不同黏度钻井液脱气效率实验.pdf

第 3 2卷第 6 期 2 0 1 1 年 1 2月 新疆石油地质 XI N J I ANG P E T ROL E UM GEO L 0GY V o 1 ． 3 2 ． No ． 6 De c ． 2 0l 】 不同黏度钻井液脱气效率实验 杨明 清 中国石化 石油工程技术研究院 ， 北京 1 0 0 1 0 1 摘要 准确检测钻井液 内烃类气体含量是发现和评价油气显示的重要方式之一， 然而钻井液黏度对检测结果存在 很大影响。 借助钻井液高温高压旋转模拟装置， 进行了不同黏度钻井液的脱气实验， 回归了不同黏度钻井液脱气效率 图版及方程， 建立了不同黏度钻井液校正系数图版及方程， 可对现场测取的钻井液 内烃类气体体积分数进行实时校 正， 有利于油气显示的及时发现和准确评价。 关键词 钻井液； 黏度； 脱气效率； 影响； 校正系数 文章编号 1 0 0 1 3 8 7 3 2 0 1 1 0 6 0 6 7 5 0 3 中图分类号 T E 2 5 4 ． 1 文献标识码 A 在钻井现场，测量钻井液内烃类气体的含量， 往 往用来发现及评价地层含油气性， 测得烃类气体含量 后， 结合钻井液排量、 钻进速度 、 钻头尺寸等参数， 即 可得出地层中单位体积岩石含气量在地面的体积， 考 虑到地面 、 地下温度 、 压力不 同， 根据气体方程 ， 可将 其折算成在地层情况下单位岩石的含油气量， 该值可 以直接反映地层的含气油性， 对发现、 评价油气显示 具有重要 的意义l 】 】 。 在测量及计算过程中 ， 钻井液排量 、 钻进速度 、 钻 头尺寸、 地面温度及压力、 地下温度及压力等参数都 可以直接或间接获得 。 在测量钻井液 内烃类气体含量 时， 一般采用电动搅拌脱气后用色谱仪进行分析的方 法_2 _。 电动搅拌脱气时， 并不能将钻井液内的气体全部 脱出， 相当一部分仍残留在钻井液内， 脱出的气体量 占钻井液内总气体含量的比值 ， 称之为“ 脱气效率” 翻 ， 脱气效率准确与否严重影响地层含气量计算的准确 性 ， 而脱气效率受钻井液黏度 的影响很大。受条件限 制 ， 到 目前为止 ， 尚未见有系统测量钻井液黏度对脱 气效率影响的报道。 1 实验方法 1 实验 器材实验器材 由色谱 仪 、 热真 空定 量全脱分析仪 、 反应釜I 5 ] 、 钻井液漏斗黏度计及范式黏 度计组成。色谱仪用于测量烃类气体的体积分数； 热 真空定量全脱分析仪用于分析钻井液内的脱出气体， 是 目前脱气效率最高的脱气器， 可近似认为脱出了钻 井液 内所有的气体 ； 反应釜是一个耐高温 、 耐高压 、 可 旋转搅拌的容器， 用于模拟井下高温、 高压、 钻柱旋转 等 ， 反应釜内可容纳 4 L钻井液、 可加热至 1 5 0 C 、 加 压至 7 0 M P a 、旋转转速可达 2 0 0 r ／ m i n ． 在本实验中， 设定钻井液容量 4 L 、 加热至 1 2 0 ％、 加压至 4 0 M P a 、 转速 1 2 0 r ／ mi n [a 。钻井液漏斗黏度计及范式黏度计分 别测量钻井液的漏斗黏度及塑性黏度。在实验过程 中，为避免钻井液黏度以外的参数变化造成干扰， 应 尽量保持钻井液黏度以外的参数不变 ， 由于钻井现场 钻井液温度 、 添加剂成分等难 以控制 ， 所 以采用室 内 实验的方法。 