应用马氏漏斗测定钻井液流变参数

马氏漏斗通常仅仅能表征钻井液的平均黏度,无法表征钻井液的其他流变参数。为此,基于马氏漏斗测定原理,测量不同体积钻井液流出马氏漏斗所需的时间,建立马氏漏斗中钻井液的剪切应力随剪切速率的变化关系,并最终给出了钻井液流变参数(表观黏度、塑性黏度、动切力)的关系式。最后应用具体实例,通过测量2种组分不同的钻井液体系的流变参数,进一步阐述了应用马氏漏斗测量和计算钻井液流变参数的步骤和过程。

钻井液马氏漏斗黏度与表观黏度的关系

马氏漏斗黏度和表观黏度在钻井流体性能表征上均有其重要作用,但对于它们的相互关系目前尚未有明确的结论。为此,基于漏斗黏度测定原理,探讨钻井流体在漏斗中流出的全过程,建立马氏漏斗黏度和表观黏度之间的关系式,采用室内配制钻井流体的测定结果,证实所建关系式的可靠性。结果表明,钻井流体的漏斗黏度反映了随漏斗剪切速率变化的表观黏度;当已知钻井流体的马氏漏斗黏度时,可用漏斗黏度与表观黏度的关系式估算其表观黏度,计算结果可靠,为钻井流体表观黏度和漏斗黏度的应用提供了方便。

基于马氏漏斗黏度的油基钻井液表观黏度预测方法

为了研究油基钻井液漏斗黏度与表观黏度之间存在的联系,从马氏漏斗黏度计的结构出发,在水基钻井液研究成果的基础上,分析了油基钻井液在马氏漏斗黏度计中的流动规律,研究了利用油基钻井液马氏漏斗黏度预测表观黏度的可行性,推导了流体漏斗黏度计算公式,建立了油基钻井液马氏漏斗黏度与表观黏度函数之间的数学模型,并对该模型分别进行了室内试验和现场试验的验证。试验结果显示,室内和现场计算的表观黏度与实测表观黏度的最大相对误差分别为6.8%和8.2%,均在合理范围内;现场试验中,油水比从70∶30增大到91∶9,预测结果没有受到影响。研究结果表明,基于马氏漏斗黏度的表观黏度预测模型能够较准确地估测油基钻井液的表观黏度,钻井现场可以利用油基钻井液的马氏漏斗黏度估算其表观黏度,这为现场预测油基钻井液的表观黏度提供了方便。

基于压力的马氏漏斗黏度在线检测方法

针对马氏漏斗黏度手动测量方法存在的工作量大、测量精度低、监测不连续等问题,从马氏漏斗黏度检测的原理、结构、算法等方面研究钻井液的在线检测过程,基于液位高度与液柱压力的关系,提出了一种钻井液马氏漏斗黏度的在线检测方法,并研制了一套实验装置。通过仿真模拟和中原油田钻井现场试验,验证了测试系统的准确性,系统精度达到±1 s。综合分析钻井液马氏漏斗黏度的影响因素,从溢流口形状、漏斗改造工艺和液位检测精度等方面优化在线检测方法,实验装置的钻井液密度测量误差低于3%,黏度测量误差低于2%。提出的马氏漏斗黏度在线检测方法及其实验装置可较好完成对常规钻井液的密度和马氏漏斗黏度的在线检测,具有较好的适应性和较高的自动化程度。在满足检测精度的前提下,在线检测方法和实验样机可较好代替现场人工检测,提高了油田的智能化水平。

Rheological Properties of Cement-Based Grouts Determined by Different Techniques

The rheological properties of cement-based grouts containing talc or palygorskite were investigated for optimizing fluidity and quick strengthening at injection. The fluidity controls the ability of grout to penetrate fractures and can be determined by pipe flow tests, Marsh funnel tests, mini-slump cone tests and rheometer tests. The grouts were 1) Talc for fluidity and strength by reacting with cement, 2) Palygorskite (attapulgite) for early gelation by being thixotropic, and 3) Powdered quartz for chemical integrity. The freshly prepared grouts behaved as Bingham fluids with viscosities from 0.151 to 0.464 Pas and yield stresses 5.2 Pa to 36.7 Pa. Statistical analysis of the flow test data converted Marsh flow time into viscosity. The pipe flow tests gave 26.5% higher values than the viscometer for grout with Portland cement and talc, and about 13.7% lower than the viscometer data for the grout with low-pH cement and talc. The big Marsh funnel gave values differing by 5.2% - 5.3% from those of the viscometer for grout with talc and Portland, and Merit 5000 cements. For grout with palygorskite the viscosity was at least twice that of the other grouts. Grout fluidity was positively affected by talc and negatively by palygorskite and early cement hydration.

马氏漏斗黏度计测定钻井流体流变参数新方法的建立

目前使用马氏漏斗黏度计作为流变仪使用,所得到的数学模型计算过程繁琐、精度不足,无法满足现场测定钻井流体流变参数的需求。笔者针对牛顿型与非牛顿型钻井流体,优化了流量系数、壁面剪切速率、壁面剪切应力及流变曲线的数学模型,得到了测定牛顿黏度、表观黏度、塑性黏度以及动切力的新数学模型。结果表明,模型下矿物油、合成油、燃料油、绒囊冲洗液及甲酸盐钻井液的流变曲线与HAAKE MARSⅢ流变仪所测得的流变曲线之间存在很强的正相关性,相似度很高;模型下5种钻井流体的牛顿黏度、表观黏度、塑性黏度以及动切力的测量值与ZNN-6旋转黏度计的测量值之间的误差分别为1.40%、4.29%、2.78%与10.13%;说明了,建立的新方法可准确、简便地求得钻井流体的流变参数,计算准确度与ZNN-6旋转黏度计相符,可满足现场钻井流体流变学设计的需求。