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钻井液水力参数优化设计及软件的研制

钻井液水力参数优化设计及软件的研制

作者：尹文斌中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

钻井液技术是钻探工作中提高钻井速度、加快勘探步伐的重要技术组成部分。随着钻井难度的逐渐增大,钻井液技术在确保安全、优质、快速钻探中起着越来越重要的作用。钻井液的合理设计已成为钻探工作能否成功的重要条件,而水力参数的优化... 详细信息

钻井液技术是钻探工作中提高钻井速度、加快勘探步伐的重要技术组成部分。随着钻井难度的逐渐增大,钻井液技术在确保安全、优质、快速钻探中起着越来越重要的作用。钻井液的合理设计已成为钻探工作能否成功的重要条件,而水力参数的优化设计是钻井液设计的重要组成部分和关键问题之一。钻井液水力参数优化设计的目的是有效、合理地利用水力能量,提高钻井液破岩能力和携屑效率,提高机械钻速,降低钻井成本。水力参数优化设计应满足机泵能量充分合理利用、井壁稳定、井眼干净和经济可行的原则。本文深入研究了钻探领域内经典钻井液流变模式及其流变方程、钻井液流态判别机理、压力损失模型、循环当量密度、喷射钻井理论、波动压力动态理论、最佳水力路线边界条件以及最优排量理论,参考了国内外最新研究进展尤其是美国石油学会的最新成果,运用数值计算方法,通过高级计算机语言“Delphi”开发出“钻井液水力参数优化设计系统”计算机程序。“钻井液水力参数优化设计系统”通过回归分析优选流变参数,灵活运用钻井实际数据或者实验数据,调用计算机后台算法库,进行动态计算,通过用户的交互查看、修改,实现钻井液水力参数的优化设计。计算机程序的研发解决了常规人工计算的困难,减少了不必要的实验,节省大量的人力、物力和财力,为现场应用和室内研究提供高效、精确的计算结果。通过对有关实例的计算分析,证明“钻井液水力参数优化设计系统”的计算结果具有较高的精确度,更重要的是,它通过开放式的交互平台,与用户经验有效结合,从而可以安全、快速达到钻井液水力参数的优化设计。

关键词：钻井液流变模式水力参数优化设计软件研发

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高密度钻井液流变性及水力学计算

高密度钻井液流变性及水力学计算

作者：卢明中国石油大学

学位级别：硕士

目前,如何准确了解深井钻井液体系流变性和预测循环井底压力,在深井钻井过程中有着特别重要的意义。本文使用Fann50SL高温流变仪,测定了高密度钻井液在高温高压下的流变性能。研究的高密度钻井液体系共五种,其中三种为实验室配方,两种... 详细信息

目前,如何准确了解深井钻井液体系流变性和预测循环井底压力,在深井钻井过程中有着特别重要的意义。本文使用Fann50SL高温流变仪,测定了高密度钻井液在高温高压下的流变性能。研究的高密度钻井液体系共五种,其中三种为实验室配方,两种为现场提供的井浆。对这五种钻井液体系进行高温高压流变性分析。实验表明,钻井液的表观粘度、塑性粘度和屈服值均随温度和压力的升高发生明显的变化,同时总结了温度和压力对钻井液流变参数的影响规律。在大量实验的基础上,对实验数据进行回归分析,分别用幂律模式、宾汉模式和卡森模式对钻井液流变性进行拟合,并得到相应的相关系数。结果表明高密度钻井液体系随着温度的升高,用幂律模式得到的相关系数R值变化幅度较小,并且在高温下R的值与1比较接近,所以在高温高压下用幂律模式描述高密度钻井液的实际流变性比较准确。这一结论为深井循环井底压力和环空压耗的计算提供了理论依据。通过研究温度、压力对钻井液流变参数的影响,参照钻井液流变学与水力学计算程序推荐作法,根据理想流体的基本方程,选择钻井液的整个循环过程为研究对象,并且考虑了钻井过程中多相流、加重钻杆等影响因素,结合钻井液密度沿井深变化的数学模型,给出了环空压耗和循环井底压力的计算方法。与此同时,根据所建立的理论及方法,开发了高温高压钻井液井底压力计算软件。该软件可以比较准确的计算循环井底压力、静液柱压力、深井高温高压实际井底密度、循环当量密度、最低携岩返速、临界返速等参数,还可对不同井深的循环井底压力进行数据存储,并绘制相应的曲线。通过预测数据与现场实测数据进行对比,其误差在允许的范围以内,验证了计算软件的准确性,该软件可为现场施工提供技术支持。