2 实验步骤①配置不同黏度钻井液， 选取其 中的一种， 注入反应釜； ②用 5 0 m L 烃类气体混合样 注入反应釜 ， 用 以污染钻井液 ， 烃类气体混合样 由甲 烷 、 乙烷 、 丙烷 、 异丁烷 、 正丁烷 、 异戊烷 、 正戊烷按一 定比例组成； ③关闭反应釜， 加温、 加压、 旋转搅拌， 在 2 5 m i n内逐渐加温至 1 2 0 C 、加压至 4 0 M P a 后降温、 降压 ， 用于模拟钻井液在井内循环过程 ； ④收集污染 后的钻井液， 并分为 3 份 ， 第 1 份测量其 5 0 ℃时的漏 斗黏度、 塑性黏度； ⑤将收集的第 2 份钻井液进行热 真空定量全脱分析 ， 并用色谱仪测量脱出的气体 内烃 类气体 的体积分数 ； ⑥将收集的第 3 份钻井液用搅 拌机进行搅拌 5 S ， 使钻井液 内的气体脱 出一部分 ， 用 以模拟钻井现场电动脱气 ， 将搅拌后的钻井液进行第 二次热真空定量全脱分析， 并用色谱仪测量脱出的气 体内烃类气体的体积分数 ， ⑦上面⑤ 、 ⑥两步操作应 收集相 同体积 的钻井液 ， 避免钻井液体积不同造成影 响 ， 并在 收集钻井液后及时进行 ， 避免钻井液的 自然 散失； ⑧选取其他黏度的钻井液， 重复上面的操作 ， 每 次操作皆严格按照相同操作程序， 最大限度地减小误 差。 3 脱 气效率计算方法根据上面测得 的数据 ， 可计算出脱气效率为 ／ T ，／1 ＼ 叼f 1 一 }x l O 0 ％ ， 1 ＼ 1 1 ／ 式中 脱气效率， 无量纲； 收稿日期 2 0 1 1 - 0 4 1 8 修订 日期 2 0 1 1 - 0 5 2 6 作者简介 杨明清 1 9 7 2 一 ， 男 ， 黑龙江双城人 ， 高级工程师， 钻井丁程， T e 1 O l O 一 8 4 9 8 8 3 8 0 E m a i l y a n g mq s r i p e 舢 第一次热真空定量全脱分析收集气体 广钻井液塑性黏度， m P a s ． 的体积 ， m L； 第二次热真空定量全脱分析收集气体 的体积 ， mL ； c 第一次热真空定量全脱分析收集气体 中烃类气体的体积分数， ％； c 第二次热真空定量全脱分析收集气体 中烃类气体的体积分数， ％； 甲烷 、 乙烷 、 丙烷 、 异丁烷 、 正丁烷 、 异戊 烷、 正戊烷中的某种烃组分， 无量纲。 c 表示第一次热真空定量全脱分析所测得的 烃类气体绝对含量， 由于热真空定量全脱气分析仪可 认为能全部脱出钻井液内的气体， 所以 c 。 表示钻 井液 中所含气体的真实含量。搅拌钻井液后 ， 一部分 烃类气体散失， 在现场， 将散失的气体收集起来并进 行分析， 可以发现和评价地层含油气情况， 由于实验 室内散失部分气体难以收集， 故采用测量钻井液内剩 余烃类气体含量的方法， c 的意义为搅拌后热真 空定量全脱分析所测得 的烃类气体绝对含量。 2 实验结果分析 受篇幅限制， 以甲烷为例， 对实验结果进行分析。 1 钻井液黏度对脱气效率的影响分析实验共 配置 9 种不同黏度的钻井液 ， 分别进行实验， 所测得 的甲烷“ 钻井液漏斗黏度一脱气效率” 及“ 钻井液塑性 黏度一脱气效率” 曲线及方程见 图 1 、 图 2 ， 公式 2 、 公 式 3 ． 图 1 漏斗黏度一脱气效率图版 由图 1 、 图 2 可看出， 随着钻井液黏度的增加， 甲 烷脱气效率降低， 用二项式进行方程回归， 可得 卵 l 0 ． 0 0 2 9 t 2 - 0 ． 8 4 l l t 6 6 ． 8 0 6 ； R 2 0 ． 9 5 9 2 2 r ／ 2 - 0 ． 0 0 7 4 ／ Z 2 - 0 ． 9 3 9 2 ／ z 4 9 ． 0 9 5 ．R 0 ． 9 4 3 3 3 式中“q l 不同钻井液漏斗黏度下的脱气效率 ， 无 量纲 ； 叼 不同塑性黏度下的脱气效率， 无量纲； 钻井液漏斗黏度， S ； 塑性黏度 ， m P a s 图 2塑性黏度一 脱气效率图版 2 脱 气效率的修正方法在实际生产 中， 经脱 气效率修正的烃类气体含量值， 在与以往的同类资料 进行对比时， 可对比性差翻 。 为此， 可将脱气效率值转化 为脱气效率校正系数， 使不同黏度钻井液的脱气效率 “ 标准化 ” ， 将漏斗黏度 6 0 S 作为 “ 标 准” 漏斗黏度I m J ， 将其脱气效率校正系数定义为“ 1 ” ， 其他黏度下的脱 气效率与其进行比较，即可得出脱气效率校正系数 ， 见 4 式。