2和模擬鉆具3。模擬井筒2包括上蓋1和筒身，上蓋1與筒身可拆卸地密封連接，例如可通過螺紋密封連接。為了提高模擬井筒2的密封性，還可以額外增加密封件。模擬井筒2的筒身的內(nèi)表面不平整，以模擬實(shí)際鉆井中不平整的井筒表面。在本示例性實(shí)施例中采用滾動老化實(shí)驗(yàn)時(shí)用來裝鉆井液的容器——鉆井液老化罐作為模擬井筒2，在其內(nèi)表面加工溝槽或者嵌入螺紋軟管，以模擬不平整的井筒表面。溝槽的形狀和尺寸可根據(jù)實(shí)際井筒的情況進(jìn)行選擇。一個(gè)例子是內(nèi)表 面加工10道溝槽，溝槽沿著內(nèi)表面平均分布，呈S型或線型，寬2毫米，深1毫米，長10毫米。顯然，根據(jù)實(shí)際井筒的情況不同，可以調(diào)整溝槽的數(shù)量、形狀和尺寸。還可以在模擬井筒2的筒身內(nèi)嵌入內(nèi)徑合適的耐高溫螺紋軟管，以模擬不平整的井筒表面。模擬鉆具3用于模擬鉆頭、鉆鋌和部分鉆桿。其主要包括不同直徑的鋼柱，各鋼柱部分之間以螺紋連接。鋼柱的外徑可結(jié)合模擬井筒的內(nèi)徑按照實(shí)際井眼/鉆柱尺寸按比例縮小而成。還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要對鋼柱進(jìn)行組合，以模擬各種鉆柱。模擬鉆具3頂部與模擬井筒2的上蓋1連接，優(yōu)選地可通過螺紋連接。雖然鉆具的直徑不同，但是其連接的螺紋直徑可以是相同的。利用上述鉆井液粘附性評價(jià)裝置來進(jìn)行鉆井液粘附性評價(jià)的方法主要包括以下步驟。(1)對模擬鉆具3進(jìn)行稱重，然后將模擬鉆具3連接至模擬井筒2的上蓋1上。(2)將待測的鉆井液倒入模擬井筒2中，然后在模擬井筒2中加入鉆屑。(3)將模擬井筒2密封。在本示例性實(shí)施例中，通過模擬井筒2的上蓋1與筒身之間的螺紋密封模擬井筒2。(4)在加熱滾動單元中加熱并旋轉(zhuǎn)鉆井液粘附性評價(jià)裝置。在示例性實(shí)施例中，可采用高溫滾子爐作為加熱滾動單元。一般來說，可根據(jù)實(shí)際的井下溫度設(shè)定高溫滾子爐的加熱溫度。加熱時(shí)間一般為兩個(gè)小時(shí)。鉆井液粘附性評價(jià)裝置在加熱滾動單元中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過程中，模擬井筒2內(nèi)的溫度升高，筒中的鉆井液和鉆屑被帶動旋轉(zhuǎn)，從而鉆井液和鉆屑也相對于模擬鉆具3旋轉(zhuǎn)，這樣來模擬鉆井的實(shí)際操作。(5)從加熱滾動單元中取出鉆井液粘附性評價(jià)裝置，打開模擬井筒2的上蓋1，從模擬井筒2中取出帶有鉆屑的模擬鉆具3，將模擬鉆具3連同其上粘附的鉆屑烘干，優(yōu)選地可采用烘箱進(jìn)行烘干。(6)將烘干后的模擬鉆具及其粘附的鉆屑一起稱重。(7)用步驟6中獲得的重量減去步驟1中模擬鉆具的重量，計(jì)算鉆屑的重量，根據(jù)鉆屑的重量評價(jià)鉆井液的粘附性。鉆屑重量越小說明粘附在鉆具上的鉆屑越少，鉆井液的粘附性越低，即鉆井液防鉆屑粘附鉆具的性能越好，更利于防止鉆頭泥包。反之，鉆屑重量越大說明粘附在鉆具上的鉆屑越多，鉆井液的粘附性越高，鉆井液防鉆屑粘附鉆具的性能越差，不利于防止鉆頭泥包。本公開的示例性試驗(yàn)的結(jié)果如下：組裝好鉆井液粘附性評價(jià)裝置，在模擬井筒2中倒入350mL的待測鉆井液，并加入一定量鉆屑，采用重晶石加重至所需密度。在試驗(yàn)溫度下，在高溫滾子爐中滾動2小時(shí)后，將鉆井液粘附性評價(jià)裝置取出，從模擬鉆具3上刮下粘附在其上面的鉆屑，烘干后，稱重。(1)不同潤滑劑對粘附效果的影響配方A：5％膨潤土漿，加入30g鉆屑；配方B：5％膨潤土漿+30g鉆屑+1％助劑-1；配方C：5％膨潤土漿+30g鉆屑+1％助劑-2；配方D：5％膨潤土漿+30g鉆屑+1％助劑-3。使用不同潤滑劑對粘附效果的影響如表1所示。表1鉆井液配方ABCD粘附鉆屑量(g)201367鉆屑包裹鉆具情況嚴(yán)重一般較清潔較清潔(2)不同鉆井液體系的粘附效果配方A：聚磺鉆井液體系，加入30g鉆屑，重晶石加重至1.30kg/l；配方B：聚合物鉆井液體系，加入30g鉆屑，重晶石加重至1.30kg/l。不同鉆井液體系的粘附效果如表2所示。表2鉆井液配方AB粘附鉆屑量(g)2614固相包裹鉆具情況較重較輕本公開的鉆井液粘附評價(jià)裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小，評價(jià)方法操作方便、易于實(shí)現(xiàn)、模擬性好，能夠在實(shí)驗(yàn)室中便捷地評價(jià)鉆井液防鉆屑粘附鉆具的性能，進(jìn)而評價(jià)鉆井液防泥包鉆具的性能。該方法可以在不同的鉆井液及溫度技術(shù)條件下，測定鉆具在運(yùn)動狀態(tài)時(shí)鉆屑的粘附情況，可用于指導(dǎo)鉆井液的選型以及鉆井液材料的優(yōu)化。利用本公開的裝置和方法可以定性評估鉆井液配方合理性及與地層的適應(yīng)性。在進(jìn)行相關(guān)科研項(xiàng)目的研究工作時(shí)，曾采用本裝置定性評估了不同鉆井液的防鉆屑粘附效果，分析得到適合新疆塔河區(qū)塊上部地層的鉆井液體系，并成功應(yīng)用于順北1井三開井段的現(xiàn)場施工中。這表明本公開完全可滿足評價(jià)防鉆頭泥包的實(shí)驗(yàn)評價(jià)需求。上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。當(dāng)前第1頁1 2 3