不同因素下钻井液流变特性研究.pdf

3 卷 l 期 1 9 9 6 年3 月 石油钻井工 程 2 1 t ，， 、 l ， ／ 、 一 ， I l 不 同 因 素 下 钻 井 液 流 变 特 性 研 究 胜 利 石 诎 局 钻 井 研 究 院 油 化 所 第 一 作 誊 篱 卉 ，l 9 8 5 年 毕 业 于 西 甫 石 沽 学 院 应 用 化 学 系 t 1 -程 ． 搴 钻 井 蕞 研 究 工 作 ． 午 摘 要 利用 R V 2 0旋转粘度计对不同拈土含量的帖井液的泣变特性进行 了研 ’ 究 ．发 现 随 粘 土 台 量 增 加 ，其 最 拟 夸 的 流 变 蠖 武 有 所 变 化 I 对 不 同 剪 切 时 间 文 温 度 对 钻 井 液 流 变 特 性 的 影 响 方 面 进 行 了 探 讨 ， 寻 找 其 所 适 应 的 泣 变 模 式 ．研 兜 结 果 对 帖 井 液 的 漉 变 控 制 技 术 具 有 指 导 意 义 ． ． 主 题 词 苎 兰 堂 温 度 塑 苎 丛 专 占 廿力 1 前 丁 ／ ／ 流 变 学 是 研 究 变 形 和 流 动 的 学 科 ． 在 钻 井 过 程 中 ， 钻 井 液 的 流 动 性 直 接 影 响 着 钻 井 的 全 过 程 ， 影 响 着 井 眼 规 则 和 能 否 在 最 短 的 时 间 内 安 全 完 钻 ．控 制 好 钻 井 液 的 沆 变 特 性 可 以 很 好 解 决 井 眼 净 化 与 冲 蚀 问题 、 钻 屑 的 悬 浮 问 题 、水 力 学 计 算 问 题 ，井 可 利 用 力 学 关 系 来 评 价 分 析 钻 井 液 处 理 『 可题 ．随 着 钻 井 技 术 的 发 展 ， 钻 井 藏 流 变 性 能 的 研 究 越 来 越 受 到 钻 井 界 的 重 枧 ，因 为 从 钻 头 水 马 力 的 设 计 、 循 环 压 降 的 计 算 、压 力 激 动 的 产 生 、 岩 屑 的 携 带 和 井 壁 的 稳 定 以 及 如 何 有 效 地 发 挥 钻 头 水 马 力 ， 都 与 钻 井 液 的 藏 变 性 能 密 切 相 关 ． 通 常 我 们 在 研 究 钻 井 藏 的 流 变 特 性 时 ， 习 惯 做 j 击是 测 量 钻 井 液 在 地 面 条 件 下 的 剪 切 流 动 特 性 ． 井 通 过 某 些 方 式 用 这 些 地 面 测 量 值 外 推 到 井 下 条 件 ， 这 就 需 要 一 种 可 靠 的 模 式 来 表 述 钻 井 液 在 井 眼 内 循 环 期 间 的 流 变 性 是 怎 样 随 温 度 、 剪 切 时 间 和 剪 切 条 件 而 变 化 的 ． 我 们 于 g 0年 代 引 进 了 H A AK E R V 2 0旋 转 牯 度 计 ， 进 行 了 钻 井 藏 流 变 性 方 面 的 探 讨 ． 研 究 了 粘 土 古 量 ，剪 切 时 间 、温 度 等 因 素 对 钻 井 液 流 变 性 的 髟 响 ，寻 控 在 诸 因 素 髟 响 下 能 够 袁 征 钻 井 藏 在 井 眼 内循 环 的 栽 变 模 式 ． 为 钻 井 液 的 栽 变 控 制 技 术 提 供 了 相 应 的 理 论 依 据 ． 2 仪 器 设 备 所 有 试 验 都 是 用 Kk A K E R V 2 0旋 转 粘 度 计 测 试 的 ．谖 仪 器 可 以 测 量 各 种 流 体 的 剪 切 应 力 随 剪 切 速 率 、时 间 爰 温 度 的 变 化 曲 线 ． 然 后 进 行 回 归 分 析 ， 并 优 选 出 最 适 宜 的 院 变 模 式 ． 其 测 量 范 田 为． t 温 度 ；一 3 0℃ ～ 3 o o℃ } 压 力 0～ l 0 胁I 剪 切 速 率 t 0 ．5～ 1 0 0 0 0 日 1 维普资讯 2 2 产 ． } ． } 不 同 目素下钻 井渣 漉变特 性斜 窆 粘 度 1～ 4 1 0 mP a g ． 3 试 验 结 果 与 讨 论 3 ． 1 粘 土 含 量 对 钻 井 液 流 变 性 的 影 响 分 别 配 制 粘 土 古 量 为 3．