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1、·28·ComputerApplicationsofPetroleum2005,Vol.13No.43高温高压下泡沫钻井液流变性实验分析严宇陈小榆(西南石油学院四川成都610015)摘要本文针对高温高压下井筒内泡沫钻井液的实际作业情况,设计了一套新型的泡沫流体流变性测试装置,使用这套装置进行了大量的实验研究,在建立合理的数学模型的基础上,对实验数据进行了处理及分析。关键词泡沫钻井液;欠平衡钻井;管式粘度计;流变性0引言管式流变仪通过流体在细管内的恒定剪切流动,实测压降和流量,推算剪切应力与剪切速率的关泡沫钻井液是欠平衡钻井中的重
2、要组成部分,系,以确定流体的流变特性。本文装置正是以管式对于某些特殊油气藏的开发具有不可替代的重要地流变仪为基础进行设计的。位。在泡沫流体的作业中,一项重要的基础工作是在测试泡沫流变性之前,由于既不知道泡沫流研究、测定高温高压条件下的泡沫流体特性。体结构方程的形式,也不能对流动曲线的特征做出泡沫流体属于一种较复杂的非牛顿流体,它的判断,在用管式流变仪测量泡沫流体的流变参数时,性质、行为和特征受许多可变因素所控制。可根据纯粘性流体管壁剪切速率的一般表达式,即目前,大多数关于泡沫流变性的研究仅仅限于罗宾诺维奇-莫纳方程式进行:室温常
3、压条件或在室温有压力条件下进行的实验研ΔPD′32Q′dlnτw究,不能满足实际工况的需要,因此有必要进行这方τw=4Lγw=πD3n=′dlnγw面的研究。1+3n′32Qγw=f(τ)=′34nπD1泡沫流变性测试理论可见,通过实验测出流量Q和相应的压降ΔP,即可绘制流变曲线τw～γw曲线,曲线斜率和截距分目前,大多数研究采用管式粘度计、旋转粘度别是流性指数n′和稠度系数K′。计、振动式粘度计或中等规模的模拟试验等手段研究泡沫的流变性能。2测试装置用旋转粘度计测泡沫的流变参数时,泡沫容易分层,难以克服泡沫不稳定的析液现象,因
4、而测试结该装置具有生成均匀致密泡沫、流变测量及大果不准确。范围温度压力调节等高温高压泡沫流变性测定所需用毛细管流变仪测泡沫的流变参数时,难解决的几个基本功能。由五大部分组成,即泡沫发生与泡沫流经毛细管时所产生的压缩性,对注入的微量稳定系统、泄流管路系统、温度控制系统、压力控制气体、液体以及流出泡沫的流量计量很困难,对端部系统和数据采集系统(见图1)。效应、进出口能量损失、壁面滑移等问题难以处理,难以实现高温高压环境。3数学模型模拟钻孔装置测泡沫的流变参数,装置规模大、取时间变量i(i=0,1,2,⋯n,其中i=0为初始实验工作量
5、大、实验周期长、消耗原材料多,难以在时刻,i=n为实验结束),取测点位置变量j(j=0,1,常规实验室中实现,而且其测试数据十分复杂,较难2,⋯m,其中j=0为泡沫发生器,j=m为背压阀)。处理。1、泡沫发生器(j=0)3本文系四川省高校重点学科建设资助项目(编号:SZD0416)。第一作者简介:严宇,在读博士,现从事地下储气库研究。石油工业计算机应用2005年第13卷第4期·29·入(6)式,有:Vsgi,0(Vgi,0-Vsgi,0+Vsli-1,0-Vsli,0)=V(Vgi,0-Vsgi,0)Vsgi,0(Vgi,0-V
6、+Vsli-1,0)=V(Vgi,0-Vsgi,0)移项得:Vsgi,0(Vgi,0-V+Vsli-1,0+V)=V·Vgi,0V·Vgi,0Vsgi,0=Vgi,0+Vsli-1.0V·Vgi,0=(7)图1测试装置Vgi,0-Vsgi-1,0+V1-钢容器2-电热加温套3-液体注入阀4-泄流阀5Pi-1,0·Zi,0-排放底阀6-离心式磁力泵7-发泡筒8-观察管9V·Vsgi-1,0·-压力表10-温度计11-注气阀12-上游压力13-Pi,0·Zi-1,0压差传感器14-数据采集与处理系统15-高压气瓶16=-背压调节阀1
7、7-下游压力18-基液罐19-梯度加热Pi-1,0·Zi,0套20-主泄流管21-计量泵Vsgi-1,0(P-1)+Vi,0·Zi-1,0①初始时刻(i=0,j=0)(其中i=1时,Vsgi-1,0=Vsg0,0)泡沫发生器总体积V=V10,0+Vg0,0由(1)、(2)式可求得Vgi,0,ΔVi,0,从而求得流量:初始时刻液体和气体体积V10,0,Vg0,0ΔVi,0ΔQi,0=(8)初始时刻压力P0,0ΔTi,0设泡沫在等温状态下流动,由液体和气体两部2、泡沫发生器到第一测点(第一段管)(j=1)分组成,液体不可压缩,有:①
8、初始时刻(i=0)由压差计读数ΔP0,1=0Vg0,0初始时刻泡沫质量Γ0,0=V初始时刻流出的泡沫体积ΔV0,j=0初始时刻剩余气体体积Vsg0,0=Vg0,0初始时刻流出的泡沫流量ΔQ0,j=0泡沫发生器初始时刻流出的泡沫体积ΔV0,0=②任意时刻(i=1,
