CN101532962A - 一种钻井液低温性能测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

提供一种钻井液低温性能测试方法及装置。本装置由高低温实验箱(1)、数据采集系统(9)、置于该实验箱箱体顶部的摄像头(6)、位于该实验箱中的测试仪器及两个温度传感器组成；两个温度传感器分别用于检测实验箱内工作室的温度及操作平台(11)上的钻井液的温度；数据采集系统置于该实验箱箱体的外部，其通过信号线分别与摄像头和温度传感器连接。本方法是用高低温实验箱在其工作室内制造出恒定或变化的低温低湿环境，再将钻井液和测试仪器放入操作平台上降温到设定值时后通过温度传感器和电脑检测钻井液的各项性能，同时通过摄像头观察测试仪器的刻度，并且将图像传递到电脑屏幕上显示。本发明具有控温方便、测试准确和成本低等优点。

Description

一种钻井液低温性能测试方法及装置

技术领域

本发明涉及钻探(井)工程领域，特别是一种钻井液低温性能测试方法及装置。

背景技术

随着能源短缺加剧，海洋油气勘探越来越多地移往深水区域。由于海水深，钻井中钻井液循环换热会导致泥浆温度很低。此外，被认为是未来理想替代能源的天然气水合物勘探开发已成为当代地球科学和能源工业研究的热点，然而大多数水合物都储藏在水深超过500米的深海区域，为保证钻井安全，也需要低温钻井液。还有，在我国北部、西部等冻土地区的地质勘探及工程钻探施工中，也涉及到钻井液在低温环境下的使用问题。

温度对钻井液的密度、失水造壁性、流变性、PH值等性能参数有显著影响，钻井液性能的好坏直接影响到钻井规程设计、井壁稳定评价、井内安全预防以及后续开采工艺等环节。因此，温度是深水油气、天然气水合物、陆上冻土钻探钻井液体系设计时必须要考虑的因素的，掌握低温条件下钻井液的性能变化规律是深水油气、天然气水合物、陆上冻土钻探成功的关键。

除了深部油气勘探时需要测试钻井液在高温高压条件下的性能外，常规钻井液性能测试都是在室温条件下进行的，因此，设计的钻井液体系很难满足深水油气、天然气水合物和冻土钻探的需要，必须创造相应温度环境并在此环境下进行性能测试才能设计出符合低温使用的钻井液体系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种钻井液低温性能测试方法及装置，以满足在低温环境下用常规仪器测试不同钻井液体系的密度、流变参数、滤失量、PH值等性能参数。

本发明按下述技术方案解决其技术问题：

本发明提供一种钻井液低温性能测试装置，该装置由一个带有除湿和可编程功能的高低温实验箱、用于采集与显示实验温度和视频图像的数据采集系统、获取测试仪器上刻度标示图像的摄像头和位于该实验箱中的两个温度传感器组成。其中：测试仪器位于该实验箱工作室内的操作平台上；两个温度传感器分别用于检测该实验箱箱体内工作室的温度及操作平台上钻井液的温度；摄像头置于该实验箱箱体的顶部；数据采集系统置于该实验箱箱体的外部，其通过信号线分别与摄像头和温度传感器连接。

本发明提供一种利用上述钻井液低温性能测试装置实现钻井液低温性能测试的方法，具体是：用高低温实验箱在其工作室内制造出恒定或变化的低温低湿环境，然后将钻井液和测试仪器放入操作平台上降温，待测试仪器温度和钻井液温度达到统一后再进行测试实验；通过温度传感器和电脑检测钻井液的温度，待其温度降到设定值时启动钻井液测试仪器进行各项性能测试，测试过程中一直维持设定的低温状态，同时通过摄像头观察测试仪器的刻度，并且将图像传递到电脑屏幕上显示。

