钻井液滤饼物性参数测量研究进展.pdf

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第31卷第1期
然济与宽并
Vol 31 No.1
2014年1月
DRILLING FLUID& COMPLETION FLUID
Jan.2014
doi:10.3969.1sn.1001-5620.2014.01.023
钴井液滤饼物性参数测量硏究进展
任冠龙,吕开河,刘玉霞,张崇2,刘翀志1
(1.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛;2.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江)
任冠龙等、钻井液滤饼物性参数测量研究进展钻井液与完共液,2014,31(1):84-90.
摘要钻井液滤饼在钻井过程中起着十分重要的作用,精确測量漶饼的各个物性参数可以为优选钻井液提供重要
参考依据。介绍了目前国内外在钴井液滤饼物性参数测量方面的研究进展,主要从濾饼的厚度,孔隙度、渗透率
滤饼强度、比阻以及摩阻系数等方面论述了相关的实验装置、实验方法和计算公式等。
关键词钻井液;滤饼;孔隙度;渗透率;厚度;强度;比阻;润滑系数
中图分类号:TE254.1
文献标识码:A
文章编号:1001-5620(2014)01-0084-07
钻井液滤饼在钻井过程中的作用非常重要,滤饼从而得出针人深度和泥饼厚度间的关系曲线,进而通
质量直接影响井壁稳定、油气层保护及钻具摩阻等,过数据处理可分析和评价泥饼质量的优劣。
好的滤饼薄、致密,且韧性好。钻井液滤饼的物性参
Kamar等?采用的是高灵敏度反射型超小光电
数主要包括滤饼的厚度、孔隙度、渗透率、滤饼强度、断路器(见图1),它是一个包括集电极和发射极的
比阻以及摩阻系数等,精确测量滤饼的各个物性参数光电晶体管,电发光二极管LED被用作发射极,
能评价滤饼的优劣,是优选钻井液的重要参考依据。个高增益硅光电晶体管作为集电极。LED发出红外
光束,当光東遇到一个障碍时被反射,根据到障碍物
1滤懈厚度浏曼研究进倀
的距离,反射光的强度是不同的,因为光逐渐远离源
景天佑田和侯勤立等分别发明设计出测量滤头,失去了它的强度。电量和光断路器与对面之间的
饼厚度的仪器和装置,其结构简单、操作方便,比单距离是成比例的,从而根据距离和光强度的变化可以
纯用千分尺测量准确、方便。但这2种测量方法都属用于测量滤併厚度。当断略器和滤併之间的距离为
于接触测量,测量过程中都需要仪器的测量头与待测0.5~2.8mm时,测量数据是准确的,实验持续时间
滤饼接触,测量使用接触片并需人工读数,影响测量小于1s或多于1h测出的数据是一样稳定的。
结果。 Yi-shun Chen等在数字游标卡尺上连接压
传感器
力传感器来测量滤饼的厚度。 Kuo-lun Tung等使
用图片中断传感器来测出滤饼的厚度分布情况。
浆液
张洪杰等的提出了使用光、电、机相结合实现
非接触测量滤饼厚度的可行性。邓松?发明出一种
不接触泥饼测量仪,但其对机加工精度有一定要求。
过滤介质
国外 Kamar等?已应用光电断路器成功地对滤饼厚
滤液
度进行了测量。美国MI钻井液公司研制的FCP泥
图1光电断路器测量滤饼厚度示意图
饼针入度仪明可以确定泥饼的厚度、弹塑性、强度
目前市场上也出现了结合现代PCI集成插板技
等13项性能指标,可以较为全面地评价泥饼的机械术和微机处理技术,对泥饼的厚度、韧度通过特定软
特性。其通过探针的恒速转动和下移针人到泥饼中,件实时反映的智能泥饼厚度、韧度自动测量仪,还有
将泥饼所产生的抵抗力通过压力传感器传出并绘图,多个厂家生产的泥饼多功能测量仪等
