20 钻井液流变性在线测量装置的研制

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1、钻井液流变性在线测量装置的研制中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院二零一四年九月十四日目录论文摘要引言1钻井液流变性测量方法分析2传统毛细管流变仪用于在线测量存在的问题分析3新型管式钻井液流变性测量方法研究4钻井液流变性测量装置的设计5钻井液流变性测量装置的性能评价6钻井液流变性测量装置的现场试验7结论：论文摘要钻井液流变性在线测量是钻井液性能在线检测技术的重要组成部分，文章论述了钻井液流变性在线测量的重要性、方法优选、装置设计、仪器性能测试和现场验证。实验证明该装置性能可靠，适用于钻井液流变性能的在线监测。关键词：钻井液；流变性；在线测量引言1.钻井液流变

2、性测量的重要性：钻井液的流变性一般包括流体的粘度、静切力、动切力和剪切稀释特性等。这些流变性的掌握和调整，与提高钻井速度和井下安全有很重要的关系。钻井液流变性关系到（1）钻井液携带钻屑、清洁井眼的能力；（2）悬浮能力；（3）对井壁的稳定作用；（4）钻井参数的优化设计---钻头水马力设计和循环压耗的计算等等。所以实现钻井液流变性的测量一直深受重视。2.钻井液流变性测量的现状：目前现场一般采用旋转粘度计手动测量，这不但增加了钻井液工程师的劳动量，而且资料可比性差、系统性不强，甚至有时客观性都不能保障，所以实现钻井液流变性的在线测量至关重要。引言3.钻井液流变性在线测量的意义：迅速反映

3、井下状态，及时发现并处理井下异常情况，减少钻井事故发生，降低钻井工程的成本。提供依据。于提高勘探开发效果。有利于数据远传，及时为专家决策提高数据的系统性和可靠性，有利1.实时检测4.2.数录井钻井液参数连据续远在线测量记传录3.自动测量改善现场人员的工作环境，保障石油矿场安全，提高现场人员的HSE水平。1钻井液流变性测量方法分析旋转法落球法振动法漏斗法超声波多普勒单筒速梯问题表观粘度仪器双筒顶替问题不能用于水利学计算不适用于恶劣环境管流法2传统毛细管流变仪存在的问题分析（1）管流法流变性测量原理的研究及流场分析流体在毛细管中流动的三个区域毛细管中完全发展区的流场分析∆pR4Q

4、σ=−dln3R2L'1d34Q3QπRγR=2σR3=34σRdσRπR4πRdlnσR2传统毛细管流变仪存在的问题分析A.无法实现钻井液流变性的实时测量；B.圆形断面很容易引起钻井液管道堵塞问题；C.压力传感器的安装位置导致端边效应和动能影响问题；D.压力传感器引压孔较细，测量触变性流体会降低压力传感器的灵敏度；传统毛细管流变E.压力传感器与毛细管壁的连接处，易影响流线，仪用于钻井液在线测量存在的问造成压力测量不准；题：3新型管式钻井液流变性测量方法研究（1）速度梯度改变方式传统法：改变流量201202203204204204204改变管径新方法：2052

5、05205205改变管数3新型管式钻井液流变性测量方法研究（2）测压仪表具有引压孔的压力或压差传感器平面膜压力传感器3新型管式钻井液流变性测量方法研究（3）测压点的优化：3新型管式钻井液流变性测量方法研究（4）断面形状的改进圆形断面环形断面平行板断面矩形断面平椭圆环断面4钻井液流变性测量装置的设计（1）设计思路：A采用改变流道断面的方法改变速度梯度；B采用断面为平椭圆环或矩形的毛细管；设计C采用平面膜压力传感器测量压力降；思D两个测压点布置在距离管端一定距离的管壁上，以便消除路端边效应和动能变化对压力测量的影响；E在设计上还考虑了钻井液的堵塞、沉淀和流态控制等问题。δL2L121

6、WW4钻井液流变性测量装置的设计（2）流程设计图1钻井液流变性在线测量装置流程图4钻井液流变性测量装置的设计（3）仪器结构参数设计：仪器结构参数设计δ①矩形断面管厚度δ的确定②矩形断面管宽度w和w的确定12L2L1③矩形断面管长度L和L的确定122W1④临界流量Qc的计算W⑤压力传感器量程的选择⑥流量计量程的选择4钻井液流变性测量装置的设计误差分析(p−p)wδ322222µ=121dp1+dp2dw1dδdLdQaER(µa)=++3++12LQp1-p2w1δLQE(µ)=2.22%通过上面的计算可以看出

7、：压力传感器Ra的精度和矩形断面管厚度的精度是严重影响流变仪误差的因素，我们应该从提高压差测EA(µ)=0.33mPas量精度和准确测量矩形断面管厚度两个方面a.来提高仪器的测量精度。5钻井液流变性测量装置的性能评价（1）仪器的精密度和准确度表1钻井液流变参数的精密度和准确度参数AV/mPasPV/mPas测量次数12141214平均值9.414.82标准偏差s0.0860.17对比值9.54.6误差-0.090.22配制一个钻井液，用研制的钻井液流变性在线测量装置测试钻井液流变