形成“ 漏斗黏度一脱气效率校正系数” 曲线 图3 和 6 式， 实时对脱气效率进行校正。同理 ， 将 塑性黏度 2 0 m P a S 作为“ 标准” 塑性黏度 ， 见 5 式 ， 形成 “ 塑性黏度一脱气效率校正系数” 曲线 图 4 和 7 式 图 3 漏斗黏度一 脱气效率校正 系数 图版 图 4 塑性黏度一脱 气效率校正 系数图版 第 3 2卷第 6期 杨明清 黏度钻外液脱气效率实验 6 7 7 K1 叼1 h 7 1 ； 4 r ／ 2 2 ． 5 式中 。 不同钻井液漏斗黏度下的脱气效率校 正系数 ， 无量纲； 不同钻井液塑性黏度下的脱气效率 校正系数 ， 无量纲 。 J，7 漏斗黏度为 6 0 s 时的脱气效率，无量纲； 叩 塑性黏度为 2 0 m P a S 时的脱气效率， 无量纲。 K 1 0 ． 0 0 0 2 t 2 - 0 ． 0 0 4 9 t 0 ． 6 0 1 5 ； R 0 ． 9 7 8 1 6 0 ． 0 0 1 9 0 ． 0 2 1 2 ／ z 0 ． 7 0 1 6 ． R 2 0 ． 9 7 0 8 7 则钻井现场可对钻井液内烃类气体含量进行校 正 。 G 1 G K1 ； 8 G 2 G ． 9 式中G 现场实测烃类气体体积分数， ％； G 利用漏斗黏度校正系数校正后的烃类 气体体积分数， ％． G 利用塑性黏度校正系数校正后的烃类气 体体积分数， ％． 3 结论 1 不同黏度的钻井液 ， 烃类气体脱气效率差别 很大， 钻井液黏度越大， 其脱气效率越低。 在发现及评 价油气层时， 应充分考虑钻井液黏度对脱气效率的影 响。 2 在钻井现场 ， 一般同时测量漏斗黏度及塑性 黏度，根据不同钻井液黏度下脱气效率校正公式， 可 对钻井现场烃类气体体积分数进行实时校正， 这对及 时发现及准确评价地层油气显示， 有重要的意义。 参考文献 [ 1 ] 金之钧 ， 张金川 油气资源评价方法的基本原则[ J ] ． 石油 学报 ， 2 0 0 2 ， 3 5 1 1 9 2 3 ． [ 2 ] 李学国， 曹凤江． 气测资料在确定地层含气量中的应用[ J ] ． 大庆石油地质与开发， 2 0 0 2 ， 2 1 4 1 4 1 5 ． [ 3 ] 黄小刚， 毛敏． 气测录井烃类气体组分脱气效率的计算 方法[ J ] ． 录井工程， 2 0 0 8 ， 1 9 4 1 7 2 0 ． [ 4 ] 邱正松 ， 张锐， 徐加放， 等． 泡沫钻井液高温高压密度特 性模拟实验研究[ J ] - 石油钻探技术， 2 0 0 2 ， 3 0 1 4 5 ． [ 5 ] 李江陵， 武庆河． 快速气相色谱及其在石油勘探中的应用 [ J ] ． 录井工程， 2 0 0 2 ， 2 1 1 3 5 4 5 9 ． [ 6 ] 何宏 ， 靳世久， 郝庭柱， 等． 气测录井中真空蒸馏脱气 自 动控制系统的研究[ J ] ． 石油学报， 2 0 0 4 ， 2 5 3 1 1 0 1 1 4 ． [ 7 ] 何宏 ， 靳世久， 孙青林， 等． 气测录井自动监测系统的研 究E J ] ． 南开大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 2 ， 3 5 3 2 4 2 8 ． [ 8 ] 宋庆彬 ， 汪德刚． 气测录井定量快速色谱分析技术[ J ] ． 录 井工程 ， 2 0 0 3 ， 1 4 4 2 4 2 8 ． [ 9 ] 杨明清． 降低气测录井背景值影响方法探讨[ J ] ． 石油地 质与工程 ， 2 0 1 0 ， 2 4 4 ， 4 7 4 9 ． [ 1 0 ] 佘明军， 郑俊杰 ， 李胜利． 气测录井全烃曲线异常的判断 及应用[ J ] ． 