专利名称：一种钻井液体系抑制包被性能评价方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油钻探领域，特别涉及一种钻井液体系抑制包被性能评价方法和设备。
背景技术：
不分散钻井液体系因具有优异的抑制包被性能在现代钻井施工中得到广泛应用。如何评价钻井液体系或处理剂的抑制包被性能显得尤为重要。目前较为通用的钻井液体系包被抑制性能评价方法有线性膨胀法和滚动回收率法。线性膨胀法能有效评价钻井液体系对岩屑的抑制膨胀作用，但不能表征钻井液体系的 抑制分散作用。滚动回收率法能够有效评价钻井液体系的抑制分散性能，但不能表征钻井液体系的抑制膨胀作用。并且两种方法都不涉及对钻井液体系动态浸泡后岩屑块强度的评价。对于岩屑块强度的评价方法通常有针入深度法和岩块承压强度法。针入深度法原为测定浙青及润滑脂的软硬程度、稠度、抵抗剪切破坏的能力，并不适于用于岩屑块强度的测量。岩块承压强度法表征岩石的内聚力和内摩擦力，此类方法均需要规则的岩块形状和静态的钻井液浸泡和测量方式，不能模拟岩屑块在钻井施工过程中钻井液体系的温度压力条件以及运动状态。因此，上述钻井液体系包被抑制性能评价方法均有局限性，不能很好地应用于钻井施工的实际操作中。

发明内容
本发明的第一目的是提供一种钻井液体系抑制包被性能评价方法，该方法通过测量钻井液体系中的岩屑块在模拟钻井液温度压力条件动态浸泡后的硬度变化来评估钻井液体系的抑制包被性能。本发明所述的钻井液体系抑制包被性能评价方法包括以下步骤将岩屑块动态浸泡于待评价的钻井液体系中并持续预定时间，然后取出岩屑块并清洗去表面附着的钻井液；将岩屑块置于硬度试验罐中，并通过施加压力迫使岩屑块被挤出硬度试验罐，所述硬度试验罐具有一预设的极限压力值；实时采集施加的压力变化值，并绘制压力变化曲线；所施加的压力值达到极限压力值的时间越短，说明浸泡后的岩屑块的硬度越大，钻井液体系的抑制包被能力越强。优选地，所述钻井液体系抑制包被性能评价方法还包括实时采集挤出硬度试验罐的岩屑块的质量值，并绘制质量变化曲线；当施加的压力值达到极限压力值时，挤出硬度试验罐的岩屑块的质量值越低，说明浸泡后的岩屑块的硬度越大，钻井液体系的抑制包被能力越强。
结合压力值和质量值二者的变化，可对岩屑块的强度以及钻井液体系的抑制包被能力做出更准确的评价。优选地，本发明所述的岩屑块是3/8英寸 3/4英寸岩屑块，优选使用标准钻屑Hole plug(天然钠基膨润土粒)，但也可根据不同的油田区块、层位的特定岩性来取得相应的岩屑块。所述“动态浸泡”是指，把加有岩屑块的钻井液放于金属或玻璃罐中(依实验温度选择何种罐体)，使用滚子加热炉进行实验。滚子加热炉为钻井液评价通用设备，能模拟井下的温度、压力、环空循环流动等状态，用于研究钻井液于加热滚动条件下的性能。通常情况下，钻井液连同岩屑块随金属或玻璃罐轴向转动，处于层流状态(相对于紊流而言)。所述“极限压力值”是指，为了避免设备受损而在挤压岩屑块的过程中对所施加的压力预设的一个安全的极限值，达到此值，设备即停止工作，不再继续增加压力。极限压力值的取值范围一般可在5Mpa 20Mpa之间，具体取值可根据设备以及待测钻井液的实际情 况设定。优选地，岩屑块是在一定的温度压力条件下动态浸泡于待评价的钻井液体系中。温度为体系的准最高稳定温度或钻井液所用地层的地层温度或钻井液所用地层的循环温度(根据具体体系应用条件决定)；压力通常为常压，加热后罐体内的压力即为相应液体的饱和蒸汽压(亦可在IOOpsi惰性气体条件下进行)。优选地，岩屑块在钻井液体系中浸泡约I 16小时，可依据不同钻屑条件确定具体时间。优选地，采用盐水或异丙醇的水溶液清洗岩屑块表面附着的钻井液。其中，盐水可以使用饱和盐水；异丙醇的水溶液中，异丙醇的浓度可为40% 60%。本发明所述的钻井液体系抑制包被性能评价方法中，优选地，可通过平流泵、机械扭矩、或惰性气体气压向岩屑块施加轴向压力。最优选地，采用平流泵施加轴向压力，平流泵可以提供恒流速和恒压两种工作模式，同时在线路中增加数显压力表，从而可通过计算机软件实时采集压力数据。由于在钻井液体系中浸泡过的岩屑块的硬度与体系的抑制包被性能相关。依据钻井液体系抑制包被能力不同所致的岩屑块的水化程度不同，从而导致岩屑块的硬度不同，可对钻井液体系的抑制包被性能进行评价。