摘 要: 為了解超高溫高壓條件下
鉆井液的流變規(guī)律,采用M7500 型超高溫高壓流變儀測(cè)定了勝科1 井四開(kāi)井段抗高溫鉆井液的超高溫高壓流變性并進(jìn)行了分析研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,抗高溫鉆井液的表觀黏度、塑性黏度和動(dòng)切力隨溫度的升高而降低,隨壓力的增加而增大;溫度對(duì)流變性的影響遠(yuǎn)比壓力的影響大,但隨著溫度的升高,壓力的影響逐漸增大。流變曲線擬合結(jié)果表明,赫切爾2巴爾克萊模式能夠比較準(zhǔn)確地描述超高溫高壓條件下抗高溫鉆井液的流變性。在大量現(xiàn)場(chǎng)鉆井液流變性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用回歸分析方法建立了能夠準(zhǔn)確預(yù)
測(cè)井下超高溫高壓條件下鉆井液表觀黏度的數(shù)學(xué)模型。該研究為超高溫鉆井液技術(shù)在勝科1 井的成功應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
國(guó)內(nèi)外鉆井實(shí)踐表明,鉆井液的流變性對(duì)提高機(jī)械鉆速、井眼凈化、井眼穩(wěn)定和地面清除固相的效果都有十分重要的作用[122 ] 。為了確保深井、超深井的鉆進(jìn)安全,有必要了解井下鉆井液的流變性能否滿足鉆井的需要,以便及時(shí)采取相應(yīng)的調(diào)整措施,這就需要對(duì)深部井段高溫高壓條件下鉆井液的流變性進(jìn)行研究。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)鉆井液高溫高壓流變性進(jìn)行了研究,但研究的溫度一般不超過(guò)200 ℃,壓力不超過(guò)100 MPa ,這顯然與超深井井底溫度和壓力有一定差距[327 ] 。鉆井液在超高溫(大于200 ℃)高壓條件下的流變規(guī)律與高溫高壓條件下是否一致,尚需進(jìn)一步研究。筆者利用美國(guó)Grace 公司生產(chǎn)的M7500 型超高溫高壓流變儀,在更寬的溫度和壓力范圍內(nèi)對(duì)勝科1 井四開(kāi)井段抗高溫鉆井液的流變特性進(jìn)行了研究,分析了溫度、壓力對(duì)其流變性的影響規(guī)律,優(yōu)選了鉆井液在超高溫高壓條件下的流變模式,并建立了能夠比較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井下超高溫高壓條件下鉆井液表觀黏度的數(shù)學(xué)模型。
1 測(cè)試儀器及測(cè)試樣品
111 測(cè)試儀器
M7500 型超高溫高壓流變儀的最高工作溫度為260 ℃,工作壓力為140 MPa ,剪切速率可以在1～1 022 s - 1 范圍內(nèi)任意設(shè)定。進(jìn)行超高溫高壓流變性測(cè)試時(shí),可根據(jù)試驗(yàn)需要設(shè)定條件(溫度、恒溫時(shí)間、壓力和轉(zhuǎn)速) 。該流變儀可自動(dòng)控制壓力,壓
力精度為114 MPa 。
M7500 型超高溫高壓流變儀的工作原理同其他旋轉(zhuǎn)式流變儀相同,轉(zhuǎn)子. 浮子組合是標(biāo)準(zhǔn)
API旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的轉(zhuǎn)子. 浮子組合。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)浮子. 轉(zhuǎn)子環(huán)空間隙內(nèi)的樣品旋轉(zhuǎn),并將樣品產(chǎn)生的剪切應(yīng)力通過(guò)浮子頂部的彈簧及傳感器傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上并記錄下來(lái)。
112 測(cè)試樣品
測(cè)試樣品為勝科1 井四開(kāi)井段抗高溫超
低滲透聚磺鉆井液(其常規(guī)性能為:密度1172 kg/ L ,表觀黏度7310 mPa ·s ,塑性黏度6210 mPa ·s ,動(dòng)切力1110 Pa , 高溫高壓濾失量9180 mL , 固相含量3010 %) ,基本配方為: 310 %基漿+ 012 %PAMS2601 + 310 %Soltex + 210 %Desco + 210 %Drical2D +510 %Resinex + 115 %SPN H + 210 %TRL + 015 %FLC2000 + 310 %RZF23 + 重晶石粉。在進(jìn)行高溫高壓流變性測(cè)試前,將鉆井液樣品在220 ℃條件下經(jīng)滾子爐老化16 h ,然后高速攪拌10 min 以保持鉆井液的均勻性,來(lái)減少試驗(yàn)誤差。
113 測(cè)試方法
將鉆井液樣品裝入高溫高壓樣品池中,將壓力升至設(shè)定壓力,再升溫至設(shè)定溫度并恒溫10 min 。以不同轉(zhuǎn)速對(duì)鉆井液進(jìn)行剪切,轉(zhuǎn)速分別選用600 、500 、400 、300 、200 、100 、50 、20 和10 r/ min ,每個(gè)轉(zhuǎn)速下剪切時(shí)間120 s ,記錄不同轉(zhuǎn)速下的剪切應(yīng)力。然后增加壓力,考察溫度一定時(shí),壓力對(duì)鉆井液流變性的影響;或者升高溫度,考察壓力一定時(shí),溫度對(duì)鉆井液流變性的影響。整個(gè)測(cè)試過(guò)程必須在3h 內(nèi)完成,時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)誤差增大。繪制一定溫度和壓力條件下剪切應(yīng)力2剪切速率曲線,采用數(shù)據(jù)處理和曲線擬合軟件Origin715 對(duì)流變曲線進(jìn)行流變模式擬合分析,并計(jì)算鉆井液流變參數(shù)。
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