本发明涉及油气钻探领域,特别涉及一种适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计及使用方法。
背景技术:
1、随着我国油气资源勘探开发规模的不断扩大,钻井技术和工艺水平不断提高,越来越多的深水及超深水井快速出现在各个勘探区块;而随着水深的增加,钻遇异常地层压力概率就增加,钻井过程中控压难度明显增加,而在发生溢流时,气体在钻井液中的溶解度会发生变化,很难对不同气体溶解度的钻井液的旋转粘度进行检测,而不能及时改变钻井液旋转粘度;而且,钻井液在深井高温高压井段常常被地层释放出的二氧化碳、硫化氢等气体污染导致钻井液的性质以及流变性发生改变,目前还没有相关设备可以测得在高温高压井段受地层气体污染的钻井液流变性是如何变化的。
2、在溢流工况下,控制井底压力相当重要,然而控制钻井液的旋转粘度对于控制井底压力极其重要,然而溢流工况随着井深不同压力温度条件不同,气体在钻井液中的溶解度不同,导致钻井液旋转粘度无法准确预测,导致无法精准计算井底循环压耗,进而无法准确控制井底压力。
3、中国实用新型专利号为cn200520048234.x,专利名称为《高温高压旋转粘度计》,主要用于煤化工及石油化工领域中油煤浆、重油油浆及沥青等粘性液体高压加热过程中的粘度测量。该粘度计主要有压力系统、加热系统、粘度测量系统及磁力搅拌系统组成。其提供了高温高压下的粘度测量技术,但是,并不能对不同气体溶解度的钻井液的旋转粘度进行检测,也不能及时改变钻井液旋转粘度,不能满足钻遇异常地层的要求。
技术实现思路
1、本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷,提供一种适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计及使用方法,在特定的温度和压力条件以及一定的污染气体溶解度条件下测量钻井液的旋转粘度参数,为实际工况调节钻井液旋转粘度参数提供理论基础。
2、本发明提到的一种适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计,其技术方案是:包括计算机、旋转粘度测量釜,其中,还包括制冷机、底部传动磁铁、链条、驱动马达、控制转速继电器、加温器、排水法集气装置、废液储罐、气体排出口、上部高压不锈钢保护外壳、磁力感应器、感应磁铁、归位弹簧、悬垂连接杆、中部高压保护外壳、高压管线连接口、高压气体进气口、悬垂、下部高压保护壳、转子、水浴降温管线、加温管线、高压气泵、液压油储罐、空压机,所述旋转粘度测量釜的外部安设有下部高压保护壳,所述旋转粘度测量釜的上侧设有中部高压保护外壳,中部高压保护外壳的上部设有上部高压不锈钢保护外壳,在旋转粘度测量釜的内腔安装转子,转子的上方安装悬垂,悬垂的上端通过悬垂连接杆连接归位弹簧和感应磁铁,感应磁铁的上方设有磁力感应器;在所述的旋转粘度测量釜的底部设有底部传动磁铁,底部传动磁铁的下端通过链条连接驱动马达,驱动马达通过控制线连接控制转速继电器和计算机;所述的旋转粘度测量釜的外侧设有水浴降温管线和加温管线,水浴降温管线通过管线连接制冷机,计算机通过控制线连接制冷机;所述加温管线通过管线连接加温器,计算机通过控制线连接加温器;所述旋转粘度测量釜的上侧安装高压管线连接口和气体排出口,高压管线连接口通过高压气体管线连接高压气泵和液压油储罐,所述高压气泵的一端通过高压管线连接空压机,气体排出口通过管线连接废液储罐和排水法集气装置,旋转粘度测量釜内的高压管线上设有多个高压气体进气口。
3、优选的,上述的转子安装在转子定位器上,且转子定位器的顶部安装转子定位轴承,所述转子的下部安装转子下部感应磁铁,转子磁铁轴承安装在转子下方的转子定位器上。
4、优选的,上述的悬垂连接杆的上端通过连接扣连接磁铁连接杆,磁铁连接杆的外部安装感应磁铁。
