[發明專利]一種變徑管式鉆井液流變性測量方法

有效

• 申請號: 201010249525.0
• 申請日: 2010-08-10
• 公開（公告）號: CN102374960A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 劉保雙;李公讓;王忠杰;馬云謙;唐代緒;何興貴;隋旭強
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院
• 主分類號: G01N11/04
• 分類號: G01N11/04;G01N11/08
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 羅文遠

技術領域

本發明涉及一種變徑管式鉆井液流變性測量方法，尤其適合于現場鉆井液的流變性在線檢測。?

背景技術

流變學是研究物質流動和變形的一門科學，鉆井液流變學的研究是流變學的一個重要方面。鉆井液的流變性一般包括流體的粘度、靜切力、動切力和剪切稀釋特性等。這些流變性的掌握和調整，與提高鉆井速度和井下安全有很重要的關系。鉆井液流變性關系到(1)鉆井液攜帶鉆屑、清潔井眼的能力；(2)懸浮能力；(3)對井壁的穩定作用；(4)鉆井參數的優化設計——鉆頭水馬力設計和循環壓耗的計算等等。所以鉆井液流變學及流變性的測量研究一直深受重視。?

目前流變性的測量方法有很多種，最常用的方法有管流法、旋轉法、落球法、圓盤法、振動法等。其中旋轉法和管流法是鉆井液流變性測量的常用方法。?

旋轉法測量鉆井液粘度是目前應用廣泛的一種方法。其基本原理是：當流體與浸于其中的物體二者之一或者二者都作旋轉運動時，物體將受到流體粘性力矩的作用而改變原來的轉速或轉矩，通過測量流體作用于物體的粘性力矩或物體的轉速來確定流體的粘度。旋轉法適用范圍寬，測量方便，易得到大量的數據，但是存在很多局限性。?

西安石油學院的景天佑等人早在1989年就對現場鉆井液的流變性遙測裝置進行了研究，他們研制的遙測裝置的主要原理是一個力矩電機帶動轉筒轉動，根據旋轉速度和力矩測定值計算出流變性參數。該論文還論證了單轉筒粘度計，雖然在理論上可以測定流體粘度，但是只能測定低剪切速率下的粘度，在實際鉆井中，流體的速度梯度往往很高，這就要求調幅范圍很寬的直流力矩電機，給實際電機選用帶來了一定的困難。?

2008年A.Saasen等人采用了能在不同剪切速率下測量粘度的Couette(庫愛特)粘度計，這種粘度計是控制轉速的雙筒粘度計。而雙筒式旋轉粘度計則存在內外桶之間鉆井液的頂替問題。所以要使用旋轉法來連續測量鉆井液流變性還存在很多問題需要解決，難以實現目前鉆井液流變性在線測量。?

管流法也是流變性測量的一種常用方法，這種方法的原理是哈根·泊肅葉定律，即一定體積的液體在一定壓力梯度下通過給定毛細管所需時間正比于層流液體的粘度。因此，通過測量液體流速和液體流經毛細管產生的壓力差即可得液體粘度。毛細管粘度計制造簡單，價格較低，溫度控制簡單，實驗操作方便，能夠進行粘度的絕對測量，因此毛細管法是一種有吸引力的測量方法。?

1991年，專利CN2085960曾經提出了一種毛細管流變儀用于測量鉆井液的流變性，其特征在于：差壓測量系統由狹縫式毛細管和一個安裝在該毛細管器壁上的壓力傳感器組成。但是，這種儀器只能改變不同流量才能變換速度梯度和壓力損耗，不能同時實現不同速度梯度下剪切應力的測量，因此不能從本質上實現流變性的連續測量。?

2002年，專利G01N11/06提出的毛細管粘度計，這種毛細管粘度計，主要用來測定運動粘度。?

總之，現有的毛細管粘度計只能實現單一流速下的表觀粘度的測量，如果要測定不同速度梯度下的流變性，就需變化流量，因此不能連續測量非牛頓流體瞬時流變性。而且，傳統的毛細管粘度計容易被小顆粒物堵塞。?

當前，隨著石油鉆井工程自動化程度的提高，鉆井液性能的自動化監控技術越來越受到重視，特別是對鉆井液流變性在線測量技術的需求更加迫切。要實現鉆井液流變性自動化在線測量技術，其關鍵在于連續測定鉆井液流變性及其變化的方法。目前常規的鉆井液流變性測試方法，不管是旋轉法還是毛細管法都不能滿足連續測量鉆井液流變性的需要。因為常規毛細管法只能測定單一速度梯度下的表觀粘?度，或者必須逐次改變流動速度來實現流變性測量，要測定一套流變曲線需要時間較長，因此鉆井液流變性的變化很難迅速測出；而旋轉法測量流變性時又存在內外筒之間鉆井液的頂替效率問題；因此，現有流變性測量方法很難實現鉆井液流變性連續測量，為了克服上述缺陷，本發明提供了一種變徑管式鉆井液流變性測量方法。?

本發明與現有技術相比有以下優點：操作簡便，可實現鉆井液的流變性連續測量。?

發明內容

現有流變性測量方法很難實現鉆井液流變性連續測量，因為常規毛細管法只能測定單一速遞梯度下的表觀粘度，或者必須逐次改變流動速度來實現流變性測量，要測定一套流變曲線需要時間較長，因此鉆井液流變性的變化很難迅速測出；而旋轉法測量流變性時又存在內外筒之間鉆井液的頂替效率問題。為了克服常規流變性測量方法的不足，本發明專利提供了一種變徑毛細管測試方法。?