本发明具有以下的主要的有益效果：

(1)可实现低温条件下钻井液性能测试，模拟实际钻井条件。

(2)可用于天然气水合物、海洋油气钻井和冻土地区钻探用低温钻井液体系设计研究，对于我国水合物勘探开发、海洋深水钻井及西部资源勘探等都具有重要的经济和社会意义。

(3)也可用于一般材料或器件在低温条件下的性能测试。

(4)通过改造现有的可编程高低温实验箱，就可以模拟真实温度环境测试钻井液在低温下的性能变化，实现低温下的钻井液性能测试操作，因而不需要造价昂贵的低温室，成本较低。此外，其主要特点一是实验箱尺寸大，操作空间宽余；二是通过可编程控制器设定恒定或变化的温度；其三除了大尺寸玻璃观察窗进行读数外，采用视频观察的方式可以更准确获取某个温度点下的钻井液流变参数和滤失量大小，即利用数字摄像头通过电脑进行观察读数，因而具有控温精度高，可靠性好，操作方便等优点。

附图说明

图1是钻井液低温性能测试装置的结构示意图。

图中：1.高低温实验箱；2.触摸操作屏；3.钻井液；4.温度传感器；5.钻井液性能测试设备；6.摄像头；7.开孔；8.透明观察窗；9.数据采集系统；10.冷光源；11.操作台；12.工作室；13.顶盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供的装置是一种钻井液低温性能测试装置，该装置的结构如图1所示：由一个带有除湿和可编程功能的高低温实验箱1、用于采集与显示实验温度和视频图像的数据采集系统9、获取测试仪器上刻度标示图像的摄像头6和位于该实验箱中的两个温度传感器4组成。其中：测试仪器位于该实验箱的工作室12内的操作平台11上；两个温度传感器可采用Pt100型号的温度传感器，其中一个放在操作平台上用于检测工作室12的温度，另一个放在操作平台上的钻井液3中用于检测钻井液3的温度；摄像头6置于该实验箱箱体的顶部，该摄像头可以采用Pixera公司或其它公司生产的120万像素摄像头；数据采集系统9置于该实验箱箱体的外部，其通过信号线分别与摄像头和温度传感器连接。

所述高低温实验箱1，其由型号为HLT705P的实验箱改造而来。改造包括：实验箱工作室的顶部由固定变成可方便开启的顶盖13，顶盖中心位置开孔7，孔的直径8cm，配有绝热孔盖；工作室正面开4个孔，4个孔在一条直线上，其中1个孔的孔径为15cm，孔上安装有可沿孔轴线伸缩的前端用加热防雾透明玻璃密封的观察筒，该筒伸入到试验箱内部；另外3个孔为测试孔，规格一样，孔径5cm；其带有除湿功能是通过该实验箱内的除湿机实现的；其带有可编程功能是通过PLC中文液晶触摸屏可编程智能温湿度控制器实现的。

所述数据采集系统9由信号变送器、数据采集卡、视频采集卡和电脑组成，其中：两个温度传感器的信号线连接信号变送器，信号变送器连接数据采集卡，摄像头通过数据线连接视频采集卡，数据采集卡和视频采集卡安装在电脑主板上，电脑上装有运行的数据采集软件。

所述工作室12设有测试孔和透明观察窗8，工作室上面设有顶盖13，该顶盖设计成活动状态，在顶盖的中央位置开有直径为10cm的开孔7，并配有相应的孔盖，孔盖里垫有隔热材料。该工作室的尺寸为：深650mm×宽800mm×高950mm。

操作平台11的中心与顶盖13的中心在同一垂线上。

触摸操作屏2是高低温实验箱1的可编程控制器操作界面，用于该实验箱的升降温和除湿控制操作；该触摸操作屏装在高低温实验箱的左上部。摄像头6通过开孔7伸入实验箱内。冷光源10用于摄像头照明，其装在顶盖13上。