5、优选的,上述的感应磁铁的下部安装归位弹簧,归位弹簧的上方设有弹簧顶部固定扣,归位弹簧的下方设有弹簧底部固定扣,磁铁连接杆的上部安装磁铁连接杆固定片。
6、优选的,上述的旋转粘度测量釜的下侧安装温度传感器和压力传感器。
7、优选的,上述的转子的外壁表面设有螺纹,在转子的底部设有小孔。
8、优选的,上述的气体排出口与废液储罐之间的管线上安装泄压阀。
9、优选的,上述的空压机上安装空压机压力表,在高压气泵上安装气泵压力表。
10、本发明提到的适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计的使用方法,包括如下过程:
11、首先,空压机开始工作,将气体向高压气泵内泵入,空压机压力表显示达到0.8mpa时表示压力达标,气泵压力表达到100psi时表示压力达标,便持续向旋转粘度测量釜内腔输送高压气体,在旋转粘度测量釜内腔上方设有环形的高压管线,围绕悬垂连接杆,将高压气体输送进旋转粘度测量釜,从而将目标量的气体融进液体样品内部,并将旋转粘度测量釜内压力提高,在达到设定要求后,高压气泵启动液压油加压,将液压油从液压油储罐输送至旋转粘度测量釜内进行继续加压,压力传感器精准检测旋转粘度测量釜内的压力并在计算机显示;
12、第二步,当要做高温试验时,计算机控制加温器使加温管线加热旋转粘度测量釜的罐体,在需做低温试验时,通过计算机控制制冷机启动,制冷机内采用乙二醇作为循环降温材料,在水浴降温管线中循环流动对罐体进行降温,压力和温度达到设定要求后,计算机控制驱动马达启动,再通过链条带动底部传动磁铁转动,底部传动磁铁转动带动转子转动并剪切钻井液样品,钻井液样品高速旋转带动悬垂转动并带动上部的感应磁铁一起转动,磁力感应器通过感应磁铁感应悬垂受到的阻力大小,进而测量钻井液样品的旋转粘度,归位弹簧在实验结束后依靠塑性弹力将悬垂连接杆归位,磁力感应器测量结果通过计算机计算出样品溶解一定气量之后在选定温压范围内的钻井液样品的流变参数,为在高温高压井内融入气体的钻井液旋转粘度研究提供理论基础;
13、第三步,实验结束后打开泄压阀,少量液体随气体带入废液储罐,废液储罐下部有电动活塞排出气体,气体再进入排水法集气装置进行环保处理防止污染大气。
14、与现有技术相比,本发明的有益效果具体如下:
15、本发明能够测试不同温压条件下和一定的污染气体溶解度下的液体旋转粘度;通过空压机和高压气泵,向旋转粘度测量釜内腔输送高压污染气体,将高压污染气体输送进旋转粘度测量釜,从而将目标量的污染气体融进液体样品内部,并将旋转粘度测量釜内压力提高,在达到设定要求后,高压气泵启动液压油加压,将液压油从液压油储罐输送至旋转粘度测量釜内进行继续加压,然后再通过控制温度来进行后续的旋转粘度测量;
16、本发明通过底部传动磁铁带动转子旋转,转子驱使旋转粘度测量釜内具有一定粘度的钻井液样品随着旋转,旋转的钻井液样品通过粘度的作用,带动悬垂转动,并带动与悬垂相连的顶部的感应磁铁一起旋转;同时,安装的归位弹簧受到一个来自顶部的感应磁铁旋转带动的反向扭力,当弹簧受到的两个方向的力达到平衡时,感应磁铁就转过一定角度,钻井液样品的粘度越大,粘滞带动感应磁铁转过的角度也越大;转过的角度即为dial读数,从而获得钻井液样品的剪切应力,剪切应力≈0.5*dial读数。
17、本发明实现了在特定的温度和压力条件以及一定的污染气体溶解度条件下测量钻井液的旋转粘度参数,为实际工况调节钻井液旋转粘度参数提供理论基础。
