鉆井液觸變性評價(jià)方法的合理性探索

  觸變性是粘性非牛頓流體的一個(gè)重要特性,其膠體化學(xué)實(shí)質(zhì)是指流體狀態(tài)發(fā)生凝膠一溶膠一凝膠這一可逆轉變的特性。鉆井液的觸變性是指鉆井液經(jīng)攪拌后變稀、靜置后變稠的特性,或者說(shuō)是鉆井液的切力隨著(zhù)攪拌后靜置時(shí)間延長(cháng)而增大的特性〔‘皿。

 

  鉆井工藝要求鉆井液具有良好的觸變性[2],即鉆井液停止循環(huán)后,切力能較快地增大到一個(gè)恰當的值,既有利于鉆屑的懸浮,又不至于使靜置后開(kāi)泵泵壓過(guò)高,即具有恢復時(shí)間較短同時(shí)最終切力也較小的特點(diǎn)—快的弱凝膠。目前已經(jīng)有多種方法來(lái)評價(jià)觸變性的好壞,現行的評價(jià)方法主要有:靜切力法[3j、浮筒切力計法[2j、滯后環(huán)法比‘〕、滯后總能量法圖以及儲能模量法川。其中,浮筒法的原理與靜切力法類(lèi)似,即把浮筒下降的深度轉換為靜切力的大小,但是缺乏精確性,而且現在浮筒計已經(jīng)不常用。滯后環(huán)法在理論上有較好的精確性,滯后環(huán)的面積反映了膠體結構拆散與形成所需要的能量差,通過(guò)計算面積的大小,便可以知道觸變性的好壞,但這種方法缺乏規范化的操作。滯后環(huán)面積的大小與人為因素和儀器構造有關(guān),所以用其來(lái)衡量觸變性的好壞是有問(wèn)題的,因此不常用。至于滯后總能量法和儲能模量法,因其煩瑣性和難操作性更是用得極少。觸變性評價(jià)的準確與否關(guān)系到其在實(shí)際應用中的效果。

 

  現階段評價(jià)觸變性的方法主要是靜切力法,即用鉆井液在旋轉粘度計中經(jīng)600r/min高速攪拌后靜置105和10min時(shí)的剪切應力的差值表示觸變性的好壞。然而,該方法的操作規范存在一些不足之處,比較有代表性的有兩個(gè)。一個(gè)是降溫過(guò)程(即熱歷史)會(huì )不會(huì )改變觸變性,測試觸變性是不是應在原始溫度下進(jìn)行;另一個(gè)就是靜置10min時(shí)的靜切力是否一定可以代表其最終切應力。

 

  1實(shí)臉部介1.1實(shí)驗器材ZNN一D6型六速旋轉粘度儀、WZ一3A型五軸高速攪拌機、JB50一D型增力攪拌機、膨潤土、KPAM、NH;一HPAN、KHm、HL一11、SMC、SMK、SMP一I、FCLS、LV一CMC、PAC141、褐煤。

 

  1.2實(shí)驗用鉆井液配方(l)聚磺鉆井液體系6%原漿+0.2%KPAM。

 

  (2)三磺體系6%原漿+3%SMC+0.5%SMK+3%SMP一I+0.1%NaOH(3)聚合物體系6%原漿+0.5%PAC141十1%LV一CMC+0.5%FCLS+3%褐煤+l%NaOH1.3實(shí)驗方法1.

 

  3.

 

  1熱歷史與鉆井液觸變性評價(jià)對聚磺、聚合物以及三磺鉆井液體系分別進(jìn)行3種不同方式的熱處理:?保持室溫測定靜切力;?

 

  先將鉆井液加熱到50℃,再用旋轉粘度計高速動(dòng)態(tài)剪切降至室溫,然后測定靜切力;?先將鉆井液體系加熱到80℃,再用旋轉粘度計高速動(dòng)態(tài)剪切降至室溫,然后測定靜切力。

 

  1.

 

  3.

 

  2靜置時(shí)間與鉆井液觸變性評價(jià)將鉆井液在旋轉粘度計中以600r/min的高速攪拌后靜置,用10min和105時(shí)的剪切應力近似代表靜切應力,其數值差值表示觸變性的大小。

 

  一保持室溫一從50℃降至室溫一從80℃降至室溫.翅只日雍100200300400500600靜置時(shí)間ls圖3三磺體系靜切力與靜置時(shí)間的關(guān)系2實(shí)臉結果與討搶2.1熱歷史與鉆井液觸變性的關(guān)系對聚磺、聚合物以及三磺鉆井液體系分別進(jìn)行3種不同方式的熱處理,根據實(shí)驗數據作出3種鉆井液體系靜切力隨靜置時(shí)間的變化曲線(xiàn),分別見(jiàn)圖1、圖2和圖3。

 

