钻井液流变性
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第31卷 第2期2010年3月石油学报A CT A PETROLEI SINICAV o l.31M ar.N o.22010基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(2006AA 06A 19-4)/超高温高压条件下新型钻井液技术研究0部分成果。
作者简介:王富华,男,1968年10月生,2009年获中国石油大学(华东)博士学位,现为该校副教授,主要从事钻井液和油气层保护的教学和科研工作。
E -mail:zgs dw fh @文章编号:0253-2697(2010)02-0306-05高密度水基钻井液高温高压流变性研究王富华1 王瑞和1 刘江华1 王 力2 李 军1 车连发3 宿 辉3(11中国石油大学石油工程学院 山东东营 257061; 21中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院 黑龙江大庆 163453;31中海石油基地有限责任公司采油技术服务分公司 天津 300452)摘要:高密度水基钻井液属于较稠的胶体-悬浮体分散体系,固相含量大,固相颗粒分散程度高,自由水量少,在深井高温高压条件下流变性容易失控。
以室内研制的抗高温高密度淡水基和盐水基钻井液为基础,采用F ann 50SL 高温高压流变仪对钻井液在不同温度下的流变性进行了测试。
结果表明,温度是影响高密度水基钻井液流变性的主要因素。
随着温度升高,淡水基钻井液的表观黏度和塑性黏度都出现降低趋势;而盐水基钻井液的塑性黏度在150e 达到最低值,然后升高,表观黏度呈降低趋势。
利用测试数据,运用宾汉、幂律、卡森和赫-巴4种流变模式进行线性拟合发现,无论是淡水基还是盐水基钻井液,赫-巴模式最佳,幂律模式最差。
建立了预测淡水基钻井液表观黏度与温度、压力关系的数学模型,实测数据验证表明,该模型可以应用于生产实际。
关键词:高密度水基钻井液;高温高压;流变性;线性拟合;数学模型中图分类号:T E 254 文献标识码:ARheology of high -density water -based drilling fluid at hightemperature and high pressureWANG Fuhua 1 WANG Ruihe 1 LIU Jiang hua 1 WAN G Li 2 LI Jun 1 CH E Lianfa 3 SU H ui 3(11College of Petr oleum Engineer ing ,China Univ er s ity of Petroleum,D ongy ing 257061,China;21P etr oleum Eng ineer ing Resear ch I nstitute ,P etr oChina D aqing Oilf ield Comp any Limited ,D aq ing 163453,China;31CN O OC Oil Base -Oilf iel d T echnology Ser vice Comp any ,T ianj in 300452,China)Abstract :H igh -densit y drilling fluid is a thick collo id -suspension disper sed system w ith hig h solid phase content ,hig h dispersion of solid phase and lo w co ntent of free w ater.U nder the co nditions o f hig h temper atur e and high pr essure (HT HP ),t he r heo log y o fhigh -density dr illing fluid is hardly contro lled.T he rheolo g ies o f two ty pes of hig h -density w ater -based drilling f luids including the fr esh w ater -based dr illing fluid and salt w ater -based drilling fluid w ere test ed at hig h temperatur es of 50e ,80e ,120e ,150e ,180e ,200e and 220e respectiv ely ,and at hig h pressur e of 5M Pa using Fann 50SL Reometer.T he test results show ed that the t em perat ur e was the key fact or for co ntr olling t he rheolog y of high -densit y dr illing fluid.T he appar ent visco sity and plastic vis -cosity o f the fr esh water -based drilling fluid decreased with temperature increasing.F or the salt w ater -based dr illing fluid,the ap -parent visco sity decreased w ith temperature increasing ,and the plastic v isco sity decreased to the low est value at 150e and t hen in -cr eased with temperatur e rising.F our r heo log y mo dels including the Bingham M o del,P ower L aw M odel,Casson