用于評價水平井和大位移井的鉆井液的潤滑性能的方法技術

本發明專利技術公開了一種用于評價水平井和大位移井的鉆井液的潤滑性能的方法，包括以下步驟：1)獲取濾餅；2)測得鉆桿空載時的推力f1；3)將鉆桿與濾餅表面接觸，并加載壓力，記錄壓力N；4)驅動鉆桿使鉆桿在濾餅表面做滑動摩擦鉆進，記錄滑動摩擦力f2；5)根據動摩擦系數計算公式μ＝(f2-f1)/N計算動摩擦系數μ，μ表征潤滑液的潤滑性能的優劣。該方法能更好地用于評價潤滑液的潤滑性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及油氣田勘探與開發
，具體涉及一種用于評價水平井和大位移井的鉆井液的潤滑性能的方法。
技術介紹
鉆井液的潤滑性能是鉆井液的綜合性能中最為重要性能之一。具有良好的潤滑性的鉆井液可以有效提高鉆速，并可以避免卡鉆等井下事故的發生。對于水平井和大位移井鉆井而言，鉆井液的潤滑性尤為重要。由于水平井和大位移井以滑動鉆進為主，在進行水平井和大位移井的鉆井液設計時，需選用潤滑性良好的鉆井液體系，以提高鉆速和保證鉆井安全。在水平井和大位移井中，鉆桿始終與井壁處于緊密接觸狀態，因此，鉆桿與裸眼井段的井壁濾餅之間的滑動摩擦系數是評價鉆井液潤滑性能的最重要指標參數。然而，現有的評價鉆井液潤滑性的方法無法實現鉆桿與巖芯表面濾餅之間的動摩擦系數的準確測定，通常是借助其他方法測定鉆具旋轉運動時的鉆井液潤滑系數。例如，通過EP極壓潤滑儀和DLA型鉆井液潤滑性分析儀。兩者均是通過模擬鉆桿在套管中旋轉鉆進過程來是實現對鉆井液自身潤滑系數的測定，因此只適用于評價直井鉆井液的潤滑性能，而兩種儀器所涉及的評價方法和測試結果對于鉆桿與井壁緊密接觸且采取滑動鉆進為主要鉆進方式的水平井和大位移井均不適用。現有技術中也有用于測定鉆桿與鉆井液表面濾餅之間的滑動摩擦系數的模擬方法。如濾餅粘附系數測定儀，該儀器所涉及的評價方法是利用扭力扳手帶動粘附盤在濾餅表面轉動來測定濾餅的粘附系數。但是該方法所涉及的粘附盤在濾餅表面上的轉動運動方式與現場施工中鉆桿在井筒內的滑動鉆進的運動相去甚遠，所測定的粘附系數不能等同于鉆桿在濾餅表面運動時的滑動摩擦系數。因此，該評價方法測定結果并不能用于水平井和大位移井鉆井液潤滑性能的評價。另一種是滑塊式摩擦系數測定儀，所涉及的評價方法是通過金屬塊在固定濾餅的斜面上的滑動來模擬鉆桿在水平井段或大位移井段的滑動鉆進過程，經換算得到金屬塊在濾餅上滑動的滑動摩擦系數，并以此滑動摩擦系數的大小作為鉆井液潤滑性能優劣的評價標準。但該評價方法中所涉及的金屬滑塊的質量較小，使得金屬滑塊施加在濾餅表面的壓力只能在一個很小的范圍內調節。而在實際的水平井或大位移井的鉆井施工中，鉆桿與形成濾餅的井壁之間的作用力會在一個較大的范圍內改變，這必然會影響實驗結果的準確性。另外，金屬滑塊在固定濾餅的斜面上的滑動與實際鉆井施工中鉆桿貼近井壁的滑動鉆進過程不盡相同，模擬過程的失真必然會影響到評價方法的可靠性和評價結果的準確性。此外，金屬滑塊剛開始滑動時需要記錄斜面角度，而金屬滑塊滑動的時刻是人工觀察把握的，人為因素和測試環境的不同也會造成的較大的誤差。因此，該儀器所涉及的鉆井液潤滑性能評價方法不能完全真實反映用于水平井和大位移井的鉆井液的潤滑性能。因此，需要一種能更好地用于評價水平井和大位移井的鉆井液的潤滑性能的方法。
技術實現思路
本專利技術所要解決的一個技術問題是，提供一種用于評價水平井和大位移井的鉆井液的潤滑性能的方法，其能更好地用于評價潤滑液的潤滑性能。針對該問題的技術解決方案是，提供一種用于評價水平井和大位移井的鉆井液的潤滑性能的方法，其包括以下步驟：1)獲取濾餅；2)測得鉆桿空載時的推力f1；3)將鉆桿與濾餅表面接觸，并加載壓力，記錄壓力N；4)驅動鉆桿使鉆桿在濾餅表面做滑動摩擦鉆進，記錄滑動摩擦力f2；5)根據動摩擦系數計算公式μ＝(f2-f1)/N計算動摩擦系數μ，μ表征潤滑液的潤滑性能的優劣。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點。通過模擬鉆桿在潤滑液濾失形成的濾餅上的鉆進運動，以及測量并計算得到滑動摩擦鉆進時鉆桿與濾餅之間的動摩擦系數，可以直接通過動摩擦系數來評價潤滑液的潤滑性能的優劣。由于該方法不僅能減少人為因素對測試結果的影響，而且模擬出的鉆桿與濾餅之間的摩擦鉆進更接近實際鉆井過程，因此，能更好地用于評價潤滑液的潤滑性能。在一個實施例中，當作用的壓力N相同時，動摩擦系數μ大，表示對應的潤滑液的潤滑性能差；動摩擦系數小，表示對應的潤滑液的潤滑性能好。由于動摩擦系數大，對于鉆桿的阻力作用更大，更不利于鉆桿的摩擦鉆進，相應地該潤滑液的潤滑性能較差。相反地，動摩擦系數小，對鉆桿的阻力作用小，潤滑液的潤滑性能較好。在一個優選的實施例中，若需要對不同的鉆井液的潤滑性能進行評價時，通過濾失儀分別對不同的鉆井液進行濾失操作，獲取相應的濾餅。實際鉆井工況中是動態的鉆井液在井壁上進行濾失形成濾餅，因此與通過濾失儀的濾失操作形成的濾餅與實際工況更接近。