0 ． 4．5 6．0％ 、7．5 、9．0 的 坂 土 浆 ，水 化2 {h 后 ，用 R 、 2 0粘 度 计 在 2 0℃ 下 分 别 测 其 漉 变 性 ， 测 得 藏 变 曲 线 见 圈 1． 囤 1 不 同 拈 土 音 量 牯 井 液 井 的 泣 变 由 城 将 图 】中 的 各 条 瘟 变 衄 线 加 以 回 归 分 析 ， 可 得 蛆 下 结 粜 在 常 温 下 ，不 同 牯 土 台 量 的 基 浆 与 C a s s o n模 式 的 报 合 性 最 好 ，与 B i n g h 蛐模 式 的 担 台 性 也 较 好 ， 随 粘 土 古 量 增 加 ． 与 B i n g h a m 模 式 的 拟 合 速 度 有 所 提 高 ， 而 与 O s t w a l d模 式 的 担 台 程 度 降 低 ． 可 以 推 断 ．随 粘 土 古 量 增 加 ， 粘 土 囊 牲 浓 度 增 大 ，颗 粒 间 粘 结 形 成 的 絮 凝 罔 状 结 梅 增 强 结 构 被 切 应 力 拆 散 后 的 恢 复 速 度 增 大 ， 教 粘 度 随 剪 切 速 率 增 加 而 降 低 的 程 度 娥 少 ， 使 钻 井 藏 更 趋 于 塑 性 巍 受 ． 从 图 1中 还 可 看 出 ， 随 粘 土 含 量 增 加 ， 钻 井 液 的 粘 度 和 屈 服 值 也 相 应 增 加 ， 这 是 因 为 随 粘 土 古 量 增 加 ， 单 位 体 积 内 的 粘 土 囊 粒 增 多 ， 粘 土 黑 粒 间 的 静 电 作 用 力 和 范 甚 华 力 增 强 ， 颗 粒 问 出 现 更 多 的 培 一 面 、端 一 端 连 接 ， 形 成 更 多 的 罔 絮 结 梅 ， 从 而 使 悬 浮 藏 的 屈 服 值 和 粘 度 均 有 所 增 加 ． 维普资讯 革3 毫 i 期1 9 9 6 丰，一 石油钻井工程 2 3 s ． 剪 切 时 间 对 钻 井 液 流 变 性 影 响 图 2 为 钻 井 赦 藏 变 性 随 时 间 变 化 的 曲 线 ． 测 量 温 度 为1 3 c ．剪 切 速 率 为 1 0 O c s ～ 。 钻 井 藏 组 分 为 ， 7 基 袋 l C P D 0 ．3 H P A N ． 注 C P D 为 一 种 探 井 高 温 降 失 水 剂 ． ． 11 c 0 圜 2 钻 井 液 流 变 性 蓝 时 间 变 化 曲 线 从 图 2中 可 以 看 出 ，钻 井 藏 具 有 触 变 性 ． 将 测 得 的 牯 度 一 时 闻 曲 线 加 ￡ l回 归 分 析 。 可 知 符 台 L o g a r i t h m i c模 式 ．在 钻 井 藏 体 系 中 。 除 粘 土 颗 粒 闻 的 静 电 吸 引 力 和 分 于 阿 力 而 形 成 的 絮 凝 网 状 结 构 外 ， 高 景 物 C P D 和 H P AN 分 于 链 上 的 吸 酣 水 化 基 团 能 将 许 多 牯 土 颗 粒 吸 酣 于 高 聚 物 分 于 链 上0】 ， 形 成 更 多 的 二 维 和 三 维 网 状 结 构 ．由 于 剪 切 作 用 ， 这 些 网 状 结 构 被 破 坏 ， 因 而 使 钻 井 藏 牯 切 下 降 ． 在 剪 切 相 始 阶 段 ， 钻 井 赦 体 系 中 的 网 状 结 构 较 多 ． 受 剪 切 作 用 而 被 搅 散 的 结 构 也 多 。 从 而 使 钻 井 藏 粘 切 茂 小 较 快 待 剪 切 一 定 时 间 后 ， 钻 井 藏 体 系 内 的 网 状 结 构 被 剪 切 破 坏 到 一 定 程 度 ， 处 于 搅 敬 一 恢 复 平 衡 状 态 ， 因 此 其 粘 切 瞳 剪 切 时 间 延 长 而 基 本 不 再 变 化 ． 以 上 结 果 说 明 ． 钻 井 液 体 系 具 有 一 定 的 剪 切 稀 释 性 ． 3．3 温 度 对 钻 井 液 漉 变 性 影 响 圈 3为 钻 井 藏 流 变 性 随 温 度 变 化 曲 线 ．测 量 压 力 为 1 O唧 且． 剪 切 速 率 为 1 0 O O 3 _ 。 。 