井眼摩擦系数影响因素及规律实验研究

摘要

井眼摩擦系数是计算钻进摩阻的关键参数，现多利用钻压、大钩钩载等数据反算获得某长度井段的等效摩擦系数，并以此为基础开展钻进摩阻的相关研究工作，缺少从摩擦发生机理、细观结构和润滑介质等方面，对钻井过程中“钻柱-井壁”摩擦副的摩擦系数影响因素及其表现规律展开深入、细致的研究。通过建立摩擦室内实验平台，以井眼环境中摩擦影响关键因素——流体介质和岩屑形成的混合“润滑介质”为对象，开展不同工艺（气体钻井、钻井液钻井）井眼（裸眼岩石段、套管段）条件下，岩屑粒径、岩性和岩屑成床形态对摩擦系数影响规律的实验研究。研究结果表明，岩屑的几何不规则特性随粒径的增加而不断凸显，成为控制摩擦系数变化的主要因素；相比岩石粗糙壁面微凸结构明显的阻碍作用，内壁光滑的套管段摩擦系数整体偏小，因此为减小摩阻，应尽量提高裸眼段井眼质量；成床岩屑会对钻杆产生明显的“包覆效应”，导致摩擦系数增大；气体钻井条件下，钻柱与井壁的摩擦系数为0.44∼0.58，钻井液钻井条件下，套管段摩擦系数为0.25∼0.45，裸眼段摩擦系数为0.35∼0.55。

关键词

摩擦系数 / 摩阻 / 岩屑 / 钻井液 / 润滑介质

基金资助

国家自然科学基金青年项目（52004230）; 西南石油大学油气藏地质与开发全国重点实验室开放基金（PLN201921）;西南石油大学科研启动项目（2019QHZ008）