微泡沫钻井液流变特性研究
泡沫酸流变性室内试验研究
开发与创新2007.N O.13化工之友泡沫流体因为其特殊性质，目前已经在石油钻井、完井、开采、作业等方面越来越受到石油工程师的青睐。
泡沫酸酸化具有很多优点，如低密度、低摩阻、高粘度、携砂强、低滤失、缓速性、易返排、选择性暂堵等。
但是泡沫酸酸化利用的是预生成泡沫酸，只有得出泡沫酸的流变特性，才能进行井筒和环空中摩阻计算和压降计算。
泡沫流体的流变特性一直以来是很多学者研究的重点，但是由于流变模式和流变参数随着温度、压力、泡沫特征值、剪切速率等等的变化关系较为复杂，而且不同的泡沫体系的流变特性更是不同，所以笔者建议在利用不同的泡沫体系时，都应该独立进行流变性试验，以配合现场施工。
1影响因素泡沫流体属于一种较为复杂的非牛顿流体，他们的行为和特征受许多可变因素的控制，影响流变性的一些主要因素有：内相气体的性质及粘度，外相液体的性质和粘度，气体与液体的相对体积，表面活性剂的类型、浓度、泡沫界面薄膜的性质，电离特性，泡沫结构、气泡尺寸、剪切速率、温度、压力等参数。
泡沫特征值越高，则泡沫酸的粘度越大，但是当泡沫特征值大于96％时，泡沫流体已经不能够形成连续的泡沫液体，而是气液两相流动，使得泡沫液体的粘度接近气体粘度，从而粘度减小。
压力的影响主要是通过改变泡沫特征值来实现，在低剪切速率范围内，增加压力会显著增加泡沫流体的表观粘度；在高剪切速率下，这种影响明显减弱。
泡沫流体的表观粘度不稳定地随温度升高而降低，达到某一温度极限后（一般认为是90℃），表观粘度的变化就小多了。
剪切速率的影响较为复杂，在低剪切速率下，泡沫具有幂律流体的特性；而在高剪切速率下，泡沫表现为宾汉流体。
对于特定的泡沫体系，在酸化施工中影响其流变性的因素主要有：温度和泡沫特征值，本文旨在建立泡沫流变参数与泡沫质量和温度的变化关系。
2室内试验2.1试验流体与渤海油田配伍的泡沫酸酸液体系,基本配方为：液体：10.0%HCL+4.0%HBF4+2.0%PA-H CS（缓蚀剂）+1.0%P A-TL（铁离子稳定剂）+2.0%P A-NT（粘土稳定剂）+1.0%P A-F R（破乳剂）+0.8%H Y-2（起泡剂）+0.5%高粘CM C（稳泡剂）；气体：空气。
水基微泡钻井液和油基微泡钻井液的应用
水基微泡钻井液和油基微泡钻井液的应用 Frederick B1Growcock et al.翻译:王 瑛(玉门石油管理局油田作业公司)武学芹 张敬辉(胜利石油管理局钻井院油化所)校对:唐代绪(胜利石油管理局钻井院油化所) 摘要 微泡是就地产生的特别稳定的微气泡以抑制钻井液漏入高渗地层。
水基微泡用于水基钻井液中,而油基微泡用于非水基钻井液中。
在两种情形下,微气泡都由专门的聚合物和表面活性剂稳定的气体或液体的核构成,在渗透性地层中这些微泡能聚集形成坚韧的具有弹性的屏障,从而阻止钻井液的漏失。
在渗透性地层中具有代表性的是水湿砂岩,容易发生钻井液渗漏和压差卡钻。
另外一些地层由砂岩和页岩构成,对这些地层使用常规钻井液或欠平衡钻井设备都非常昂贵。
作者描述了在钻井液中如何利用水基和油基微泡减轻井下的钻井液漏失。
主题词 水基微泡 油基微泡 架桥机理 欠平衡钻井 压差卡钻 漏失 表面活性剂一、介绍在老油气田中衰竭油藏常由水湿砂岩组成。
在这些层位的上部和下部地层通常孔隙压力较高,因而需要较高密度的流体来稳定这些地层。
高密度流体进入压力衰竭地层可能引起整个流体的严重漏失和压差卡钻。
解决以上两个问题的成本非常高。