关键词：流变模式温度压力高密度环空压耗

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大庆油田有机硅钻井液高温流变性研究

大庆油田有机硅钻井液高温流变性研究

作者：齐佳佳大庆石油学院

学位级别：硕士

由于地温梯度和地层压力的存在,在深井钻井过程中,井筒内的温度和压力会随着井深变得更高,钻井液在高温高压作用下很容易失去原有的性能。近几年大庆油田在徐家围子地区部署多口深井及探气井,并使用有机硅钻井液。本文主要研究有机硅钻... 详细信息

由于地温梯度和地层压力的存在,在深井钻井过程中,井筒内的温度和压力会随着井深变得更高,钻井液在高温高压作用下很容易失去原有的性能。近几年大庆油田在徐家围子地区部署多口深井及探气井,并使用有机硅钻井液。本文主要研究有机硅钻井液不同温度下的流变性,使用高温高压流变仪测出不同温度下的钻井液流变参数,用线性回归的方法,得到各流变模式的参数值和对应的流变方程,用最小二乘法回归得到最小标准差,优选出能够准确描述该钻井液高温高压下的流变模式。对有机硅钻井液中几种主要的处理剂在高温高压下的流变性能进行测试,研究其对钻井液流变性的影响,通过实验得出膨润土含量、pH值以及老化时间对钻井液流变性的影响。有机硅钻井液在使用过程中发现无侵入保护剂BST-2稍微有些增粘,我们在原有钻井液配方基础上,针对高温严重影响水基钻井液流变性的问题,对抗高温保护剂、无侵入保护剂进行改进,使有机硅钻井液配方得到完善并对其进行评价。

关键词：高温深井流变性流变模式有机硅钻井液

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适于水平井的波动压力预测新模型研究

适于水平井的波动压力预测新模型研究

作者：李启明东北石油大学

学位级别：硕士

波动压力是钻井过程井底压力控制的重要参数。现场钻井施工中特别是水平井施工中,往往由于对井底的波动压力预测不够准确或者缺少井底波动压力预测的技术不能对钻井参数优化进行有效的指导,从而引起井壁失稳等井下复杂情况和工程事故的... 详细信息

波动压力是钻井过程井底压力控制的重要参数。现场钻井施工中特别是水平井施工中,往往由于对井底的波动压力预测不够准确或者缺少井底波动压力预测的技术不能对钻井参数优化进行有效的指导,从而引起井壁失稳等井下复杂情况和工程事故的发生。针对这一问题,本文开展了适于水平井的波动压力预测研究及其应用分析。首先从波动压力理论研究的传统方法出发,确立了稳态分析和瞬态分析辩证结合的研究方法。考虑水平井区别于常规井的特点,波动压力预测中对钻井液的流变模式拟合提出了更精细的要求,本文提出了结合线性回归法、最小二乘法和黄金分割法的钻井液流变模式优选方法,并且开发了相应的钻井液流变模式优选软件。然后,充分考虑了波动压力的影响因素,包括钻井液性能、运动管柱的速度、管柱工况、泥浆泵排量、管柱与井眼的环空比,并对不同井眼尺寸及井眼类型井段进行环空划分。在此基础上,阐述了水平井环空波动压力预测的流动物理模型,着重考虑了管柱偏心对钻井液流动规律的影响,为不同的井段环空设定各自的偏心度值,从而最终建立了三种管柱工况下分别对应四种钻井液流变模式的波动压力预测模型,并开发出了相应的波动压力预测软件。通过实例计算比较了新模型相对于传统模型的优势,新模型考虑因素更全面,计算更准确,方便现场工程师应用。最后,结合对实例计算结果的影响因素分析,说明了如何应用波动压力预测软件对现场施工中的最大起下管柱速度、最大泥浆泵排量等钻井参数进行优化和以及对钻井液安全密度窗口、钻井液流变性能参数进行及时调控,为现场钻井施工的安全控制提供了可靠的依据。