M o del and H -B M odel w ere used to simulate t he rheolog ical parameters of tw o dr illing fluids.T he results show ed that the H -B M odel was the best to depict t he hig h -density dr illing fluid at hig h temper atur e and high pressure,and the Pow er Law M o del w as the w or st.A new mathematica l model fo r descr ibing the r elations of appar ent viscosity of t he fresh w ater -based dr illing fluid wit h temper ature and pr essure w as pr oposed.T he tested data prov ed the validity o f this model in practice.Key w ords :high -density water -based drilling fluid;high temperature and hig h pressure;rheolog y;linear fitting;mathematical model深井井下温度和压力较高,这不仅要求钻井液抗高温性能好,而且具有较高密度以保证井下安全。
第一章1钻井液:油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
钻井液又称做钻井泥浆(Drilling Muds),或简称为泥浆(Muds)2完井液:在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液,这些作业包括钻开油层、下套管、射孔、防砂、试油、增产措施和修井等。
因此从广义上讲,从钻开油层到采油及各种增产措施过程中的每一个作业环节,所使用的与产层接触的各种工作液体系统称为完井液。
3钻井液的功能: 1.携带和悬浮岩屑(这是钻井液首要和最基本的功用)2.稳定井壁和平衡地层压力3.冷却和润滑钻头、钻具4.传递水动力5.获取井下信息6。
保护油气层4钻井液类型:1.分散钻井液2.钙处理钻井液3.盐水钻井液4.饱和盐水钻井液5.聚合物钻井液6.钾基聚合物钻井液7.油基钻井油8.合成基钻井液9.气体型钻并流体10.保护油气田钻井液。
5钻井液的常规性能:密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、HTHP滤失量、pH值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量、滤液中各种离子的质量浓度6钻井液密度的调节方法:加重钻井液密度方法:加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。
在加重前,应调整好钻井液的各种性能,特别要严格控制低密度固相的含量。
一般情况下,所需钻井液密度越高,加重前钻井液固含及粘度、切力应控制得越低。
可溶性无机盐也是提高密度常用方法。
如保护油气层清洁盐水钻井液,通过加入NaCl,可将钻井液密度提高至1.20 g/cm3左右。
降低钻井液密度方法:为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井,通常降低密度的方法有以下几种:(1)清除无用固相: 最主要的方法用机械和化学絮凝的方法清除无用固相,降低钻井液的固相含量。
(2)加水稀释:但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。
(3)混油:但有时会影响地质录井和测井解释。
(4)充气:钻低压油气层时可选用充气钻井液等。
8钻井液的固相含量:钻井液固相含量通常用钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数来表示,固相含量的高低以及这些固相颗粒的类型、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井速度及油气层损害程度等有直接的影响。
钻井液流变模式的优选与评价钻井液是钻井操作中重要的步骤之一,它起到了钻井过程中的支撑、清洗、冷却和稳定等重要作用。
钻井液的性能在很大程度上决定钻井的成功。
因此,钻井液的流变模式的优选与评价一直是钻井技术领域的研究重点之一。
钻井液的流变模式表征了钻井液的物理性质,是钻井技术发展趋势的重要参考。
在钻井液流变模式优选与评价中,首先要明确从物理性质、实际操作和经济上考虑的重要因素,以及在钻井液流变模式优选过程中将会充分考虑的科学内容。
钻井液流变模式是由流变学中的新兴理论所解释的,它能够描述钻井液的黏度特性,并对钻井液的受力情况进行预测。
现代流变学中的新兴理论对钻井液流变模式的研究具有重要的参考价值。
例如,利用位移准则描述钻井液流变模式,根据不同压力下钻井液的流变特性,可以研究钻井液的流变模式。
钻井液流变模式的优选与评价需要在现有的流变学理论的基础上,加以综合运用。
在综合考虑实际操作条件、性能要求和经济指标的基础上,将流变学原理和数学公式应用在实际的环境中,进行钻井液流变模式的模拟和优选。
钻井液流变模式的优选与评价需要考虑实际操作条件,钻井液的物理性质,以及流变学理论等多个方面。
具体而言,钻井液流变模式的优选与评价应考虑以下几个方面:钻井液的温度、钻井液的粘度、钻井液的流变性、钻井液的稳定性以及流变学理论在钻井液流变模式优选与评价中的应用。
通过对比,结合流变学理论,钻井液流变模式可获得较好的优化结果。
在钻井液流变模式的优选与评价中,可以通过模拟钻井液物理性质和流变特性,依据综合的评价结果优选出合理的钻井液流变模式,从而为钻井获得较好的支撑效果,同时实现钻井液的有效控制,保证钻井的高效安全性。