在这些地层的大裂缝中还时常发生无法控制的钻井液漏失,而且常发现被压实的页岩夹有衰竭的砂岩,这就要求用一种单一的钻井液来稳定多压力层系。
用常规钻机设备安全廉价地钻进这些地层是非常困难的。
作为选择,可能尝试欠平衡钻井,但欠平衡钻井风险很大,最终可能大大增加作业成本。
最近开发了一种新的钻井液技术,它不一定使用欠平衡钻井,然而它的设计解决了上述讨论的过平衡钻井问题。
这种技术基于一种结构独特的空气微泡,当在水基钻井液中使用时,这些微泡以“水基微泡”的形式存在;当用于油基或合成基泥浆时,它们则以“油基微泡”的形式存在。
在北美和南美的许多衰竭油层和其他低压地层钻井,在不同的钻井液中成功地应用了水基微泡,证明选择该项技术替代欠平衡钻井是经济的。
钻井液流变性概述
钻井液流变性概述摘要：钻井液在石油钻井中起着十分重要的作用，深入研究钻井液的性能，对油气井钻井液流变参数的优化设计和有效调控是钻井液工艺技术有十分重要的指导意义。
根据API 推荐的钻井液性能测试标准，钻井液的常规性能包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API 滤失量、HTHP 滤失量、PH 值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量和滤液中的各种离子的质量浓度等。
本文主要对钻井液的流变性进行综述，包括钻井液的流型及流变参数、钻井液流变性与携岩原理及井壁稳定性的关系。
关键词：钻井液 流变性 流型 携岩原理一．钻井液在石油钻井中的作用（1）从井底清除岩屑（2）冷却和润滑钻头及钻柱（3）造壁功能（4）控制地层压力（5）循环停止时悬浮岩屑和加重材料，防止下沉（6）从所钻地层获得资料（7）传递水力功率二．钻井液的类型分散钻井液 钙处理钻井液 盐水钻井液 饱和盐水钻井液 聚合物钻井液 甲基聚合物钻井液 合成基钻井液 气体型钻井液 保护油气层的钻井液三．钻井液的流变性钻井液的流变性是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性。
流体分为牛顿型流体和非牛顿型流体，非牛顿型流体又分为塑性流体、假塑性流体、膨胀性流体。
现场使用钻井液多为塑性、假塑性流体。
1．牛顿流体通常将剪切应力与剪切速率的关系遵守牛顿内摩擦定律的流体，称为牛顿流体。
流变方程：dv dxτμ=其流动特点：加很小的剪切力就能流动，而且流速梯度与切应力成正比。
在层流区域内，粘度不随切力流速梯度变化，为常量。
2．非牛顿流体（1）塑性流体0PVdv dxττμ-= 剪切力τ≠0，而是s τ，即施加的切应力必须超过某一特定值才能开始流动。
切应力继续增大，并超过s τ时，塑性流体不能均匀剪切，粘度随切应力的增加而增加，即图中曲线段；继续增加切应力，粘度不随切应力的增加而增加，图中直线段；1）s τ，静切力，是钻井液静止时单位面积上形成的连续空间网架结构强度的量度。
可循环泡沫钻井液性能及应用现状
携砂悬浮性能好 ， 机械钻速快 ， 缩短 了建井周期 ， 提高了
经 济效 益 。 ．
可循 环 泡 沫 钻 井 液 在 胜 利 油 田的 滨 ６４区 块 、 ７ 滨 ３８区块 、 ４ 临盘 、 草桥 、 家 、 家 、 邵 郑 车镇 等 油 田应 用 成 功 ， 效 的开 发 了低 压古 潜 山裂缝性 油藏 。胜利 油 田潜 有 山地层 压力 系 数 为 １０ ～ １ １＿ ， ． ７ ． １３ 但在 后 期 钻 进 中下 ］ 部地 层 压 力 很 低 ， ０ ４Ｅ 井 壁 坍 塌 和 井 漏 现 象 严 仅 ．４ ， 重， 如商 ７ 一斜 ６井 。完 井 井 深 ３７ｍ， 中 ３５ ～ ５ ６５ 其 ５９ ３７ｍ 为三 开 长 裸 眼井 段 ， ６５ 使用 可 循 环 泡 沫 钻 井 液 密 度 ０８ ～０９ ｇｃ ， 度 ８￣ １０ ， 出岩 屑正 常 ， ．Ｏ ． ５／ｍ３粘 ５ ２ｓ返 保 ຫໍສະໝຸດ ２１ ０ ０年第 １ 期 １
