高温钻井液多因素钻具腐蚀性机理及评价方法研究

As the exploration and development of oil/gas resources in deep strata and hot dry rock geothermal resource, high temperature drilling fluids is increasingly used,especially in deep well, ultra deep well and hot dry rock drilling, and other fields.The corrosion which in high temperature and high pressure is more complicated than in atmospheric pressure,the composition and using of drilling fluids is linked with corrosion closely ,which is of great importance to the study of downhole corrosion and protection。Geological high temperature drilling fluids is a multicomponent system, this topic is major on studying the mechanism research of multi-factor corrosion，mainly for treating agents, oxygen content, acidity,rheology, drilling tool structure and formation, etc, exploring the research between it's internal regularity and change， optimizing the high temperature corrosion inhibitors, evaluation methods，which provides theoretical and experimental support for high temperature anti-corrosion drilling fluids.

随着我国深部油气资源和干热岩资源勘探开发，高温冲洗液在地质钻井中的使用日趋增加，特别是深井、超深井以及干热岩钻井等领域。钻进中高温高压钻井液对钻具的腐蚀较常温常压下更为复杂，钻井液组成及使用环境与其腐蚀紧密联系，对于研究钻具腐蚀与防护具有重要的意义。地质钻探高温钻井液是一种多组分体系，本课题通过研究钻井液多因素腐蚀机理的研究，主要针对处理剂、含氧量、酸碱度、流变性、钻具结构及地层等，探索研究其内部之间的规律和变化，在此基础上筛选高温钻井液缓蚀剂，进一步优化多因素腐蚀评价方法，为地质钻探防腐蚀高温水基钻井液提供理论和实验支持。

随着我国深部油气资源和干热岩资源勘探开发，钻井深度逐渐增加，深井、超深井的施工规模不断扩大，井下温度高、压力大，地层状况复杂，易发生事故，而耐高温水基钻井液因其有较好的抗高温性能广泛应用于我国深部油气资源和干热岩资源勘探。但由于其中含有各类无机盐和聚合物(腐蚀成分)，增强了钻井液的导电性，因而加剧了钻具的腐蚀，严重时可能导致钻具过早失效、增加辅助作业时间、降低钻进效率、造成经济损失。因此，研究高温条件下钻井液对钻具的腐蚀规律显得十分重要。.系统收集分析了国内外高温腐蚀的评价方法，研制了一种适合240℃高温环境下使用的高温高压磁力动态金属腐蚀测试仪器及新的评价方法，通过静、动态失重法对两种钢材（N80、J55）在不同温度、不同盐及耐高温处理剂溶液中的腐蚀情况分别进行了实验研究。结果表明，N80钢在单一无机盐溶液中腐蚀速率排序为：NaCl>CaCl2>KCl，且受温度影响不大；J55钢在温度较低时腐蚀速率排序为：NaCl>CaCl2>KCl，高温（180℃）时腐蚀速率排序为：CaCl2>KCl>NaCl，同时J55钢在温度较高时，在氯化钠溶液中的腐蚀速率随温度升高而减小，在氯化钾、氯化钙溶液中的腐蚀速率随温度升高而增大。可以看出，N80、J55钢在无机盐溶液中的腐蚀速率受浓度和温度的影响。N80、J55钢在三种复合盐溶液中的腐蚀速率排序为：NaCl、CaCl2复合溶液>NaCl、KCl复合溶液>CaCl2、KCl复合溶液。在SPNH、SMP-2处理剂溶液中的腐蚀速率排序为：SPNH>SMP-2。对比两种钢材，在180℃相同浓度的氯化钠溶液中N80钢的腐蚀程度较J55钢更为严重，尤其是在浓度为8wt%的氯化钠溶液中，两种钢材的腐蚀速率相差较大；180℃时，SPNH及SMP-2溶液对不同材质的钢材腐蚀程度：N80>J55。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）观察并分析了钢片表面腐蚀形貌及腐蚀产物形貌、相的成分等，两种钢材腐蚀主要为点蚀，N80、J55钢耐点蚀能力较弱，腐蚀产物主要为Fe3O4、FeCO3。.通过对主要优选的高温钻井液体系进行腐蚀性研究，优选出适用于抗高温缓蚀剂HSJ-2，HSJ-2缓蚀剂在180℃条件下，缓释效率最高，达到90%以上，明显的具有抗缓释效果。