应用马氏漏斗测定钻井液流变参数

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1、学兔兔www.xuetutu.com第3l卷第5期钻井液与完井液V01．31NO．52014年9月DRILLINGFLUID&COMPLETIONFLUIDSept．2014doi：10．3969~．issn．1001-5620．2014．05．017应用马氏漏斗测定钻井液流变参数刘扣其，邱正松，罗洋，刘云峰，周国伟(中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛)刘扣其等．应用马氏漏斗测定钻井液流变参数[J]．钻井液与完井液，2014，31(5)：60—62．摘要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

2、。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。关键词马氏漏斗；钻井液；模型；流变参数中图分类号：TE254．2文献标识码：A文章编号：1001—5620(2014)05006003在现场钻井条件下，准确、简单地测量钻井液的的时间，建立马氏漏斗中液体高度与时间的函数关

3、系，流变参数，对于现场的一些决策非常重要【1】。马氏漏并且通过分析求解，最终得到剪切应力和剪切速率的斗是广泛应用于现场测量流体流变性能的一种装置，物理方程，得到剪切应力随剪切速率的变化关系。为但是通常我们只测量一个时间点来了解钻井液的平均此进行如下假设：①测试流体密度一定，不可压缩，黏度，无法获得更多关于钻井液流变性能方面的知且流体通过马氏漏斗属于层流并且是恒温的；②不考识L2J，为此在过去的一段时间内，一些国内外学者进虑液体的弹性性能，假设钻井液为纯黏性流体；③钻行了研究，并建立了多种模型[1]。在分析钻井液在井液流经喷嘴时属

4、于稳态泊肃叶流[】]。马氏漏斗中受力情况的基础上，建立了钻井液剪切应1．1剪切应力方程力与剪切速率的关系模型，求解得到剪切应力随剪切分h>0和h<0两种情况考虑，当h>0时，速率的变化曲线，并最终得到了钻井液的流变参数表将马氏漏斗中的钻井液分为上下2部分，则漏斗中钻达式。井液的压降表达式如下。1模型建立△P总=△P圆台+△尸圆柱(1)其中根据马氏漏斗下端圆柱单元中钻井液的受力马氏漏斗主要参数如下：为马氏漏斗下端圆平衡条件得到△P圆柱，具体表达式如下。柱体的半径，cm；h为马氏漏斗下端圆柱体的高度，△P~rtR=2xRh2—}△P

5、~=2rwh2／R，1、cm；h为筛孔为0．90mm筛子到圆柱体顶端的距离，△P圆台=Lrw／Rcm；R。为筛孔为O．90mm筛子所在位置对应的马氏式中，△P圆台为马氏漏斗上端圆台单元中的压降。漏斗半径，cm；h为马氏漏斗中剩余流体上液面距离结合L=h／cosa；R=R+htana，可以得到：圆柱顶端的距离，cm；R为漏斗中剩余流体上端对△P圆台=／(Rcosa+hsina)(3)应的马氏漏斗半径，cm；为马氏漏斗上部圆台曲面所以漏斗中钻井液的总压降为：和竖直方向的夹角，(。)；L为马氏漏斗中剩余流体上液面沿圆台曲面到圆柱顶端的

6、距离，cm。△P孥+(0)通过测量不同体积钻井液流过马氏漏斗喷嘴所需又由于△P总=pg(h+h：)，所以此时的剪切应力为：基金项目：博士后基金(2012M521385)、教育部创新团队(IRT1086)联合资助。第一作者简介：刘扣其，在读研究生，主要从事油基钻井液体系研究。地址：山东省青岛市经济技术开发区长江西路66号中国石油大学石油工程学院工科楼B座502；邮政编码266555；E-mail：Liukouqi@126．com。学兔兔www.xuetutu.com第3l卷第5期刘扣其等：应用马氏漏斗测定钻井液流变参数61=-—p

7、g(—h+h广2)1．3钻井液流变参数的确定(>。)(4)根据求解得到的剪切应力和剪切速率方程，作钻R。RCOSO~+hsina井液在马氏漏斗中流动时壁面剪切应力随剪切速率的式中，h可以根据体积守恒进行求解，漏斗中原来的变化曲线，结合以下关系式，求解钻井液的流变参数。钻井液体积=漏出去的钻井液体积+漏斗内剩下的，(13)钻井液体积。关于钻井液的切力，则取决于最终静止后钻井液由于h>0，此时的V<1500一h2，公式中的残留在马氏漏斗中的体积，具体关系式如下。h可以根据下面的公式进行求解。go一一nR=17【【w2++R)(5)兰

8、釜竺兰式中，为起初实验时漏斗中的体积，mL；V为流一7tan+(，【胁n)一27(3tan2~)(vo+7LR一出漏斗的体积，mL。一．二二二二二二二互二二二二二二将R=R+htana带人式(5)中可以得到如下公式。一V一斌=7c=I+tanah+~Rtanah