西 部探 矿工 程
４ ７
们经 多方研 究 ， 现 了另一种 效果更 好 的 固相 添加剂 。 发
２ 可循环 泡沫钻 井液在 国内油 田的应 用现状 ２ １ 在 裂缝 性地 层 中的应用 ．
解决 了井漏 。 现 场应 用表 明 ： 循 环 泡沫 钻 井 液 能 防漏堵 漏 ， 可 且
４ ６
西部探矿工程
２１ 年第 １ 期 ００ １
可 循环 泡 沫钻 井液 性 能及 应 用 现 状
崔 文 青
（ 中国石 油大学＜ 北京＞ 石油 工程教 育部 重点 实验 室，北 京 １２４ ） ０ ２９ 摘 要 ：９ ６ 可循环 泡 沫钻 井液在 胜利 油 田成功 应用 ， １９ 年 至今 除 了在 胜利 、 吐哈 油 田较 大规 模 的应 用
钻井液-第3章(钻井液流变性)
a
τs γa γb
第9页
γ
重庆科技学院石油工程学院
Drilling Fluids
剪切稀释性(shear thinning )—
原因：在速梯增大时，网架结构被拆散， 结构粘度降低所致。 意义：具有剪切稀释性的钻井液，在速τb
梯较低时有较大的表观粘度，有利
于悬浮和携带岩屑。而在速梯较大 时又有较小的表观粘度，这有利于
τb
τa a
b
γa
重庆科技学院石油工程学院
γb
γ
L.Z.J
第11页
Drilling Fluids
4.膨胀性液体(dilatant fluid)
淀粉液体为典型的膨
胀性液体；
流变曲线为指数曲线
τb τa a
b
与假塑性液体相似，
但凹凸方向相反； 粘度随速梯增加而增 加——剪切增稠。
L.Z.J
L.Z.J
重庆科技学院石油工程学院
第19页
Drilling Fluids
流变参数:
1.τc―卡森屈服值（Casson yield point -CP) 意义:反映泥浆的结构强弱及携带悬 浮能力,实测接近初始凝胶强度 (γ→0. τ→τc ) 2.η∝―极限高剪粘度（infinite shear viscosity- IV ）,水眼粘度、紊流 粘度. 意义:表示体系的纯粹内摩擦性质 （粘滞性）,数值上等于剪切速 率为无穷大时的有效（视）粘 度。（γ→∝ η→η∝ ）
Drilling Fluids
第三章 钻井液流变性 Drilling Fluid Rheological Property
——在外力（泵送、搅拌）作用下,液体 流动和变形的特性。 钻井液流变性指网架结构变形与流动特性。 包括粘度、切力、剪切稀释性、触变性等。
可循环微泡沫钻井液简介
结
束！
谢
谢！
淖107
淖102-6
95年5月
2001年10月
8.3
50.2
哈336和淖102-6井平均钻时与邻井对比情况
井号
哈340
钻头尺寸,mm
152.4
钻井液密度,g/cm3
1.01—1.02
平均钻时， min/m 23.87 24.76
35.5 26.69 30.0
哈341
哈336 淖107 淖102-6
