聚合物基泡泡沫钻井液流变性和水力特性SPE94273.ppt

聚合物（HEC）基泡沫钻井液在常温条件下的流变性和水力特性 Z.Chen等著/资料来源：SPE94273 引言 研究意义： 实践中，水基泡沫钻井液与聚合物基泡沫钻井液已得到很成功的商业应用，但泡沫钻井液流变性和水力学特性还没有得到充分的了解。 大家普遍认为液相中聚合物的增加会影响其粘度和稳定性，加入聚合物后泡沫钻井液综合性质的变化还没有得到很好的认识并且也无法预测。泡沫的流变性和压降预测还不够准确到足够提高充分的水力学设计信息，例如当量密度的设计。当泡沫中加入聚合物时这个问题就显得更加突出，因为聚合物基泡沫的粘度会比水基的要高得多 文献调研 Reidenbach等人研究了水基和聚合物基泡沬压裂液在75℉下的流动特性，证明了屈服点和泡沬稠度指数与泡沬的质量和液相稠度系数有关。 Harris等人延伸了Reidenbach法，即测量温度从75℉～300℉，HPG浓度(0,20,40,60和80磅/千加仑)，实验压力为1000psi，泡沬质量范围从0%～80%，描述在各种情况下泡沫的流变特性 。 Bonilla等人在?″和?″的环形管中对水基和瓜尔胶增粘泡沫进行了循环流动性研究，采用瓜尔胶（20，40到60 磅/千加仑）作为增粘剂，表面活性剂浓度为0.5% V/V，测试压力为1000 psi，测试温度范围为75 ～ 200℉。 Sani等人使用同样的流环，研究了黄原胶泡沬的流变性，然而仅仅采用了?″管面情况。黄原胶的浓度为20, 30和40 磅/千加仑，表面活性剂浓度为0.5% V/V，泡沬质量和温度变化的范围分别为0%～80%和75～200℉。 Khade等人使用?″管式粘度计测量研究了瓜尔胶的流变性，实验压力为1000psi，实验温度（100～200℉），瓜尔胶浓度（20, 30和40 磅/千加仑）和泡沫质量（0%～80%）。 在所有这些实验中可知：泡沬钻井液的流变性与不同泡沫质量、液相的流变性、聚合物浓度，温度、压力等有关。 文献调研 Lourenco， Okpobiri， Ozbayagolu， Capo, Martins，Mitchell研究了水基泡沬的流变性和携岩能力。研究表明水基泡沬的表观粘度受到泡沬质量的影响非常大。 Hatschek建立了一个对于高质量聚合物泡沬（74%～96%）流变性的数学模型，此模型以泡沬粘度，泡沬质量，液相粘度为变量。它的表达式如下： 在实验的基础上Mitchell修正了这个模型，将指数常数从0.33改为0.49，即： 文献调研 调研研究得知：仅有少数的模型可以用来预测聚合物基泡沬钻井液的流变性参数。至于液相流变性对泡沬钻井液流变性的影响有多大仍然不清楚。因此，这项的研究目标是： 实验研究水基和聚合物基泡沬的流变性； 评估液相流变性对泡沬钻井液流变性的影响； 建立预测环空摩阻压力降的水力模型。 引言 实验两种泡沫水力模型： 无壁面滑移模型假设：在管面和环空没有滑移的边界条件，无修正的泡沫流变参数可以通过粘度仪测得。可以发现不考虑管子直径、泡沫质量、流动速度，绘制摩擦力因子与雷诺数之间关系曲线，那么就可以绘成一条单独的曲线。这条曲线类似于无压缩的流体流动，通过预测模型可以计算出环空压力降，并且可以得到满意的预测值。 有壁面滑移模型假设：在管柱和环空存在壁面滑移，流变参数和壁面滑移的剪切粘滞系数首先可以通过Oldroyd-Jastrzebski方法得到，然后可以在滑移修正过的流变参数和壁面滑移剪切粘滞系数的基础上预测环空压力损耗。 实验研究----实验设备 泡沫流变性实验是使用塔尔萨大学研制的岩屑运移环形流动设备进行的。 实验设备是用来研究在升高压力和温度的条件下，可压缩和不可压缩钻井液的岩屑运移能力和水力学参数。 先进的岩屑运移环形流动设备 实验研究----实验设备 计量泵 空气储积桶 活性剂注入泵 注入塔 球阀与静态混合器 泥浆泵 冷却罐 3英寸管线 加热罐 泥浆罐 泥浆罐 缓冲罐 4英寸管线 环形管线部分 分离塔 2英寸管线 消泡剂注入塔 多相泵 实验设备包括：1）泵送设备，2）空气注入设备，3）发泡和消泡系统，4）测试部分，5）存储器，6）数据采集和控制系统。流环也包括这个实验中没有用的其它设备，例如：加热和冷却设备，岩屑注入和收集系统。 表1 环流测试部分的直径 管线标准直径(英寸) 内径(英寸) 长度(英尺) 2 1.92 52.75 3 2.90 52.75 4 3.83 66.50 环形空间(6×3.5) 5.76×3.5 57.33 实验研究----实验步骤 实验用来测量管面和环面的压力差。实验参数包括：液体和空气的注入速度，温度，静态压力，聚合物和表