1.一种适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计,包括计算机(6)、旋转粘度测量釜(39),其特征是:还包括制冷机(1)、底部传动磁铁(2)、链条(3)、驱动马达(4)、控制转速继电器(5)、加温器(7)、排水法集气装置(8)、废液储罐(9)、气体排出口(11)、上部高压不锈钢保护外壳(12)、磁力感应器(13)、感应磁铁(15)、归位弹簧(16)、悬垂连接杆(19)、中部高压保护外壳(20)、高压管线连接口(21)、高压气体进气口(22)、悬垂(23)、下部高压保护壳(24)、转子(25)、水浴降温管线(26)、加温管线(33)、高压气泵(35)、液压油储罐(36)、空压机(37),所述旋转粘度测量釜(39)的外部安设有下部高压保护壳(24),所述旋转粘度测量釜(39)的上侧设有中部高压保护外壳(20),中部高压保护外壳(20)的上部设有上部高压不锈钢保护外壳(12),在旋转粘度测量釜(39)的内腔安装转子(25),转子(25)的上方安装悬垂(23),悬垂(23)的上端通过悬垂连接杆(19)连接归位弹簧(16)和感应磁铁(15),感应磁铁(15)的上方设有磁力感应器(13);在所述的旋转粘度测量釜(39)的底部设有底部传动磁铁(2),底部传动磁铁(2)的下端通过链条(3)连接驱动马达(4),驱动马达(4)通过控制线连接控制转速继电器(5)和计算机(6);所述的旋转粘度测量釜(39)的外侧设有水浴降温管线(26)和加温管线(33),水浴降温管线(26)通过管线连接制冷机(1),计算机(6)通过控制线连接制冷机(1);所述加温管线(33)通过管线连接加温器(7),计算机(6)通过控制线连接加温器(7);所述旋转粘度测量釜(39)的上侧安装高压管线连接口(21)和气体排出口(11),高压管线连接口(21)通过高压气体管线连接高压气泵(35)和液压油储罐(36),所述高压气泵(35)的一端通过高压管线连接空压机(37),气体排出口(11)通过管线连接废液储罐(9)和排水法集气装置(8),旋转粘度测量釜(39)内的高压管线上设有多个高压气体进气口(22)。
2.根据权利要求1所述的适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计,其特征是:所述的转子(25)安装在转子定位器(31)上,且转子定位器(31)的顶部安装转子定位轴承(32),所述转子(25)的下部安装转子下部感应磁铁(30),转子磁铁轴承(29)安装在转子(25)下方的转子定位器(31)上。
3.根据权利要求2所述的适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计,其特征是:所述的悬垂连接杆(19)的上端通过连接扣(18)连接磁铁连接杆(14),磁铁连接杆(14)的外部安装感应磁铁(15)。
4.根据权利要求3所述的适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计,其特征是:所述的感应磁铁(15)的下部安装归位弹簧(16),归位弹簧(16)的上方设有弹簧顶部固定扣(2.2),归位弹簧(16)的下方设有弹簧底部固定扣(2.3),磁铁连接杆(14)的上部安装磁铁连接杆固定片(2.1)。
5.根据权利要求4所述的适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计,其特征是:所述的旋转粘度测量釜(39)的下侧安装温度传感器(27)和压力传感器(28)。
6.根据权利要求5所述的适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计,其特征是:所述的转子(25)的外壁表面设有螺纹,在转子(25)的底部设有小孔。
7.根据权利要求6所述的适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计,其特征是:所述的气体排出口(11)与废液储罐(9)之间的管线上安装泄压阀(10)。
8.根据权利要求7所述的适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计,其特征是:所述的空压机(37)上安装空压机压力表(38),在高压气泵(35)上安装气泵压力表(34)。
9.根据权利要求8所述的适用于不同气体溶解度及温压的旋转粘度计的使用方法,其特征是:包括如下过程: