用于冻土区天然气水合物钻探的聚合物钻井液低温流变响应

陆域天然气水合物(以下简称水合物)主要赋存于高原冻土区,为保证顺利钻探,要求钻井液既能够有效抑制水合物分解、维持其相态平衡,又能在低温环境下具有良好的流变性能。为此,以新研制的低失水抗低温聚合物钻井液配方为研究对象,对其在低温条件下的流变性能进行了测试,并利用回归分析法和最小二乘法对试验数据进行计算与分析。结果表明:①赫谢尔—巴尔克莱模式是描述该钻井液体系低温流变性能的最佳模式;②应用该模式计算得到了低温条件下钻井液流变性能参数,其变化规律表现出随着温度降低,钻井液动切力呈近似波动变化,钻井液的稠度系数和流性指数均大致呈线性增长的趋势,但增长幅度较小。结论认为:所建立的钻井液表观黏度低温响应数学模型拟合精度高,可准确预测井内钻井液在低温下的流变性能。

屈服假塑性流体轴向同心环空中速度及温度分布研究

赫谢尔-巴尔克莱(Herschel Bulkley)流变模式是一个三参数模式,因其精度较高,近几年国内多采用其描述钻井液的流变性。本文将非牛顿流体动量方程、能量方程与H B流体的本构方程相结合,推导出了流体在轴向同心环空中的速度及温度分布公式。数值研究结果表明,由于H B屈服应力的作用,轴向同心环空内存在柱塞流动,柱塞的大小与H B屈服应力τ0成正比,与单位管长压力降Δp L成反比。在其它相同条件下,柱塞速度随环空尺寸的增大而增大。随着流变指数的增大,流核速度变小。柱塞内温度呈对数曲线变化,柱塞外侧温度与内侧温度不相同,从柱塞边界到管壁,温度逐渐减小。越靠近管壁,温度降低幅度越大。