本发明所述的方法不但可对钻井液体系的抑制包被性能进行评价，同时还反应了岩屑块在模拟的钻井动态施工条件下的硬度大小。此外，本发明所述的方法还具有操作性强的特点，非常适用于钻井施工的实际运用。本发明的另一目的是提供一种用于上述钻井液体系抑制包被性能的评价方法的评价设备。所述评价设备包括支架I、硬度试验罐2、罐盖3、底座环4、底盘5、接收盘8、卡环9以及称量装置10，其中硬度试验罐2通过卡环9固定在竖直放置的支架I上，硬度试验罐2的顶端通过螺纹连接有罐盖3，有多个孔的底盘5位于硬度试验罐2的底部，硬度试验罐2的底部外围通过螺纹连接有底座环4 ;硬度试验罐2中包含有将罐内空间隔离为上下两部分的分隔塞21，分隔塞21在硬度试验罐2中可上下移动；硬度试验罐2悬在接收盘8上方，接收盘8放置在称量装置10上。
进一步地，罐盖3上设置有压力接口 31 ;罐盖3的压力接口 31连接液压管汇6。液压管汇6上设置有压力控制阀7以及压力表61，以便实时采集压力空间的压力变化值。进一步地,底盘5上设有不同孔径的多个孔,所述孔径为Imm 5mm ;底盘5的下表面还设置有可旋转的刮刀30。本发明所述的钻井液体系抑制包被性能评价设备结构精巧，可操作性强，能够很好地应用于上述钻井液体系抑制包被性能评价方法中。



图I为本发明实施例的钻井液体系抑制包被性能评价设备的构造示意图。图2为本发明实施例的钻井液体系抑制包被性能评价方法中，压力与岩屑块质量变化曲线图。
具体实施例方式下面将对本发明作进一步的详细描述，以使本领域技术人员能够实践本发明。应当理解，可以采用其他实施方式，并且可以做出适当的改变而不偏离本发明的精神或范围。为了避免对于使本领域技术人员能够实践本发明来说不必要的细节，说明书可能省略了对于本领域技术人员来说已知的某些信息。因此，以下详细描述不应以限制性的意义来理解，且本发明的范围仅由所附权利要求界定。请参见图1，其为本发明所述的钻井液体系抑制包被性能评价设备。如图I所示，本发明实施例的钻井液体系抑制包被性能评价设备主要包括支架I、硬度试验罐2、罐盖3、底座环4、底盘5、接收盘8、卡环9以及称量装置10等等。硬度试验罐2通过卡环9固定在竖直放置的支架I上，两个卡环9 一上一下从外表面环形抱住硬度试验罐2。硬度试验罐2的顶端通过螺纹连接有罐盖3。底盘5位于硬度试验罐2的底部，其上设置有不同孔径(1_ 5_)的多个孔。硬度试验罐2的底部外围，通过螺纹连接有底座环4。硬度试验罐2中包含有将罐内空间隔离为上下两部分的分隔塞21，该分隔塞21可以在气体或者液体的压力下，在硬度试验罐2中上下移动。硬度试验罐2中分隔塞21上方的空间为压力空间22，分隔塞21下方的空间为钻屑实验空间23。本实施例中，分隔塞21采用液压压力进行移动。罐盖3上设置有压力接口 31，可连接外部压力供给设备比如液压设备等等。本实施例中，罐盖3上的压力接口 31通过液压管汇6连接液压设备。液压管汇6上设置有压力控制阀7。在液压管汇6上还可以设置压力表61，以便实时观察压力空间22中的压力。硬度试验罐2悬在接收盘8上方，接收盘8放置在称量装置10上，实时采集接收盘8接收的钻屑的质量。底盘5的下表面还可设置刮刀30，通过旋转刮刀30可方便地将挤出硬度试验罐2的岩屑刮落在接收盘8中。本实施例中，液压设备为平流泵，其进一步与计算机终端相连，从而可由计算机软件实时采集并绘制出压力空间22中的压力变化曲线图以及接收盘8所接收的钻屑的质量变化图。对钻井液体系的抑制包被性能进行评价时，首先将岩屑块(标准钻屑Hole plug)在50°C温度、IOOpsi压力下动态浸泡于待评价的钻井液体系中并持续2小时，然后取出岩屑块并用饱和盐水清洗去岩屑块表面附着的钻井液。随后将浸泡后的岩屑块置于图I所示评价设备的硬度试验罐2的钻屑实验空间23中，通过平流泵施加轴向压力使分隔塞21向下运动，并迫使岩屑块在受压状态下被挤出硬度试验罐2，即，通过底盘5上设置的孔掉落在接受盘8上。通过压力表61和称量装置10实时采集压力空间22中的压力值以及接收盘8接收的钻屑的质量值。然后通过计算机软件绘制压力变化曲线以及质量变化曲线。按照上述方法，在同等条件下，绘制一组待评价的钻井液体系的对应的压力变化曲线以及质量变化曲线。