录井工程， 2 0 1 0 ， 2 1 1 4 8 5 0 ． Ex pe r i me nt o f De g a s s i ng Effi c i e nc y f o r Di ffe r e n t Vi s c o s i t y Dr i l l i ng Fl u i d s YANG Mi n g ． q i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m E n g i n e e ri n g ， S i n o p e c ， B e i j i n g 1 0 0 1 0 1 Ab s t r a c t Ac c u r a t e d e t e c t i o n o f g a s e o u s h y d r o c a r b o n c o n t e n t o f d ril l i n g fl u i d i s o n e o f me a n s f o r d i s c o v e rin g a n d e v a l u a t i n g t h e s h o ws o f o i l a n d g a s ．Ho we v e r ,t h e v i s c o s i t y o f d r i l l i n g fl u i d g r e a t l y a f f e c t s t h e d e t e c t i o n r e s u l t ．W i t h t h e h e l p o f h i g h - t e mp e r a t u r e a n d h i g h - p r e s s u r e r o t a r y s i mu l a t o r f o r d ri l l i n g fl u i d ，t h e d e g a s s i n g e x p e rime n t s o f d i f f e r e n t v i s c o s i t y d ri l l i n g fl u i d a r e c o n d u c t e d ，r e g r e s s i n g t h e d e g a s s i n g e ffic i e n c y c h a r t a n d e q u a t i o n s o f t h e d i f f e r e n t v i s c o s i t y d ril l i n g fl u i d ，i n c l u d i n g e s t a b l i s h i n g t h e c o e ffi c i e n t - c o r r e c t e d c h a ff a n d e q u i o n s ．B y t h e m， t h e r e a l t i me c a l i b r a t i o n o f t h e v o l u me f r a c t i o n o f t h e g a s e o u s h y d r o c a r b o n i n d ril l i n g fl u i d c a n b e ma d e a t t h e w e l l s i t e ． b e i n g g o o d f o r t i me l y d i s c o v e ry a n d e x a c t e v a l u a t i o n o f t h e s h o ws o f o i l a n d g a s ． Ke y W o r d s d ril l i n g fl u i d ； v i s c o s i t y ； d e g a s s i n g e ff i c i e n c y ； a f f e c t i o n ； c o e ffic i e n t c o r r e c t i o n