[发明专利]一种变径管式钻井液流变性测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变径管式钻井液流变性测量方法，尤其适合于现场钻井液的流变性在线检测。 

背景技术

流变学是研究物质流动和变形的一门科学，钻井液流变学的研究是流变学的一个重要方面。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，最常用的方法有管流法、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问题。所以要使用旋转法来连续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，这种仪器只能改变不同流量才能变换速度梯度和压力损耗，不能同时实现不同速度梯度下剪切应力的测量，因此不能从本质上实现流变性的连续测量。 

2002年，专利G01N11/06提出的毛细管粘度计，这种毛细管粘度计，主要用来测定运动粘度。 

总之，现有的毛细管粘度计只能实现单一流速下的表观粘度的测量，如果要测定不同速度梯度下的流变性，就需变化流量，因此不能连续测量非牛顿流体瞬时流变性。而且，传统的毛细管粘度计容易被小颗粒物堵塞。 

当前，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，其关键在于连续测定钻井液流变性及其变化的方法。目前常规的钻井液流变性测试方法，不管是旋转法还是毛细管法都不能满足连续测量钻井液流变性的需要。因为常规毛细管法只能测定单一速度梯度下的表观粘 度，或者必须逐次改变流动速度来实现流变性测量，要测定一套流变曲线需要时间较长，因此钻井液流变性的变化很难迅速测出；而旋转法测量流变性时又存在内外筒之间钻井液的顶替效率问题；因此，现有流变性测量方法很难实现钻井液流变性连续测量，为了克服上述缺陷，本发明提供了一种变径管式钻井液流变性测量方法。 

本发明与现有技术相比有以下优点：操作简便，可实现钻井液的流变性连续测量。 

发明内容

现有流变性测量方法很难实现钻井液流变性连续测量，因为常规毛细管法只能测定单一速递梯度下的表观粘度，或者必须逐次改变流动速度来实现流变性测量，要测定一套流变曲线需要时间较长，因此钻井液流变性的变化很难迅速测出；而旋转法测量流变性时又存在内外筒之间钻井液的顶替效率问题。为了克服常规流变性测量方法的不足，本发明专利提供了一种变径毛细管测试方法。