  .臼只盡楹100200300400500600靜置時(shí)間/s圖1聚磺體系靜切力與靜置時(shí)間的關(guān)系12r討乏只盡藕0100200300400500600靜置時(shí)間ls圖2聚合物體系靜切力與靜置時(shí)間的關(guān)系由圖1可以看出:?在3種熱處理方式下,聚磺鉆井液體系在開(kāi)始靜置的前4min內,其靜切力上升較快,說(shuō)明在這段時(shí)間內鉆井液的結構形成較快,而后靜切力趨于緩慢上升;?未經(jīng)熱處理的鉆井液在靜置后的第一分鐘內,靜切力迅速增加,且其靜切力均高于加熱后再降至室溫測定的靜切力;?加熱到80℃再動(dòng)態(tài)降至室溫的鉆井液,其靜切力又低于加熱到50℃再動(dòng)態(tài)降至室溫的鉆井液,表明該鉆井液體系的靜切力受熱歷史的影響較大,原因是鉆井液中的處理劑在高溫下與粘土發(fā)生作用,導致了低溫下鉆并液結構的恢復較慢;?3種熱處理方式下,靜切力進(jìn)人緩慢上升階段后,三條曲線(xiàn)大致相互平行,保持室溫、鉆井液加熱到50℃或80℃再動(dòng)態(tài)剪切降至室溫3種方式處理后鉆井液的觸變性分別為1.56、1.58以及1.69Pa,差值不是太大,總體看來(lái),聚磺鉆井液經(jīng)熱處理后的觸變性變化不大。

 

  由圖2可以看出:?在3種熱處理方式下,聚合物鉆井液在開(kāi)始靜置的前2min內,其靜切力增加較快,而后緩慢增加;?未經(jīng)熱處理的鉆井液的靜切力最大,加熱到50℃再動(dòng)態(tài)降至室溫的鉆井液,其靜切力又高于加熱到80℃再動(dòng)態(tài)降至室溫的鉆井液,表明該鉆井液的靜切力受熱歷史的影響較大,原因是鉆井液中的處理劑在高溫下與粘土發(fā)生作用,導致了低溫下鉆井液結構的恢復較慢;?在3種熱處理方式下,無(wú)論是在靜切力的快速增加階段還是在緩慢增加階段,3條曲線(xiàn)均大致相互平行,保持室溫、將鉆井液加熱到50℃或80℃再動(dòng)態(tài)剪切降至室溫3種方式處理后鉆井液的觸變性分別為3.58、3.37以及3.83Pa,差值較大,總體看來(lái),聚合物鉆井液經(jīng)熱處理后的觸變性變化較大。

 

  由圖3可以明顯看出:?三磺鉆井液在3種熱處理方式下,其靜切力一直呈上升趨勢,3條靜切力曲線(xiàn)幾乎重合,充分表明在溫度較低時(shí),磺化系列處理劑性能受溫度的影響很小;?保持室溫、鉆井液加鉆井液與完井液2006年l月熱到50℃或80℃再動(dòng)態(tài)剪切降至室溫3種方式處理后鉆井液的觸變性分別為3.88、3.98以及4.09Pa,差值較小,表明三磺鉆井液的觸變性受熱處理的影響很小。

 

  2.2靜置時(shí)間與鉆井液觸變性的關(guān)系測量聚磺、聚合物以及三磺鉆井液體系從開(kāi)始靜置到靜置40min之內不同時(shí)刻下的靜切應力,根據實(shí)驗數據作出3種鉆井液體系靜切力隨靜置時(shí)間的變化曲線(xiàn),分別見(jiàn)圖4、圖5和圖6。

 

  因是在第二個(gè)增長(cháng)階段內聚合物開(kāi)始在粘土片上進(jìn)行橋聯(lián),結構變得更強,其后增加緩慢。

 

  由圖5可以看出:?隨靜置時(shí)間的延長(cháng),在40min以?xún)染酆衔镢@井液的靜切力一直增加,且還有進(jìn)一步增大的趨勢;?10一16min內為靜切力急劇增加的階段,28一40min又為靜切力急劇增加的階段,其原因也是在第二個(gè)增長(cháng)階段內聚合物開(kāi)始在粘土片上進(jìn)行橋聯(lián),結構變得更強,且這種趨勢有持續的可能。

 

  由圖6可以看出:?隨靜置時(shí)間的延長(cháng),在O一40min內三磺鉆井液的靜切力一直增加,且還有進(jìn)一步增大的趨勢;?前10min內為靜切力急劇增加的階段,其后增幅較為平緩,30min后增加幅度再次升高。

 

  .臼只楹盡靜置時(shí)間加in圖4聚磺體系靜切力與靜置時(shí)間的關(guān)系目臼只盡盤(pán)靜置時(shí)間/min圖5聚合物體系靜切力與靜置時(shí)間的關(guān)系3結搶1.實(shí)驗用的3種鉆井液體系經(jīng)熱處理后,其靜切力都會(huì )不同程度地降低,并在鉆井液結構恢復的過(guò)程中保持這一特性,只是三磺鉆井液由于其自身特性受熱歷史的影響較聚磺鉆井液和聚合物鉆井液/J、。

 

  2.雖然3種鉆井液體系靜切力受到熱歷史的影響,但最終的觸變性變化不大,表明熱歷史對鉆井液的觸變性影響較小。

 

  3.對于實(shí)驗用的3種鉆井液體系而言,10min時(shí)的靜切力無(wú)法真實(shí)地反映其最終切力的大小,也就無(wú)法真實(shí)地體現鉆井液的觸變性,靜切力法不能真實(shí)地描述鉆井液的觸變性。