[发明专利]使用十字弹簧枢轴的凝胶剪切强度测量

说明书

提供了一种流变仪设备以及使用方法。在一个实施方案中，所述流变仪包括：套筒，所述套筒具有内部空间；圆柱形浮子，所述圆柱形浮子设置在所述套筒的所述内部空间内并且联接到浮子轴的第一端；十字弹簧枢轴，所述十字弹簧枢轴联接到所述浮子轴的第二端；臂，所述臂联接到所述圆柱形浮子并且从所述圆柱形浮子径向突出；以及线性致动器，所述线性致动器联接到所述臂。在一些实施方案中，所述流变仪设备可促成更准确的凝胶剪切强度测量值和/或可与现有流变仪测量值相关联。

背景技术

本公开整体涉及流体的流变学测量，并且更具体地，涉及用于测量在钻井液中使用的凝胶化流体的凝胶剪切强度的设备和方法以及在地下地层中的使用的其他处理液。

诸如油和气体等烃类通常从可以位于陆上或海上的地下地层获得。涉及将烃类从地下地层移除的地下操作和过程的发展往往很复杂。通常，可通过向已知或怀疑包含有价值的烃类的地下地层钻孔来形成井筒。通常使用复合钻井泥浆执行这些钻井操作，所述钻井泥浆可被凝胶化以产生独特的流变学特征曲线。此外，许多压裂方法和其他井筒处理操作使用大量凝胶化流体和交联流体在井筒内执行特定任务。

因此，结合这些操作来确定在各种温度、压力、大气环境等的条件下凝胶化流体的凝胶剪切强度以评估流体在将要采用流体的期望工作环境中的性能往往很有用。待测液体和/或藉以执行测试的环境可能对测试设备有腐蚀性或至少有害或有毒。例如，可能期望确定在模拟流体将会经受的实际钻孔条件的条件下凝胶化流体的凝胶剪切强度。在深井筒操作中遭遇超过400℉(204.4℃)的温度以及超过10,000psi(磅每平方英寸)(68,947.57kPa(千帕))的压力并不少见。因此，为了正确地评估可用于深钻井操作的钻井液，期望获得在这些恶劣条件下进行的粘度测量。事实上，期望在更极端的条件下，例如在超过700℉(371.1℃)的温度以及超过20,000psi(137,895.15kPa)的压力下，进行这些测试。另外，通常期望在存在腐蚀性物质(例如，硫化氢)以及在钻井操作中经常遭遇的粒子的情况下执行这些测试。

用于测量流体的凝胶剪切强度的设备包括常规流变仪。这些常规流变仪通常包括用于浸入待测流体中的悬挂在同心管状套筒内的圆柱形浮子。这些装置还包括：用于以已知速度旋转套筒的某些装置，以及用于测量施加受控速度时悬挂的浮子的角偏转的某些装置。在这种速率受控模式中，在不同角速度(或剪切速率)下浮子上的剪切应力可用于确定流体的流变特征。另选地，在套管初始启动时施加在浮子上的峰值剪切应力可用于指示流体处于预定静态下的凝胶剪切强度。浮子和套筒通常悬挂在静止框架上，所述浮子由常规滚珠轴承或滚子轴承悬挂。这些轴承的条件和润滑性对于常规流变仪的正常运行很重要。本领域技术人员应当理解，可能需要悬挂和轴承系统的润滑性和条件来保证施加到浮子的角运动或扭矩的精确测量。这些轴承有许多缺点，特别是当用于远程的腐蚀性或有害环境中时。常规的滚珠轴承或滚子轴承随时间推移倾向于变得有凹痕或有粘性，从而导致粘度测量不准确，并且最终导致器械故障。这些问题在用于在远程的腐蚀性或有害环境中进行准确和精确的凝胶剪切强度测量的流变仪中加速或加重。

附图说明

为了更完整地理解本公开以及其特征和优点，现在结合附图参考以下描述，在附图中：

图1为示出了根据本公开的某些实施方案的关于音圈致动器的扭矩校准的数据的曲线图；

图2为示出了根据本公开的某些实施方案的关于十字弹簧刚度校准的数据的曲线图；

图3为示出了根据本公开的某些实施方案的关于浮子的角偏转的数据的曲线图；

图4为示出了根据本公开的某些实施方案的十字弹簧枢轴流变仪浮子组件的立体图；

图5为示出了根据本公开的某些实施方案的十字弹簧枢轴的示意图；

图6为示出了根据本公开的某些实施方案的十字弹簧枢轴流变仪的部分示意图；以及

图7为示出了用于本公开的某些实施方案的某些控制方面的框图。

具体实施方式