第一作者简介:任冠龙,在读硕士研究生,1988年生,现在主要从事井壁稳定和保护油气层方面的研究。地址:山东省青
岛市经济技术开发区长江西路66号;邮政编码26655;:电话15266232682;E-mail:renguanlong2011@163.com
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第31卷第1期
任冠龙等:钻井液滤饼物性参数測量研究进展
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Bourgoyne等和 Tiller?使用如下相同的公式为摩擦力,N;gn为泵入井内钴井液的平均速度,m/s;
计算滤饼的厚度
为流体黏度,mPa?s。该模型已在塔里木油田现场
L。=1/(
)x∠A
(1)实践中得到应用,并获得了好评,但是该模型是在假
其中,L。为滤饼的厚度,cm;A为滤饼的面积,设地层均质、形成的内、外滤饼均匀的前提条件下提
cm2;为滤液体积,cm23;em为滤饼中固相的体积出的,而事实是滤饼为可压缩的,并且在达到一定程
分数;の,为钻井液中固相的体积分数。
度后才能实现动态平衡。
Khatib2)提出了一个经验公式,即
wp.、r
2滤懈渗透率的计算
(-9)
Osisanya和 Griffith基于滤失量、剪切应力、
其中,w为滤饼中固相的质量分数;P1为钻井液密度,塑性黏度和屈服值,在动态滤失实验(DFL)条件下
kgm3;p,为固相密度,kgm3;p。为滤併的孔隙度。提出了一个确定滤饼渗透率的计算方法,即:
由于上述公式都是在认为港饼只有一层的情况下
1 YP
提出的,所以其准确性很差,相关硏究计算表明,由
4ILLPY I RJ PY R
以上公式算出的滤饼厚度最大偏差可达50%。
其中,2为角速度,r/8;T为套筒扭矩,N·m;
成仲良等根据实验室测定结果绘制出了微电为岩心半径,R为套筒半径,L为岩心长度,cm;
极图版,其可以用来确定钻井液形成的滤饼厚度,如YP为流体屈服值,Pa;P为流体塑性黏度,mPa?sa
图2所示。不同的井径要用不同的图版,该图版是井再通过结合DFL实验测得的数椐和径向流动条件下
径为24.7m时的微电极图版。通过计算得出R度/的达西公式就可以计算出滤饼的渗透率。
R。和R微电位/Rm的比值后,根据图版即可査出滤饼
Bourgoyne等の在钻井液静态条件下,根据累
的厚度。其中R度是微梯度电极系视电阻率,R电位积滤失量和时间平方根之间的关系计算渗透率,即
是微电位电极系视电阻率,Rn。是滤饼电阻率。
巧=,/2k,へp)-m-14
其中,7に为滤液体积,mL;A为滤併的面积,n
k为滤饼的渗透率,10°um2;△p为经过滤饼的压降,
MPa;为滤液的黏度,mPa?s;ea为滤饼中固相
的体积分数,,为钻井液中固相的体积分数,%。
5
Martinez等?研究出另一种计算渗透率的方法。
L。+Rn
其中,L。为滤饼厚度,cm;p为压差,MPa;Rn为
54.
介质过滤阻力,N;t为滤失时间,s;v为单位面积
R
注:虚线族数字为滤饼厚度h(cm)。
上的滤液体积,m3/m2;A为液体黏度,mPa?s
图2微电极图版
Tiller!』也给出了一种计算滤饼渗透率的步骤。
C=gy(1-vge。
熊汉桥等通过数学模型的建立获得了动态条
pdt/udva=a。Cv+Rn
(8
件下外滤饼厚度的计算方程,即:
100p.d
9。?pC
r=1-en_にーれーC
(3)其中,c为单位体积滤液的滤饼体积,m/m2;k。为
滤饼的渗透率,10um2;p为压差,MPa;R。为介
其中,r外为