钻井液触变性评价方法的合理性探索

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1、钻井液触变性评价方法的合理性探索崔茂荣马勇（西南石油学院CNPC钻井液重点研究室）摘要：目前评价钻井液触变性的方法有静切力法、浮筒切力计法、滞后环法、滞后总能量法以及储能模量法，它们都或多或少的存在着一定的局限性。本文通过实验验证目前通用的评价钻井液触变性的方法——静切力法的合理性，考察了热历史和静置时间对钻井液静切力的影响。研究结果表明：单从触变性这一角度出发，钻井液受热历史的影响不大；10min时的静切力无法真实地反映钻井液最终切力的大小，现行静切力法不能真实地评价钻井液的触变性。关键词：钻井液、触变性、静切力、热历史、评价方法前言触变性是粘性非牛顿流体的一个重要

2、特性，其胶体化学实质是指流体状态发生凝胶—溶胶—凝胶这一可逆转变的特性。钻井液的触变性是指钻井液经搅拌后变稀静置后变稠的特性，或者说是钻井液的切力随着搅拌后静置时间延长而增大的特性[2]。钻井工艺要求钻井液具有良好的触变性[1]，即钻井液停止循环后，切力能较快地增大到一个恰当的值，既有利于钻屑的悬浮，又不至于使静置后开泵泵压过高，即具有恢复时间较短同时最终切力也较小的特点——快的弱凝胶。目前已经有多种方法来评价触变性的好坏，现行的评价方法主要有：静切力法[6]、浮筒切力计法[1]、滞后环法[1，4]、滞后总能量法[6]以及储能模量法[5]。其中，浮筒法的原理与静切力法

3、类似，即把浮筒下降的深度转换为静切力的大小，但是缺乏精确性，而且现在浮筒计已经不常用。滞后环法在理论上有较好的精确性，滞后环的面积反映了胶体结构拆散与形成所需要的能量差，通过计算面积的大小，便可以知道触变性的好坏，但这种方法缺乏规范化的操作。滞后环面积的大小与人为因素和仪器构造有关，所以用其来衡量触变性的好坏是有问题的，因此不常用。至于滞后总能量法和储能模量法，因其烦琐性和难操作性更是用得极少。触变性评价的准确与否关系到其在实际应用中的效果。现阶段评价触变性的方法主要是静切力法，即用钻井液在旋转粘度计中经600rpm高速搅拌后静置10s和10min时的剪切应力的差值表

4、示触变性的好坏。然而，该方法的操作规范方面存在一些不足之处。比较有代表性的有两个：一个是降温过程（即热历史）会不会改变触变性，测试触变性是不是应在原始温度下进行；另一个就是静置10分钟时的静切力是不是一定可以代表其最终切应力。1实验部分1.1实验器材ZNN-D6型六速旋转粘度仪、WZ-3A型五轴高速搅拌机、JB50-D型增力搅拌机、膨润土、KPAM、NH4-HPAN、KHm、HL-II、SMC、SMK、SMP-I、FCLS、LV-CMC、PAC141、褐煤。1.2实验用钻井液配方（1）聚磺体系6%原浆+0.2%KPAM+1%NH4-HPAN+1%KHm+3%HL-II

5、+2%SMP-I+0.3%NaOH（2）三磺体系56%原浆+3%SMC+0.5%SMK+3%SMP-I+0.1%NaOH（3）聚合物体系6%原浆+1%LV-CMC+0.5%PAC141+0.5%FCLS+3%褐煤+1%NaOH1.3实验方法（1）热历史与钻井液触变性评价对聚磺、聚合物以及三磺三种钻井液体系进行三种不同方式的热处理：其一，保持室温测定静切力；其二，先将钻井液加热到50℃，再用旋转粘度计高速动态剪切降至室温，然后测定静切力；其三，先将钻井液体系加热到80℃，再用旋转粘度计高速动态剪切降至室温，然后测定静切力。（2）静置时间与钻井液触变性评价把钻井液在旋转粘

6、度计中经600rpm高速搅拌后静置，用10分钟和10秒钟的剪切应力近似代表静切应力，其数值及差值大小表示触变性的好坏。2实验结果与讨论2.1热历史与钻井液触变性关系对聚磺、聚合物以及三磺三种钻井液体系进行三种不同方式的热处理，根据实验数据作出三种钻井液体系静切力随静置时间的变化曲线，分别见图1、2和3。由图1可以看出：（1）三种热处理方式下，聚磺钻井液体系在开始静置的前4min内，其静切力上升较快，说明这段时间钻井液的结构形成较快，而后静切力趋于缓慢上升；（2）未经热处理的钻井液在静置后的第1min内，静切力迅速增加，且其静切力均高于加热后再降至室温测定的静切力；（3

7、）加热到80℃再动态降至室温的钻井液，其静切力又低于加热到50℃再动态降至室温的钻井液，表明该钻井液体系的静切力受热历史的影响较大，原因是钻井液中的处理剂在高温下与粘土发生作用，导致了低温下钻井液结构的恢复较慢；（4）三种热处理方式下，静切力进入缓慢上升阶段后，三条曲线大致相互平行，保持室温、钻井液加热到50℃和80℃再动态剪切降至室温三种方式处理后钻井液的触变性分别为1.56、1.58以及1.69Pa，差值不是太大，总体看来，聚磺钻井液经热处理后的触变性变化不大。5由图2可以看出：（1）三种热处理方式下，聚合物钻井液体系在开始静置的前2min内，其