粘度計(jì)應(yīng)用|石油鉆井領(lǐng)域
發(fā)布時(shí)間：2023-01-03 13:11:00
摘要：鉆井流體是石油旋轉(zhuǎn)鉆井中使用的循環(huán)流體，絕大多數(shù)使用的液體，例如刮膠液，少數(shù)使用氣體和泡沫。 因此刮膠液又成為鉆井液。劍橋在線粘度計(jì)VISCOpro系列，可以精確穩(wěn)定監(jiān)測(cè)鉆井液粘度，為鉆井項(xiàng)目使用提供量化和可視化保證。
鉆井流體是石油旋轉(zhuǎn)鉆井中使用的循環(huán)流體，絕大多數(shù)使用的液體，例如刮膠液，少數(shù)使用氣體和泡沫。 因此刮膠液又成為鉆井液。
劍橋在線粘度計(jì)VISCOpro系列，可以精確穩(wěn)定監(jiān)測(cè)鉆井液粘度，為鉆井項(xiàng)目使用提供量化和可視化保證。
凡是使用線型水溶性聚合物作為處理劑的鉆井液體系都可稱(chēng)為聚合物鉆井液，但通常是將聚合物作為主處理劑或主要用聚合物調(diào)控性能的鉆井液體系稱(chēng)為聚合物鉆井液。
鉆井液粘度對(duì)鉆井施工具有重要作用：
1．聚合物鉆井液的特點(diǎn)
（1）固相含量低，且亞微米顆粒所占比例低。這是聚合物鉆井液的基本特征，是聚合物處理劑選擇性絮凝和抑制巖屑分散的結(jié)果，對(duì)提高鉆井速度十分有利。
（2）具有良好的流變性，主要表現(xiàn)為較強(qiáng)的剪切稀釋性和適宜的流變類(lèi)型。
（3）鉆井速度高。聚合物鉆井液固相含量低，亞微米粒子含量小，剪切稀釋性好，卡森極限黏度低，懸浮攜帶鉆屑能力強(qiáng)，洗井效果好，這些優(yōu)良性能都有利于提高機(jī)械鉆速。
（4）穩(wěn)定井壁的能力較強(qiáng)，井徑較規(guī)則。
（5）對(duì)油氣層的損害小，有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層。由于聚合物鉆井液的密度低，可實(shí)現(xiàn)近平衡壓力鉆井。同時(shí)由于固相含量少，可以減輕固相的侵入，因而減小了損害程度。
（6）可防止井漏的發(fā)生。
（7）鉆井成本低。
2．聚合物處理劑的主要作用機(jī)理
1）橋聯(lián)與包被作用 橋聯(lián)作用易導(dǎo)致絮凝和增黏等，而包被作用對(duì)抑制鉆屑分散有利。
2）絮凝作用 當(dāng)聚合物在鉆井液中主要發(fā)生橋聯(lián)吸附時(shí)，會(huì)將一些細(xì)顆粒聚結(jié)在一起形成粒子團(tuán)，這種作用稱(chēng)為絮凝作用，相應(yīng)的聚合物稱(chēng)為絮凝劑
（1）全絮凝劑，能同時(shí)絮凝鉆屑、劣質(zhì)土和蒙皂土，如非離子型聚合物PAM；
（2）選擇性絮凝劑，只絮凝鉆屑和劣質(zhì)土，不絮凝蒙皂土，如離子型聚合物PHPA、VAMA，當(dāng)絮凝劑能提高鉆井液黏度時(shí)，稱(chēng)為增效型選擇性絮凝劑，而對(duì)黏度影響不大時(shí)稱(chēng)為非增效型選擇性絮凝劑。 選擇性絮凝的機(jī)理是：鉆屑和劣土負(fù)電性較弱，蒙皂土負(fù)電性較強(qiáng)。選擇性絮凝劑帶負(fù)電，由于靜電作用易在負(fù)電性弱的鉆屑和劣質(zhì)土上產(chǎn)生吸附，通過(guò)橋聯(lián)包被作用將顆粒絮凝成團(tuán)塊易于清除，而在負(fù)電性較強(qiáng)的蒙皂土顆粒上吸附量較少，同時(shí)由于蒙皂土顆粒間的靜電排斥作用較大而不能形成密實(shí)團(tuán)塊，橋聯(lián)作用所形成的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還能提高蒙皂土的穩(wěn)定性。
3）增黏作用 增黏劑多用于低固相和無(wú)固相水基鉆井液體系中，以提高懸浮力和攜帶力。
4）降濾失作用 鉆井液濾失量的大小主要決定于泥餅的質(zhì)量（滲透率）和濾液的黏度。