也就可以使本專利技術的實施例中的測試結果更能代表實際工況。在一個實施例中，在步驟2)中測試鉆桿空載時的推力f1時，先連接步進電機與鉆桿，并在步進電機與鉆桿之間設置推力傳感器，固定好濾餅后，鉆桿與濾餅不接觸，啟動步進電機，使鉆桿以一定速度勻速運動，記錄與推力傳感器連接的推力顯示表的數值即為f1。通過推力傳感器和推力顯示表能方便地得到作用到鉆桿上的推力的大小。在一個優選的實施例中，在步驟3)中，包括一個面板，該面板設有凹槽，在該凹槽內設有壓力傳感器，濾餅位于壓力傳感器上并被凹槽固定。通過壓力傳感器能方便地得到鉆桿作用到濾餅上的壓力。在一個實施例中，將鉆桿壓在濾餅上，并對鉆桿施加一定的壓力使與壓力傳感器連接的壓力顯示表的數值達到預定值，該預定值即為壓力N，啟動與鉆桿連接的步進電機，使鉆桿以與空載時相同的速度沿濾餅表面勻速鉆進，通過連接在鉆桿與步進電機之間的推力傳感器記錄滑動摩擦力f2。能更準確地測量得到在相同鉆進速度下的滑動摩擦力f2，方便動摩擦系數的計算。在一個實施例中，對每一種鉆井液的潤滑性能進行測試時包括以下步驟：1)將待測鉆井液加入到濾失儀中進行濾失操作，得到成形的濾餅；2)將形成的濾餅固定，并將連有推力傳感器和步進電機的鉆桿貼近濾餅表面但不接觸濾餅，啟動步進電機，使鉆桿以一定速度做往復運動，記錄此時推力傳感器的讀數f1；3)調整步進電機的上下位置，需要的話施加一定的壓力到鉆桿，使得鉆桿作用在濾餅表面的壓力達到預定壓力，其壓力值可通過設在濾餅下面的壓力傳感器獲取，記為N；4)啟動步進電機，推動鉆桿在濾餅表面以與步驟2)中相同的速度做勻速抽拉運動，記錄推力傳感器上的讀數f2；5)根據記錄的鉆桿施加在濾餅表面的壓力N和鉆桿在濾餅表面滑動的滑動摩擦力(f2-f1)，根據公式μ＝(f2-f1)/N計算鉆桿在濾餅表面滑動的動摩擦系數μ。該測量步驟有利于實際操作，測試結果更接近于實際。在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于評價水平井和大位移井的鉆井液的潤滑性能的方法，包括以下步驟：1)獲取濾餅；2)測得鉆桿空載時的推力f1；3)將鉆桿與濾餅表面接觸，并加載壓力，記錄壓力N；4)驅動鉆桿使鉆桿在濾餅表面做滑動摩擦鉆進，記錄滑動摩擦力f2；5)根據動摩擦系數計算公式μ＝(f2?f1)/N計算動摩擦系數μ，μ表征潤滑液的潤滑性能的優劣。

【技術特征摘要】
1.一種用于評價水平井和大位移井的鉆井液的潤滑性能的方法，包括以下
步驟：
1)獲取濾餅；
2)測得鉆桿空載時的推力f1；
3)將鉆桿與濾餅表面接觸，并加載壓力，記錄壓力N；
4)驅動鉆桿使鉆桿在濾餅表面做滑動摩擦鉆進，記錄滑動摩擦力f2；
5)根據動摩擦系數計算公式μ＝(f2-f1)/N計算動摩擦系數μ，μ表征潤滑液
的潤滑性能的優劣。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當作用的壓力N相同時，動
摩擦系數μ大，表示對應的潤滑液的潤滑性能差；動摩擦系數μ小，表示對應的
潤滑液的潤滑性能好。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，若需要對不同的鉆井液
的潤滑性能進行評價時，通過濾失儀分別對不同的鉆井液進行濾失操作，獲取相
應的濾餅。
4.根據權利要求1～3中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟2)中測試
鉆桿空載時的推力f1時，先連接步進電機與鉆桿，并在步進電機與鉆桿之間設置
推力傳感器，固定好濾餅后，鉆桿與濾餅不接觸，啟動步進電機，使鉆桿以一定
速度勻速運動，記錄與推力傳感器連接的推力顯示表的數值即為f1。
5.根據權利要求1～4中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟3)中，包
括一個面板，該面板設有凹槽，在該凹槽內設有壓力傳感器，濾餅位于壓力傳感
器上并被凹槽固定。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，將鉆桿壓在濾餅上，并對鉆
桿施加一定的壓力使與壓力傳感器連接的壓力顯示表的數值達到預定值，該預定
值即為壓力N，啟動與鉆桿連接的步進電機，使鉆桿以與空載時相同的速度沿濾
餅表面勻速鉆進，通過連接在鉆桿與步進電機之間的推力傳感器記錄滑動摩擦力
f2。
7.根據權利要求1～6中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋兆輝，任立偉，唐文泉，薛玉志，任重，劉罡，褚奇，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院，湖北創聯石油科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11