粘度計應(yīng)用|石油鉆井領(lǐng)域
發(fā)布時間：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VISCOpro系列，可以精確穩(wěn)定監(jiān)測鉆井液粘度，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VISCOpro系列，可以精確穩(wěn)定監(jiān)測鉆井液粘度，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為聚合物鉆井液。
鉆井液粘度對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，會將一些細(xì)顆粒聚結(jié)在一起形成粒子團(tuán)，這種作用稱為絮凝作用，相應(yīng)的聚合物稱為絮凝劑
（1）全絮凝劑，能同時絮凝鉆屑、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，稱為增效型選擇性絮凝劑，而對黏度影響不大時稱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，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，其原因有以下兩個方面：
（1）長鏈聚合物在泥頁巖井壁表面會發(fā)生多點(diǎn)吸附，封堵了地層微裂縫，可阻止泥頁巖水化剝落；
（2）聚合物濃度較高時，在泥頁巖井壁上形成較致密的吸附膜，可阻止或減緩水進(jìn)入泥頁巖，對泥頁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，因與黏土爭奪吸附基團(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)時檢測鉆井液和刮膠液粘度，簡單方便有效，是石油施工現(xiàn)場的通用在線粘度計。