钻 井 藏 组 分 为 ， 7 基 装 1 c P D - F O．3“ H P A N ． 国 3 钻 井 液 瓶 变 性 随 置 度 变 化 曲 城 维普资讯 2 4 严衙 新 ， 千 同因素 下帖 井蔽 漶 变特性 研 宅 从 图 3 中 可 以 看 出 ，随 着 温 度 升 高 ． 钻 井 液 体 系 的 粘 切 总 体 上 呈 下 降 趋 势 ．将 测 得 的 粘 度 一 温 度 曲 线 加 以 回 归 分 析 ， 即 可 获 知 其 符 合 E x p o n e a t i 模 式 ． 仔 细 观 寨 这 条 曲 线 ．可 以 发 现 在 温 度 升 高 的 初 始 阶 段 ．钻 井 液 的 粘 切 随 温 度 升 高 而 略 有 增 加 ， 待 达 到 一 定 温 度 后 ． 开 始 随 温 度 升 高 而 逐 渐 减 小 ． 这 是 因 为 温 度 升 高 ， 钻 井 液 体 系 内颗 粒 的 动 能 增 加 ， 使 钻 井 藏 内 颗 粒 可 以 更 加 自 由 地 流 动 ． 在 升 温 的 初 始 阶 段 ， 升 温 主 要 使 粘 土 表 面 的 阳 离 子 扩 散 能 力 增 强 ． 扩 散 双 电 层 螬 厚 ． E电 位 升 高0 】，促 进 粘 土 颗 粒 的 分 散 I 且 钻 井 藏 处 理 剂 分 子 结 构 中存 在 的 不 饱 和 键 和 活 性 基 团 受 升 温 影 响 ， 发 生 交 聪 增 效 作 用 ． 这 二 种 因 索 都 促 使 钻 井 液 的 粘 切 有 所 提 高 ．待 达 到 9 0℃ ～ l 0 0℃ 之 后 ． 升 温 则 主 要 对 粘 土 产 生 钝 化 作 用 ， 使 粘 土 呈 现 较 大 的 惰 性 ． 表 面 活 性 降 低 I 此 外 ，随 温 度 升 高 ， 钻 井 液 处 理 剂 发 生 高 温 降 解 ，使 分 子 主 链 断 裂 ， 并 使 亲 水 基 团 与 主 链 连 接 键 断 裂 ． 从 而 使 处 理 剂 效 托 下 降 ， 故 随 温 度 升 高 钻 井 液 体 系 的 粘 切 呈 下 降 趋 势 ． 总 体 看 来 ． 钻 井 { 戎处 理 荆 的 高 温 降 解 作 用 要 比 粘 土 的 分 散 作 用 影 响 更 太 ， 园 此 ，随 温 度 升 高 ， 钻 井 液 体 系 的 粘 切 总 体 上 呈 下 降 趋 势 ． 4 结 论 1随 粘 土 含 量 增 加 ，钻 井 藏 的 流 变 特 性 由 最 符 合c a s s o n 模 式 转 换 为 最 符 合 a t a v i s m 模 式 ． 2钻 井 液 体 系 具 有 剪 切 稀 释 性 ， 钻 井 液 流 变 特 性 与 时 间 的 关 系 符 合 L o g a r i t h mi c 模 式 ． 3随 温 度 升 高 ． 钻 井 液 体 系 的 粘 切 逐 渐 下 降 ， 钻 井 液 流 变 特 性 与 温 度 的 关 系 符 合 E x p o n e n t i a l模 式 ． d 了 解 掌 握 不 同 园 索 下 钻 井 藏 的 流 变 特 性 ， 可 以 很 好 地 指 导 钻 井 藏 的 漉 变 控 制 技 术 。 符 号 说 明 剪 切 应 力 ． P 丑 Y 剪 切 速 率 ， s 一 粘 度 ． mP a s t 时 间 ． r n i n T 温 度 ．℃ n 卡 森 模 式 B i n g h a m 宾 设 模 式 O s t w a l d 幂 樟 模 式 L o g a r i t h mi c 对 数 模 式 E x p o n e n t i a l 指 数 模 式 参 考 文 献 1．钻 井 手 册 甲 方 ， 石 油 工 业 出 版 社 ， 1 9 9 0。 2．吴 隆 杰 等 ， 钻 井 液 处 理 荆 胶 体 化 学 原 理 ，成 都 科 技 大 学 出 版 社 ， 1 9 9 2。 3．黄 汉 仁 等 ， 泥 浆 工 艺 原 理 ， 石 油 工 业 出 版 社 ， 1 9 81。 本 篇 责 任 编 辑 桂 青 才 维普资讯