然后通过比较分析，即可对该组待评价的钻井液体系的抑制包被性能、以及浸泡后的岩屑块的硬度作出评价。所施加的压力值达到设备的极限压力值的时 间越短，说明浸泡后的岩屑块的硬度越大，钻井液体系的抑制包被能力越强。同时，当所施加的压力值达到设备的极限压力值时，挤出硬度试验罐的岩屑块的质量值越低，说明浸泡后的岩屑块的硬度越大，钻井液体系的抑制包被能力越强。应用实例配制钻井液1#、2#、3#,室温老化24小时。分别将25g标准岩屑块浸入350mL钻井液中，放于老化罐中，在50°C温度、IOOpsi压力下持续动态浸泡2小时，然后取出岩屑块并用饱和盐水清洗去岩屑块表面附着的钻井液。随后将浸泡后的岩屑块置于图I所示评价设备的硬度试验罐2的钻屑实验空间23中，通过平流泵施加轴向压力使分隔塞21向下运动，并迫使岩屑块在受压状态下被挤出硬度试验罐2，即，通过底盘5上设置的孔掉落在接受盘8上。设备自动采集实验过程中的压力(P)和质量(M)，结果如下表I所示。表I
权利要求
1.一种钻井液体系抑制包被性能评价方法，包括以下步骤 将岩屑块动态浸泡于待评价的钻井液体系中并持续预定时间，然后取出岩屑块并清洗去表面附着的钻井液； 将岩屑块置于硬度试验罐中，并通过施加压力迫使岩屑块被挤出硬度试验罐，所述硬度试验罐具有一预设的极限压力值； 实时采集施加的压力变化值，并绘制压力变化曲线； 所施加的压力值达到极限压力值的时间越短，说明浸泡后的岩屑块的硬度越大，钻井液体系的抑制包被能力越强。
2.如权利要求I所述的方法，还包括 实时采集挤出硬度试验罐的岩屑块的质量值，并绘制质量变化曲线； 当施加的压力值达到极限压力值时，挤出硬度试验罐的岩屑块的质量值越低，说明浸泡后的岩屑块的硬度越大，钻井液体系的抑制包被能力越强。
3.如权利要求I所述的方法，其中所述岩屑块是在一定的温度压力条件下动态浸泡于待评价的钻井液体系中；所述温度为体系的准最高稳定温度或钻井液所用地层的地层温度或钻井液所用地层的循环温度；所述压力为常压或lOOpsi。
4.如权利要求I所述的方法，其中所述岩屑块动态浸泡于待评价的钻井液体系中并持续I 16小时。
5.如权利要求I所述的方法，其中所述岩屑块表面附着的钻井液采用盐水或异丙醇的水溶液清洗；所述盐水为饱和盐水，所述异丙醇水溶液中，异丙醇的浓度为40% 60%。
6.如权利要求I所述的方法，其中通过平流泵向岩屑块施加压力。
7.一种用于权利要求I所述的钻井液体系抑制包被性能评价方法的评价设备，其包括支架I、硬度试验罐2、罐盖3、底座环4、底盘5、接收盘8、卡环9以及称量装置10，其中 硬度试验罐2通过卡环9固定在竖直放置的支架I上，硬度试验罐2的顶端通过螺纹连接有罐盖3，有多个孔的底盘5位于硬度试验罐2的底部，硬度试验罐2的底部外围通过螺纹连接有底座环4;硬度试验罐2中包含有将罐内空间隔离为上下两部分的分隔塞21，分隔塞21在硬度试验罐2中可上下移动；硬度试验罐2悬在接收盘8上方，接收盘8放置在称量装置10上。
8.如权利要求7所述的设备，其中，罐盖3上设置有压力接口31 ;罐盖3的压力接口 31连接液压管汇6。
9.如权利要求8所述的设备，其中，液压管汇6上设置有压力控制阀7以及压力表61。
10.如权利要求7所述的设备，其中，底盘5上设有不同孔径的多个孔，所述孔径为Imm 5mm ;所述底盘5下表面设置有可旋转的刮刀30。
全文摘要
本发明提供了一种钻井液体系抑制包被性能评价方法。所述方法包括以下步骤将岩屑块动态浸泡于待评价的钻井液体系中并持续预定时间，然后取出岩屑块并清洗去表面附着的钻井液；将岩屑块置于硬度试验罐中，并通过施加压力迫使岩屑块被挤出硬度试验罐，所述硬度试验罐具有一预设的极限压力值；实时采集施加的压力变化值，并绘制压力变化曲线；所施加的压力值达到极限压力值的时间越短，说明浸泡后的岩屑块的硬度越大，钻井液体系的抑制包被能力越强。本发明还提供了一种用于上述评价方法的评价设备。
文档编号G01N33/00GK102707016SQ201210179438
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者冀腾, 吕维军, 夏小春, 孙强, 王健, 耿铁, 胡进军, 项涛 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司