可循环微泡沫艺研究院是集团公司成立最早的专 门从事钻井技术研究的机构，涵盖了从地面到井下绝大 部分的钻井工艺、钻井机械、钻井液等钻井技术研究领 域，目前已经走过了23年的钻井技术研究历程，建院20 多年来，紧密围绕油田钻井及勘探、开发生产开展技术 研究、技术攻关与技术服务，解决生产关键技术难题， 推动技术进步与发展，经过不懈的努力和探索，构筑起 了以钻井、油田化学、固井完井三大技术研发系统为主 体，以技术服务和技术产品研制生产为两翼，具有自身 特色的“一体两翼”可持续发展平台和模式，形成了技 术开发、研究、推广、服务、高技术含量产品生产的技 术创新体系。成为华北石油管理局的钻井技术研发中心 和技术支撑单位。
国内外同类技术的综合比较
国内外现有的泡沫钻井液技术包括一次性泡沫、 酸敏性泡沫、充气泡沫等，实施这些技术需要投 入专用设备或通过发泡 - 消泡 - 再发泡 - 再消泡过程 建立循环，成本高，维护处理复杂。 目前国外的微泡沫钻井液研究主要以美国为主， 可查的文献和报道如美国专利 4664843和4790954 介绍的 MMH泡沫钻井液体系，一般采用膨润土、 MMH、发泡剂等配制，泡沫在返出地面时需要进 行 机 械 破 碎 ， 然 后 再 发 泡 进 入 循 环 。 美 国 Acti Systems 公司研制的在近平衡钻井中使用的微泡 钻井液，使用现场设备实现了循环重复使用。上 述两种泡沫体系文献报道均是在较浅的井中应用， 且所使用的材料成本较高，体系抗温性差。
钻井液完井液处理剂大全三卷
-
-
=
-
-
线性石蜡
)
(
CH
CH
CH
-
-
*
其它钻井液/完井液处理剂
4、甲基葡萄糖甙钻井液
MEG是甲基葡萄糖甙的英文缩写。MEG钻井液体系是近期研制成功的一种新型无环境污染的钻井液体系。其各种性能几乎可与油基钻井液相比拟，具有广泛的应用前景。 MEG是葡萄糖的衍生物，无毒性且易于生物降解，糠虾半致死质量分数96hLC50值大于500，000mg/l。 MEG钻井液配方简单、配制和维护容易，并具有较强的页岩抑制性能、优异的润滑性能、良好的储层保护特性和体系稳定性。
#2022
*
堵漏剂
堵漏材料
堵漏材料
无机凝胶 类堵剂
高失水堵 漏材料
暂堵性堵 漏材料
桥接堵 漏材料
高分子化学堵漏材料——详见下页
固化剂堵 漏材料
组成——水泥、石膏、石灰等混合浆液，以水泥为主。 水基——水泥浆、胶质水泥浆（加膨润土粉）、石膏水泥浆、纤维水泥浆、触变水泥浆、“1232”堵漏剂：由膨润土、水泥、生石灰（稠化剂）、氯化钙（促凝剂）。 油基——柴油水泥浆、原油水泥浆、柴油坂土水泥浆。
*
有机阳离子聚合物对粘土的稳定机理 1）电性“中和”抑制粘土的水化膨胀 阳离子聚合物链上的正电性原子或基团与粘土上的低价阳离子发生交换，大分子链上众多的正电性原子或基团“中和”了粘土晶层间和表面的负电荷，使晶层和颗粒间的静电斥力减小，晶层收缩而不易水化膨胀。 2) 聚合物吸附层阻止粘土的水化作用 阳离子聚合物与粘土间强烈的静电引力，范德华力，使大分子牢固地吸附在粘土和其它微粒上，形成一层吸附层，从而阻止了粘土的水化作用。 3) 多点吸附控制了粘土及微粒的分散运移 聚合物长链可同时吸附到多个晶层与微粒上，从而抑制了粘土的分散和运移，正是由于阳离子聚合物的多点吸附，使吸附作用力强，在外力的作用下要同时脱附非常困难，加之阳离子聚合物本身的稳定性，所以可抗酸、碱、油、水的冲洗，即稳定具有长效性。
第六章 钻井液的流变性
第六章 钻井液的流变性钻井液的流变性是钻井液的一项最基本性能，它是指在外力作用下，钻井液发生流动变形的特性。
该特性通常用钻井液的流变曲线、表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力等流变参数来进行描述的。
它在解决1、岩屑携带，保证井底和井眼清洁；2、悬浮岩屑和加重材料；3、保持井眼规则和保障井下安全；4、提高机械钻速等钻井问题时起着十分重要的作用。
另外，钻井液的某些流变参数还直接用于钻井环空水力学的有关计算。
对钻井液流变性的深入研究有利于对油气井钻井液流变参数的优化设计和合理调控。
一、流体流变性的概念1、流体流动的特点流体流动实际上是流体随时间连续变形的过程。
液体的流动变形是因为液体受到剪切作用引起的剪切变形。
既液体在大小相等、方向相反、而作用线相距很近的两个力作用下，液体内部指点发生相对错动。
以河水流动的速度分布为例，可以看到，越靠近河岸，流速越小，河中心处流速最大。
水在管道中流速分布与河水相似，管道中心流速最大，靠近管壁处速度为零。
可以想象，如果把管道内流动的水沿着管道半径的方向由内向外分成若干层，每一层流速是不同的。
如图6—1所示。
液流中各层的流速不同这个现象，通常用剪切速率（或称速度梯度）这个物理量来描述。
2、剪切速率和剪切应力如前所述，液体在管内流动时，在垂直于流速方向上，由内向外流速逐渐减小。
若液体液层之间的距离为dx ，各液层的速度差为dv ，则垂直于流速方向不同液层流速的变化可以表示为dv/dx ，那么dv/dx 叫速度梯度即剪切速率。
其物理意义是在垂直于流速方向上，单位距离流速的增量。
物理单位为S -1 钻井液在循环系统的不同位置剪切速率值如下：沉砂池： 10 —20 S-1 环形空间： 50 —250 S-1 图6-1在圆形管道中水的流速分布 a —流速分布示意图b —流速分布曲线钻杆内： 100—1000 S-1钻头喷嘴处： 104 —105 S-1液体流动时表现出的速度梯度，是液体内存在内摩擦作用的结果。
抗温可循环微泡沫钻井液的研究进展与应用现状
ZHU Wen-xi, ZHENG Xia-dua
( ShhooeotEn.nneeenn.andTehhnoeo.d，ChnnaUnneeesnidotGeoshnenhes( Beninn.)， Beninn.100033， Chnna)
Abteaaae： Th ns papeesummaenoes ihe eeseaehh peo.ee s otCGA denenn.teu nd nn ee hen i deaes teom ihe toue aspehisotapheonssieuhiueeandsnoe， siabnenid， bend.nn.peu..nn.mehhannsm， eheoeo.nhaepeopeeid， andeeN
口井使用微泡钻井液体系顺利施工，国内如彩南油
田、四川玉皇1井、中原油田文26气田等使用微泡
钻井液体系成功解决了低压低渗透储层的严重漏
、
、
、 井 大等 [1，3N4]。
泡沫是热力学不稳定体系，这限制了在微泡钻 井液在\ 井 中的应用， 满足 现 <
益增长的钻井深度和储层温度的需求，近年来开发 抗温微泡钻井液体系成为研究的热点。本文从微泡
720CP36MPa) 泡 体的
， 出类;的
结论,\律模式及赫-巴流变模式均能较真实地反映
泡沫的流动特性,\律模式简单、使用方便,拟合效 果与赫-巴模式相当。2216年，KHAMEHCHI Ehsan 等［-5］分别测试了微泡钻井液在42 C (API流变性
准 )、77C( J 中 动的 井液
度)、93 C (油田常用的低温常压黏度计进行流变性
b，: :#的研究
，‘ 泡 井液体
系的-发，其
了大大的［高， 在｛ 中
钻井液的流变性—流体流动的基本流型
知识点2：非牛顿流体的基本流型
假塑性流体
某些钻井液、高分子化合物的水溶液以及乳状液均属 于假塑性流体。其流变曲线通过原点凸向剪切应力轴的曲线。 流动特点是施加极小的剪切应力就能产生流动，不存在静切 力，黏度随剪切应力增大而降低。
K n
K——稠度系数， Pa·sn； n——流性指数，n<1。
上式为假塑性流体的流变模式，也成为幂律公式。
μ——粘滞系数，黏度，Pa·s。
dx
知识点1：流体流动的基本概念
在实际应用中一般用mPa·s表示液体黏度， 1Pa·s=1000 mPa·s，例如20℃，水的黏度是 1.0087mPa·s。
上式为牛顿内摩擦力数学表达式；遵循牛顿内摩 擦定律的流体为牛顿流体；不遵守牛顿内摩擦定律流 体为非牛顿流体。大多数钻井液属于非牛顿流体。
知识点3：钻井液流变参数
3、塑性粘度和动切力的控制 影响塑性粘度的因素主要有钻井液固相含量，钻井
液中粘土的分散程度，高分子处理剂的使用等。可通过 降低钻井液的固相含量、加水稀释或化学絮凝等方法降 低塑性粘度；可以加入粘土、重晶石、混入原油或适当 提高pH值提高塑性粘度；也可以通过增加聚合物处理 剂的浓度提高塑性粘度，同时可以提高动切。
（2）塑性粘度（ηp或PV）
钻井液的塑性粘度是塑性流体的性质，不随剪切速率变化，反映 了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动态平衡时， 悬浮颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续相内部的摩擦作用的强 弱。在钻井的过程中合理控制好塑性粘度，利于安全、优质、快速、 低耗地进行钻井。
知识点3：钻井液流变参数
知识点3：钻井液流变参数
2、 钻井液的黏度和剪切稀释性
1）钻井液的粘度 （1）漏斗黏度
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微泡沫钻井液流变特性研究
李银朋1,2,韩洪升1
(1.提高油气采收率教育部重点实验室(大庆石油学院),黑龙江大庆 163318;
2.大庆石油学院应用技术学院计算机系,河北秦皇岛 066004)
摘 要:可循环微泡沫钻井液具有泡沫流体的优点,又具有成本低、密度低的优势。
本文使用一套试验装置对微泡沫钻井液在高温高压条件下的流变特性进行了研究。
利用回归分析方法对微泡沫钻井液在不同条件下流变特性试验数据进行线性回归,得出了各条件下的试验液体的本构方程,根据本构方程绘制出各微泡沫钻井液流变特性曲线,并与应用实测数据整理的流变曲线进行了对比。
关键词:试验;微泡沫钻井液;高温高压;流变性
目前胜利、华北油田在古潜山地层中应用微泡沫钻井技术,取得了提高钻井效率和保护油气藏的效果。
但微泡沫钻井液技术还存在大量需要改进和完善的地方。
更新型稳定的可循环微泡沫钻井液有待于进一步开发,这就需我们了解不同温度和压力下微泡沫钻井液的流变特性。
鉴于以上原因,开展了本文的试验研究。
1 高温高压流变仪
微泡沫钻井液在高温高压条件下的流变特性试验是在美国EG&G CHANDLER公司生产的高温高压流变仪中进行的。
该流变仪适用于测量依赖剪切速率和时间变化的各种牛顿流体和非牛顿流体流变性,共有12个固定转速:600、300、200、100、60、30、20、10、6、3、2、1转/分以及从0～600转/分之间的可变转速,而且提供了很宽的粘度测量范围0～0. 4Pa.S。