钻井液流变模式的优选与评价是钻井技术领域中重要的研究内容,它既关乎钻井流程的质量和安全性,又关系到现代钻井技术发展的趋势,因此在实施钻井操作过程中,应按照钻井液流变模式的优选与评价进行,以确保钻井操作的高效安全性。
总之,钻井液流变模式的优选与评价是钻井操作过程中重要的一环,它既与钻井质量和安全性密切相关,又关系到钻井技术发展的方向。
钻井液优选流变模式王福云摘要:钻井液流变模式的合理选择和流变参数的准确计算是钻井液优化设计的前提。
文中利用范式六速旋转粘度计对石油钻井液4种流变模式:幂律模式、宾汉模式、卡森模式以及带屈服值的幂律模式进行对比和分析,并对钻井液流变模式进行优选的4种方法,即流变曲线对比法、剪切应力误差对比法、相关系数法和灰色关联分析法做了详细的阐述。
关键词:流变模式;钻井液;水力参数;流变曲线; 灰色关联分析法前言在钻探工作中,合理设计的钻井液是钻探工作成功的重要条件。
钻井液体的流变性能变化范围很大,不是一两种流变模式所能涵盖的,而不同的流变模式所诠释的流变性能不同,其流变参数也不一样。
钻井液流变模式的优选不仅对于准确计算流变参数至关重要,而且对于评价处理剂性能、优选钻井水力参数、分析研究井内净化和井壁稳定等均具有重要作用。
目前,广泛采用的钻井液流变模式有幂律模式、宾汉模式、卡森模式以及带屈服值的幂律模式。
在研究钻井液或处理剂的流变特性时,习惯做法是用六速旋转粘度计检测其在600、300、200、100、6、3rpm 时的读数,然后绘制流变曲线,这样得出的流变曲线精度不高,而且不能定性的表达与各种流变模式的拟合程度。
相关文献和实测现象均表明,6、3rpm 的数据因旋转粘度计内外筒环的液体呈塞流流动而不准确,这一点对高密度钻井液尤其突出,因此不能保留其直接的读数值。
本文分别介绍和分析了对流变模式进行优选的四种方法:曲线对比法、剪切应力误差对比法、相关系数法和灰色关联分析法。
一、4种钻井液流变模型标准API中仅给出了幂律流体与宾汉流体水力参数的计算方法,这两种模式也是目前钻井界最常见的流变模式。
幂律流体(Power-Law Fuild,简称PL)服从指数规律。
聚合物钻井液一般属于这种类型。
宾汉流体(Bingham Fulid,简称BF)又称塑性流体,大多数钻井液并不是完全是宾汉型或幂律型,而恰恰是介于二者之间。
1926年,Herschel和Bulkley提出了带屈服值的幂律模式(HB 模式)。
油水比对油基钻井液流变性的影响庄严;熊汉桥;丁峰;邓强;张俊杰;冯伟雄;李卫东【摘要】钻井过程中由于地层水侵入导致油水比的变化对钻井液流变性的影响是非常值得研究的.主要采用M3600自动流变仪分别测出不同油水比(2∶ 8/3∶ 7/4∶ 6/5∶ 5/6∶ 4/7∶ 3/8∶ 2)的油基钻井液在不同温度(30℃、60℃、90℃)下的各流变参数.以此判断,当发生水侵时油基钻井液油水比变化引起流变性能的变化.实验证实:当油水比大于1时,油基钻井液属于塑性流体;当油水比小于1时,油基钻井液更倾向于假塑性流体.同一温度下,随着油水比的不断降低,油基钻井液的剪切应力、黏度以及静切力都升高.同一油水比的油基钻井液温度越高,剪切应力、黏度、静切应力都越小.随着油水比的不断降低,油基钻井液的破乳电压不断降低,即稳定性不断交差.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)012【总页数】6页(P238-243)【关键词】油水比;油基钻井液;流变性【作者】庄严;熊汉桥;丁峰;邓强;张俊杰;冯伟雄;李卫东【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;塔里木油田分公司库车勘探开发项目经理部,库尔勒841000;塔里木油田分公司库车勘探开发项目经理部,库尔勒841000;塔里木油田分公司库车勘探开发项目经理部,库尔勒841000;塔里木油田分公司库车勘探开发项目经理部,库尔勒841000;塔里木油田分公司库车勘探开发项目经理部,库尔勒841000【正文语种】中文【中图分类】TE254.1近年来,随着国内能源需求的增加,石油勘探开发逐渐向深部和复杂地层发展。
钻探深井、超深井、大斜度井、多分支井、水平井等复杂井的数量越来越多;特别是随着非常规油气资源的开发,对油基钻井液体系的需求越来越大。
随着油基钻井液应用的不断推广,人们对油基钻井液流变性等性能的研究也越来越多。
钻井液常用计算一、水力参数计算:(p196-199)1、地面管汇压耗:Psur=C×MW×(Q/100)1.86×C1Psur---地面管汇压耗,Mpa(psi);C----地面管汇的摩阻系数;MW----井内钻井液密度,g/cm3(ppg);Q----排量,l/s(gal/min);C1----与单位有关的系数,当采用法定法量单位时,C1=9.818;当采用英制单位时,C1=1;地面管汇类型与C值:管汇类型立管水龙带水龙头方钻杆C值长度m 内径mm长度m内径mm长度m内径mm长度m内径mm1 12.2 76.2 13.7 50.8 1.2 50.8 12.2 57.2 1.02 12.2 88.9 16.8 63.5 1.5 57.2 12.2 82.6 0.363 13.7 101.6 16.8 76.2 1.5 57.2 12.2 82.6 0.224 13.7 101.6 16.8 76.2 1.8 76.2 12.2 101.6 0.152、确定钻具内的钻井液流态及计算压耗:①钻具内钻井液的平均流速:V1=C2×Q/2.448×d2V1-------钻具内钻井液的平均流速,m/s(ft/s);Q-------排量,l/s(gal/min);d-------钻具内径,mm(in);C2------与单位有关的系数。
当采用法定计量单位时,C2=3117采用英制单位时,C2=1。
②钻具内钻井液的临界流速V1c=(1.08×PV+1.08(PV2+12.34×d2×YP×MW×C3)0.5)/MW×d×C4V1c -------钻具内钻井液的临界流速,m/s(ft/s);PV----钻井液的塑性粘度,mPa.s(cps);d------钻具内径,mm(in)MW----钻井液密度,g/cm3(ppg);C3、C4------与单位有关的系数。