聚合物降濾失劑的作用機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面：
（1）保持鉆井液中的粒子具有合理的粒度分布，使泥餅致密。有時(shí)為了使體系中固體顆粒具有合理的粒度分布范圍，可加入超細(xì)的惰性物質(zhì)如CaCO3來(lái)改善泥餅質(zhì)量。另外，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可包裹大量自由水，使其不能自由流動(dòng)，有利于降低濾失量。
（2）提高黏土顆粒的水化程度。
（3）聚合物降濾失劑的分子大小在膠體顆粒的范圍內(nèi)，本身可對(duì)泥餅起堵孔作用，使泥餅致密。
（4）降濾失劑可提高濾液黏度，從而降低了濾失量。
5）抑制與防塌作用 聚合物在鉆屑表面的包被吸附是阻止鉆屑分散的主要原因。包被能力越強(qiáng)，對(duì)鉆屑分散的抑制作用越強(qiáng)。 聚合物有良好的防塌作用，其原因有以下兩個(gè)方面：
（1）長(zhǎng)鏈聚合物在泥頁(yè)巖井壁表面會(huì)發(fā)生多點(diǎn)吸附，封堵了地層微裂縫，可阻止泥頁(yè)巖水化剝落；
（2）聚合物濃度較高時(shí)，在泥頁(yè)巖井壁上形成較致密的吸附膜，可阻止或減緩水進(jìn)入泥頁(yè)巖，對(duì)泥頁(yè)巖的水化膨脹有一定的抑制作用。
6）降黏作用 聚合物鉆井液的結(jié)構(gòu)主要由黏土顆粒與黏土顆粒、黏土顆粒與聚合物和聚合物與聚合物之間的相互作用形成的，降黏劑就是拆散這些結(jié)構(gòu)中的部分結(jié)構(gòu)而起到降黏作用的。
降黏作用的機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面：
（1）降黏劑可吸附在黏土顆粒帶正電荷的邊緣上，使其帶負(fù)電荷，同時(shí)形成厚的水化層，從而拆散黏土顆粒間以“端—面”、“端—端”連接形成的結(jié)構(gòu)，釋放包裹著的自由水，降低體系黏度。
（2）近期研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量較低的聚合物降黏劑（如SSMA、VAMA等）與鉆井液的主體聚合物（PHP）形成氫鍵絡(luò)合物時(shí)，因與黏土爭(zhēng)奪吸附基團(tuán)，可有效地拆散黏土與聚合物間的結(jié)構(gòu)，同時(shí)能使聚合物形態(tài)產(chǎn)生收縮，減弱聚合物分子間的相互作用，從而具有明顯的降黏作用。
如何調(diào)整鉆井液的粘度？ 主要方法有以下三種：
一、聚合物鉆井液的主要優(yōu)點(diǎn)
1. 鉆井液密度和固相含量低，因而鉆進(jìn)速度很容易提高，對(duì)油氣層的損害程度也較小。
2. 鉆井液剪切稀釋特性強(qiáng)。在一定泵排量下，環(huán)空流體的粘度、切力較高，因此具有較強(qiáng)的攜帶巖屑的能力;而在鉆頭噴嘴處的高剪切速率下，流體的流動(dòng)阻力較小，有利于提高鉆速。
3. 聚合物處理劑具有較強(qiáng)的包被和抑制分散的作用，有利于保持井壁穩(wěn)定。
二、提高鉆井液切力的方法
1. 提高鉆井液中固體物質(zhì)含量。
2. 提高粘土顆粒分散度。
3. 加入適當(dāng)電解質(zhì)(如NaCl、CaCl2、石灰等)。
4. 加入水溶性高分子化合物。
三、提高鉆井液粘度的方法
1. 提高固相含量。
2. 固體顆粒間形成局部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
3. 加入水溶性高分子化合物。
4. 提高固相分散度。
VISCOpro2100劍橋在線粘度計(jì)配合SPC301螺紋式，或者SPC311抱箍式在線粘度傳感器，可以安裝在一寸以上管路上，實(shí)時(shí)檢測(cè)鉆井液和刮膠液粘度，簡(jiǎn)單方便有效，是石油施工現(xiàn)場(chǎng)的通用在線粘度計(jì)。
