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在钻井液及其添加剂的科研、生产和检验实践中,现行的钻井液API试验方法不能完全真实、有效地反映出其实际循环过程和使用效果,使得研究人员对工程应用中遇到的诸多难题感到束手无策;在油田化学专业教学过程中,至今没有一套完整的钻井液综合实验装置用于相关试验和研究。本论文针对这些问题,提出了建立一套动态模拟钻井液循环流动的实验装置,并将其用于钻井液及其添加剂的研究评价和教学实验中。
在对涉及到的相关水力学原理进行实验研究的基础上提取了装置的主要设计参数;对实验装置各单元进行了详细设计,并依据设计图纸制作了实验装置单元;完成了实验流程的组装和调试。实验装置可以模拟的钻井液工作单元包括:井筒中岩屑的携带和悬浮、地层中钻井液的滤失造壁、钻井液固相沉降分离、添加剂连续加入及混合等。实验装置操作范围:温度<50℃,压力<0.5MPa,环空流速0~20cm/s,模拟岩屑颗粒粒径10~60目。在动态模拟流程上对钻井液携带岩屑、动态滤失、固相沉降分离进行了系统地实验研究,确立了动态评价指标和方法,初步建立了钻井液及其添加剂的动态评价方案。
对课题组在研的两种水基钻井液添加剂进行了系统地室内评价,并将评价中遇到的问题进行了相关动态评价研究。实验结果显示,动态评价过程更接近钻井液及其添加剂的现场使用环境,能更真实地反映钻井液及添加剂的现场作用过程,是一种有效的实验研究评价手段。