[发明专利]异型管式钻井液流变性测量方法

摘要

本发明公开了一种操作简便，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。发明的技术方案是包括构建异型管，测量异型管几何参数，初定钻井液流量，测量实际流量及压耗，计算n值，校正速度梯度，计算切应力值，判断流型，计算流变参数，记录试验结果。本发明涉及的异型管式钻井液流变性测量方法解决了常规管流法在测量钻井液时存在的问题，提高了测量精度，操作简便，可用于现场钻井液的流变性自动化在线测量。

主权项

异型管式钻井液流变性测量方法，其特征是：把钻井液以不同的流量通过断面为平椭圆环的异型毛细管，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，根据不同流量和损耗压力计算n值，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，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，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；具体步骤包括：构建异型管，测量异型管几何参数，初定钻井液流量，测量实际流量及压耗，计算n值，校正速度梯度，计算切应力值，判断流型，计算流变参数，记录试验结果；其中：构建异型管：由平椭圆管和平椭圆柱插接后之间形成一个平椭圆环隙；在平椭圆管壁上安装两个齐平膜压力传感器，齐平膜压力传感器分别距离平椭圆管两端10倍水力直径以上的距离；测量异型管几何参数：首先测量平椭圆管内壁形成的平椭圆断面的两个半圆半径r₁和公切线长度b；其次测定平椭圆柱外壁形成平椭圆断面的两个半圆的半径r₂；第三测量异型管壁上两个齐平膜压力传感器的中心距离L；然后根据这些参数计算平椭圆环隙间距δ和平椭圆环的面积a；最后根据平椭圆环隙的几何尺寸计算平椭圆环隙的侧面积s；δ＝r₁‑r₂a＝π(r₁²‑r₂²)+2b(r₁‑r₂)s＝2πr₁L+2πr₂L初定钻井液流量：按照要求的速度梯度γ初步确定至少三个实验流量Q，然后根据确定的流量，将钻井液泵入异型管中；$Q=\frac{\mathrm{\γ\δa}}{6}$测量实际流量及压耗：用流量计准确测量泵排量为每个初定钻井液流量时的实际流量q，并用齐平膜压力传感器测量每个实际流量q下的压力损耗△p；计算n值：作压力损耗的对数值与测量流量的对数值的关系曲线，lgΔp‑‑lgq，线性回归，求取斜率n值；校正速度梯度：用流量和异型管几何参数δ和a计算速度梯度，并用n值校正；$\mathrm{\γ}=\frac{6q}{\mathrm{a\δ}}\left(\frac{2n+1}{3n}\right)$计算切应力值：根据沿程压力损耗Δp和平椭圆环隙横截面积a计算出流量下流体对管壁的切力，然后根据管壁的切力和管壁侧面积s计算各流量下的切应力值；$\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\Δp}\·s}{a}$判断流型：根据不少于3个速度梯度下的剪切应力值，在切应力—速度梯度座标上，对宾汉模式和幂律模式进行曲线拟合，求出关联系数，根据关联系数判断钻井液更接近于何种流型；计算流变参数：如果符合宾汉模式，则计算出塑性粘度和动切力，如果流型更接近于幂律流体，则计算出流型指数和稠度系数。