同时可提供83M Pa的工作压力及260℃的工作温度。
高温高压流变仪采用转杯型粘度计原理,设半径Ro的外筒以恒定的旋转角速度旋转,半径为Ri 的内筒旋转一定角度后不再转动。
位于两圆筒之间的液体则成同心圆筒层的形式旋转。
紧贴外筒的液层具有和外筒相同的角速度Ψ,紧贴内筒的液层角速度为零,其间流体内各流层所受的剪切力矩相等。
设M为内筒的剪切力矩,τ为内筒壁处的剪切应力,则有
τ=M
2πR2i L
(1)
τ=0.511φ(2)式中:L——为内筒高度,及内筒淹没在液体中的高度;
φ——为流变仪读数。
该流变仪中R i= 2.6628cm,R0= 2.8436cm,L= 5.8677cm。
内筒壁处的剪切速率为:
γ·=2ΨR20/(R20-R2i)(3)Ψ=2πN1/60(4)其中N1为外筒转速(转/分),代入数值后可得
γ·== 1.703N1(5)转速为N时液体的表观粘度为
η=τ/γ·(6) 2
微泡沫钻井液流变特性与压力的关系
图1 试验温度为50℃时压力与流变特性的关系曲线
高温高压流变特性试验结果证明,压力对微泡沫钻井液流变特性的影响可以忽略不计。
图1列出
124内蒙古石油化工 2009年第19期 收稿日期:2009-05-18
高温高压流变仪在试验温度为50℃时,当旋转圆筒转速分别为200、300、和600r /min 条件下,流变仪读数与压力的关系曲线。
从图中可以观察到该曲线几乎是水平线。
3 泡沫钻井液流变特性与温度的关系
温度与微泡沫钻井液流变性的关系十分密切,图2表示了不同温度下流变特性曲线,可以清楚地看到温度对微泡沫钻井液流变特性影响规律。
不同温度下微泡沫钻井液的流变特性均满足幂律流体流变规律,随着温度的增大,流体的表观粘度逐渐减小。
图2 不同温度下微泡沫钻井液流变曲线对比图
4 微泡沫钻井液流变参数的计算
利用回归分析方法对微泡沫钻井液在不同度下流变特性试验数据进行线性回归,得出了各温度下的试验液体的本构方程:
50℃ τ= 1.163γ
0.5133
(7)60℃ τ= 1.248γ
0.5444(8)70℃ τ= 1.2414γ
0.5316
(9)
80℃ τ=0.9051γ
0.5701
(10)90℃ τ= 1.0331γ0.5301
(11)100℃ τ=0.7668γ
0.5619
(12)110℃ τ=0.4864γ
0.6418
(4-7)120℃ τ=0.6372γ0.5609
(13)
幂律流体的本构方程通常表示为:
τ=k γn
(14)利用以上流变特性试验结果,可回归出微泡沫钻井液的流性指数n 和稠度系数k 的相关表达式:
k=0.0001t 2
+0.0339t+ 2.9884(15)
n =-5
×10-6t 2+0.0018t +0.4383(16)根据上式可绘制出各温度下微泡沫钻井液流变
特性曲线,如图3所示。
从图中可以看出曲线与应用实测数据整理的流变曲线是一致的。
图3 微泡沫钻井液流变特性曲线
5 结论
通过上文对泡沫钻井液的研究,可得出如下结论:
5.1 流变特性参数与压力无关,仅与温度有关,且随着温度的增大,流体的表观粘度逐渐减小。
5.2 通过高温高压流变试验得出了稠度系数k 和流性指数n 与温度的相关表达式,根据表达式所绘制的曲线与通过实验研究所绘制的曲线基本一致。
[参考文献]
[1] 王富华,邱正松等.欠平衡泡沫钻井液性能及
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2009年第19期 李银朋等 微泡沫钻井液流变特性研究。