摘 要: 為了解超高溫高壓條件下
鉆井液的流變規律,采用M7500 型超高溫高壓流變儀測定了勝科1 井四開井段抗高溫鉆井液的超高溫高壓流變性并進行了分析研究。試驗結果表明,抗高溫鉆井液的表觀黏度、塑性黏度和動切力隨溫度的升高而降低,隨壓力的增加而增大;溫度對流變性的影響遠比壓力的影響大,但隨著溫度的升高,壓力的影響逐漸增大。流變曲線擬合結果表明,赫切爾2巴爾克萊模式能夠比較準確地描述超高溫高壓條件下抗高溫鉆井液的流變性。在大量現場鉆井液流變性試驗的基礎上,運用回歸分析方法建立了能夠準確預
測井下超高溫高壓條件下鉆井液表觀黏度的數學模型。該研究為超高溫鉆井液技術在勝科1 井的成功應用提供了理論指導。
國內外鉆井實踐表明,鉆井液的流變性對提高機械鉆速、井眼凈化、井眼穩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,以便及時采取相應的調整措施,這就需要對深部井段高溫高壓條件下鉆井液的流變性進行研究。國內外很多學者對鉆井液高溫高壓流變性進行了研究,但研究的溫度一般不超過200 ℃,壓力不超過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律與高溫高壓條件下是否一致,尚需進一步研究。筆者利用美國Grace 公司生產的M7500 型超高溫高壓流變儀,在更寬的溫度和壓力范圍內對勝科1 井四開井段抗高溫鉆井液的流變特性進行了研究,分析了溫度、壓力對其流變性的影響規律,優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確預測井下超高溫高壓條件下鉆井液表觀黏度的數學模型。
1 測試儀器及測試樣品
111 測試儀器
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 范圍內任意設定。進行超高溫高壓流變性測試時,可根據試驗需要設定條件(溫度、恒溫時間、壓力和轉速) 。該流變儀可自動控制壓力,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式流變儀相同,轉子. 浮子組合是標準
API旋轉黏度計的轉子. 浮子組合。轉子轉動時,帶動浮子. 轉子環空間隙內的樣品旋轉,并將樣品產生的剪切應力通過浮子頂部的彈簧及傳感器傳輸到計算機上并記錄下來。
112 測試樣品
測試樣品為勝科1 井四開井段抗高溫超
低滲透聚磺鉆井液(其常規性能為:密度1172 kg/ L ,表觀黏度7310 mPa ·s ,塑性黏度6210 mPa ·s ,動切力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。在進行高溫高壓流變性測試前,將鉆井液樣品在220 ℃條件下經滾子爐老化16 h ,然后高速攪拌10 min 以保持鉆井液的均勻性,來減少試驗誤差。
113 測試方法
將鉆井液樣品裝入高溫高壓樣品池中,將壓力升至設定壓力,再升溫至設定溫度并恒溫10 min 。以不同轉速對鉆井液進行剪切,轉速分別選用600 、500 、400 、300 、200 、100 、50 、20 和10 r/ min ,每個轉速下剪切時間120 s ,記錄不同轉速下的剪切應力。然后增加壓力,考察溫度一定時,壓力對鉆井液流變性的影響;或者升高溫度,考察壓力一定時,溫度對鉆井液流變性的影響。整個測試過程必須在3h 內完成,時間過長會導致試驗誤差增大。繪制一定溫度和壓力條件下剪切應力2剪切速率曲線,采用數據處理和曲線擬合軟件Origin715 對流變曲線進行流變模式擬合分析,并計算鉆井液流變參數。
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