关键词：波动压力水平井流变模式钻井参数优化钻井液性能调控

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准确测定三参数非牛顿液体的流变参数

西南石油学院学报 1984年第4期 33-43页

作者：刘崇建

Herschel——Bulkley流变模式是一个三参数的流变横式,它能较好地反映泥浆、水泥浆及高分子溶液等的流变性能,并具有适应范围广、精度较高的特点。本文从该流变模式的本构方程出发,应用幂级数的展开形式,推导出液体作水平旋转运动的流... 详细信息

Herschel——Bulkley流变模式是一个三参数的流变横式,它能较好地反映泥浆、水泥浆及高分子溶液等的流变性能,并具有适应范围广、精度较高的特点。本文从该流变模式的本构方程出发,应用幂级数的展开形式,推导出液体作水平旋转运动的流变规律及其精确的流变参数计算式,同时分析了用一般表达式计算流变参数所造成的误差和影响因素。幂级数的展开式虽是一个近似的式子,但其精确性巳能满足工程上的要求。为了提高流变参数的精确性,文中还推证出某一剪切应力的计算公式。

关键词：流变参数粘度仪流变模式切应力剪应力剪切速率剪切率准确测定非牛顿三参数

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聚合物钻井液流变特性的现场调查

石油钻采工艺 1987年第2期 37-43页

作者：洪培云华北石油管理局钻井处

华北油田大量使用的不分散低固相聚合物钻井液,是随着喷射、优化钻井的开展而发展起来的。如何使钻井液进一步满足喷射、优化钻井的需要,研究和应用聚合物钻井液流变特性是一个重要的方面。华北油田泥浆工作者经过一年的努力,对现场进... 详细信息

华北油田大量使用的不分散低固相聚合物钻井液,是随着喷射、优化钻井的开展而发展起来的。如何使钻井液进一步满足喷射、优化钻井的需要,研究和应用聚合物钻井液流变特性是一个重要的方面。华北油田泥浆工作者经过一年的努力,对现场进行了大量调查统计,并应用PC-1500计算机进行分析处理,初步选择出一套适合聚合物钻井液的流变模式,即卡森模式。同时对现场钻井液进行了监测与控制。结果认为:影响钻井液流变性能的主要因素是配方、处理剂优选优配及膨润土含量。钻井液流变性能好了,就能提高钻速,降低钻井成本,起到“少花钱,多办事”的效果。

关键词：钻井液流变性膨润土聚合物斑脱岩粘土大分子化合物低固相聚合物钻井液卡森模式流变模式优化钻井钻头喷嘴厘泊低速梯提高钻速固相含量流变特性现场调查

DEDS-12/AP-P4/Na_2CO_3三元复合体系流变行为研究

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应用化工 2009年第5期38卷 707-712页

作者：陆屹大庆油田勘探开发研究院黑龙江大庆163712

研究了DEDS-12／AP-P4／Na2CO3三元复合体系（ASP）的流变行为以及盐的加入对其流变行为的影响。结果表明，在所研究的浓度范围内，DEDS-12起到无机电解质的作用，随DEDS-12浓度增加，溶液的表观粘度和剪切应力单调降低，稠度系数k下降... 详细信息

研究了DEDS-12／AP-P4／Na2CO3三元复合体系（ASP）的流变行为以及盐的加入对其流变行为的影响。结果表明，在所研究的浓度范围内，DEDS-12起到无机电解质的作用，随DEDS-12浓度增加，溶液的表观粘度和剪切应力单调降低，稠度系数k下降，流性指数n增大，复合体系溶液流变行为遵循幂律流型；随体系中AP—P4和Na2CO3浓度的增高，虽然该三元体系的流变行为仍遵循幂律流型，但流性指数n增大，多在0．5以上，即与牛顿流体的差异减小；AP-P4浓度为2000mg／L，Na2CO3浓度为1％，DEDS-12浓度为0．423mmol/L，在NaCl浓度为1×10^4mg/L时，表观粘度上升3．88～8．11倍，随NaGl浓度增大，其流变行为由幂律流型逐渐表现出部分Bingham流体行为。

关键词：双子表面活性剂流变模式幂律流体牛顿流体 Bingham流体 ASP