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《西南石油学院》 2004年
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空气钻井中钻具腐蚀与防护及其机理研究

万里平  
【摘要】:在空气钻井中,井下流体多属气(主要为空气)、液(含盐地层水、外加液体添加剂)、固(钻屑、砂子)多相混合流动的复杂状态,其腐蚀性强,此外,还有地层砂子和钻屑对钻具的磨蚀和冲蚀。在伊朗TBK气田钻进中,钻具腐蚀非常严重,直接影响中方钻井施工的进度和经济效益,为了解决这一问题,必须对空气钻井中影响钻具腐蚀主要因素和腐蚀机理作深入研究,结合现场实践和国内外有关文献报道,提出采用添加缓蚀剂和除氧剂的稳定泡沫液进行空气泡沫钻井。 论文主要研究内容及创新点如下: 模拟空气钻井高温高压多相流腐蚀环境,采用挂片失重法首次较系统的研究了空气钻井中影响钻具腐蚀的几大因素,并用正交试验和灰关联分析对影响因素进行了分析和排序。得出的结论是,空气钻井中影响钻具腐蚀主要因素依次为:井底温度、钻井液pH值、空气压力,钻屑的磨蚀和冲蚀。 应用稳态极化、阳极动电位快速扫描和交流阻抗等电化学测量手段,以及数码照相、扫描电镜、能谱分析和X衍射等表面分析,探讨了钻具腐蚀机理,结果证明钻杆钢在高温高压下的腐蚀产物主要是Fe_3O_4、Fe_2O_3、CaCO_3、CaSi_2O_5和Na(K)Cl.FeCO_3ClO等。提出其腐蚀反应机理为:高温高压氧化反应;溶解氧腐蚀;二氧化碳腐蚀:Cl~-的氧化和穿透;钻屑的磨蚀和冲蚀。 通过大量室内实验筛选出防腐稳定泡沫,其配方为:2.0%F_4+0.3%HPAM+0.2%XC+0.5%CT2-17+0.05%Na_2SO_3。在动态测试条件下(20目、55目和75目的钻屑加量各10%,转速为150r/min,空气压力为1.0MPa,温度为64℃,pH值为10,反应48h),泡沫质量为70.7%,半衰期为61.3min,缓蚀率为95.6%,可满足TBK气田钻井的需要。结合实验数据,从理论上对泡沫衰变机理及其稳定性影响因素作了系统的阐述。 对实验数据整理分析,首次提出空气泡沫钻井中泡沫的缓蚀机理,主要为:发泡剂F_4在钢铁表面的吸附;稳泡增粘剂HPAM和XC的络合性;氧的隔绝;泡沫能“固定”砂粒,减少冲蚀。在泡沫中添加缓蚀剂CT2-17和除氧剂Na_2SO_3,泡沫缓蚀能力进一步得到提高。该缓蚀剂是以抑制阳极过程为主的混合型缓蚀剂。 通过对钻具腐蚀机理和泡沫缓蚀机理分析,结合国内外研究现状与伊朗TBK钻井现场实践,推荐采用泡沫钻井代替空气钻井,并通过调整泡沫基液pH值、加入缓蚀剂和化学剂除去腐蚀性成分等多种方法,可控制钻具腐蚀。解决了空气钻井地层出水时,钻具腐蚀严重这一困扰钻井施工进度的难题,具有重要的理论意义和实际应用价值,值得推广应用。
【学位授予单位】:西南石油学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TE982

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【引证文献】
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