[发明专利]异型管式钻井液流变性测量方法

说明书

技术领域

本发明属于钻井液流变性测量领域，尤其是涉及一种异型管式钻井液流变性测量 方法。

背景技术

钻井液的流变性一般包括流体的粘度、静切力、动切力和剪切稀释特性等。这些 流变性的掌握和调整，与提高钻井速度和井下安全有很重要的关系。钻井液流变性关系到(1) 钻井液携带钻屑、清洁井眼的能力；(2)悬浮能力；(3)对井壁的稳定作用；(4)钻井参数 的优化设计——钻头水马力设计和循环压耗的计算等等。所以钻井液流变学及流变性的测量 研究一直深受重视。

目前流变性的测量方法有很多种，如管流法、旋转法、落球法、圆盘法、振动法 等。其中旋转法和管流法是钻井液流变性测量的常用方法。

旋转法测量钻井液粘度是目前应用较广泛的一种方法。其基本原理是：当流体与 浸于其中的物体二者之一或者二者都作旋转运动时，物体将受到流体粘性力矩的作用而改变 原来的转速或转矩,通过测量流体作用于物体的粘性力矩或物体的转速来确定流体的粘度。旋 转法适用范围宽，测量方便，易得到大量的数据，但是存在很多局限性。

西安石油学院的景天佑等人早在1989年就对现场钻井液的流变性遥测装置进行 了研究，他们研制的遥测装置的主要原理是一个力矩电机带动转筒转动，根据旋转速度和力 矩测定值计算出流变性参数。该论文还论证了单转筒粘度计，虽然在理论上可以测定流体粘 度，但是只能测定低剪切速率下的粘度，在实际钻井中，流体的速度梯度往往很高，这就要 求调幅范围很宽的直流力矩电机，给实际电机选用带来了一定的困难。

2008年A.Saasen等人采用了能在不同剪切速率下测量粘度的Couette(库爱特) 粘度计，这种粘度计是控制转速的双筒粘度计。而双筒式旋转粘度计则存在内外桶之间钻井 液的顶替效率问题。所以要使用旋转法来自动测量钻井液流变性还存在很多问题需要解决， 难以实现目前钻井液流变性在线测量。

管流法也是流变性测量的一种常用方法，这种方法的原理是哈根·泊肃叶定律，即 一定体积的液体在一定压力梯度下通过给定毛细管所需时间正比于层流液体的粘度。因此, 通过测量液体流速和液体流经毛细管产生的压力差即可得液体粘度。毛细管粘度计制造简单， 价格较低，温度控制简单，实验操作方便，能够进行粘度的绝对测量，因此毛细管法是一种 有吸引力的测量方法。

1991年，专利CN2085960曾经提出了一种毛细管流变仪用于测量钻井液的流变 性，其特征在于：差压测量系统由狭缝式毛细管和一个安装在该毛细管器壁上的压力传感器 组成。但是这种方法由于压力传感器的引压孔太细，测量含有颗粒且有触变性的钻井液时， 容易堵塞引压孔，致使压力传感器灵敏度降低甚至失去作用。

1992年，专利CN 2114159U提出了一种多根毛细管粘度计，这种毛细管粘度计 由氮气瓶、流体罐、输入管道、输出管道、流出容器、不同直径的毛细管及液体罐上的压力 传感器等组成。该仪器可以在同一压力下测定不同剪切速率下的粘度，可以大大节约测量时 间。但是这类仪器均存在不同程度的端部效应。再就是这种方法使用的毛细管的断面为圆形， 而且管径较细，很容易引起钻井液中的颗粒堵塞。

随着石油钻井工程自动化程度的提高，钻井液性能的自动化监控技术越来越受 到重视，特别是对钻井液流变性在线测量技术的需求更加迫切。要实现钻井液流变性自动化 在线测量技术，其关键在于测定钻井液流变性的方法。目前常规的钻井液流变性测试方法， 不管是旋转法还是管流法都不能满足现场钻井液流变性自动化测量的需要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述缺陷，提供一种操作简便，测量准确，可用于 现场钻井液的流变性自动化在线测量的异型管式钻井液流变性测量方法。

本发明的技术方案是：首先把钻井液以不同的流量通过断面为平椭圆环的异型 管，其次用平面膜压力传感器测量离异型管两端一段距离的两测压点之间的压力损耗，第三 是根据不同流量和损耗压力计算n值；第四是根据流量、异型管的平椭圆环流动断面面积和 平椭圆环隙厚度以及n值计算不同流量时的剪切速率；第五是根据测量点之间的管长、平椭 圆环面积和平椭圆环隙的侧面积以及两测压点之间的压力损耗计算不同流量时的动切力值； 最后用不同流量下的剪切速率和切应力值计算钻井液的流变参数。