所述测试仪器是钻井液性能测试设备5，其包括用于钻井液均匀的搅拌器、测试相对密度的比重计、测试流变性的电动旋转粘度计、测试失水造壁性的泥浆滤失量测定仪，根据测试需要，分别放入相应的测试仪器。透明观察窗为隔热透明玻璃，用于摄像头对准和测试过程观察。摄像头的照明采用冷光源，其基本不产生热辐射。钻井液3、温度传感器4、钻井液性能测试设备5放在工作室12内的操作台11上，温度传感器的信号线、测试仪器的电源线穿过除湿高低温实验箱1上的测试孔接入到实验箱外面的变送器和相关电源插座上。

本发明提供一种利用上述钻井液低温性能测试装置对钻井液低温性能进行测试的方法，具体是：用高低温实验箱1在其工作室内制造出恒定或变化的低温低湿环境，然后将钻井液和测试仪器放入操作平台11上降温，待测试仪器温度和钻井液温度达到统一后再进行测试实验；通过温度传感器和电脑检测钻井液，待温度降到设定值时启动钻井液测试仪器进行各项性能测试，测试过程中一直维持设定的低温状态，同时通过摄像头6观察测试仪器的刻度，并且将图像传递到电脑屏幕上显示。

本发明采用以下方法测试钻井液的温度：首先打开顶盖13，将搅拌器放入高低温实验箱的操作平台11上，然后把需要测试的钻井液(一般配600毫升左右)盛入量杯，该量杯放在搅拌器的搅拌头下；将两个温度传感器分别放在量杯里和操作台上；盖上顶盖，通过触摸操作屏2开启高低温实验箱1，打开其除湿功能并设定降温温度值；然后启动数据采集系统9，通过电脑记录量杯里的钻井液温度值，待钻井液温度降低到实验温度时，开盖取出放在钻井液中的温度传感器，随后盖上顶盖，接通搅拌器电源，经搅拌15～30分钟后得到降温后的钻井液，该钻井液温度一般为-20～15℃。

本发明采用以下方法测试上述降温后钻井液的PH值：高低温实验箱1保持降温工作状态，打开顶盖13，将PH试纸伸入降温后的钻井液中，数秒后取出，观察试纸颜色并与标准颜色对比，从而得出相应的PH值。

本发明采用以下方法测试上述降温后钻井液的比重：高低温实验箱1保持降温工作状态，将搅拌器取出，放入比重计；将降温后的量杯中钻井液倒出一部分到比重计的泥浆杯中，操作员站在箱外，通过操作台11进行比重测量。量杯中剩余钻井液留作流变性测试。

本发明采用以下方法测试上述降温后钻井液的流变性测试，具体是：高低温实验箱1保持降温工作状态，取出比重计，放入电动六速旋转粘度计；调整粘度计在操作台11上的位置，使粘度计的刻度盘与顶盖13的开孔7在一条线上；将量杯中剩余钻井液倒出350ml到另一个量杯中，放在旋转粘度计转筒下面，选择一个档位后，盖上顶盖，旋开开孔7的盖子，放入摄像头6，盖上顶盖和开孔，通过透明观察窗8使摄像头刚好抵近旋转粘度计的刻度盘；等待3分钟后，接通旋状粘度计和冷光源10的电源，按常规钻井液流变性测试方法(即用旋转粘度计在室内常温下进行相关参数测试和计算方法)进行测试，通过电脑屏幕上显示的刻度盘图像记录相应转速下的读数值。随后快速打开顶盖13换不同档位和转速，再重复上述同样操作。表1为用本发明方法测试的低温下钻井液流变性参数。

通过表1可以发现钻井液在低温下的性能与常温下的性能有较大区别，因此必须模拟相应的低温环境才能得到准确的钻井液性能参数。

本发明采用以下方法测试上述降温后钻井液的失水造壁性测试，具体是：高低温实验箱1保持降温工作状态，先取出摄像头6，然后打开顶盖取出旋转粘度计，放入失水量测定仪和滤液收集量筒，失水量测定仪的工作气源放在高低温实验箱1的外面，而气源管路通过实验箱上的测试孔与放入实验箱内的失水量测定仪连接；按常规操作方法(即用失水量测定仪在室内常温下进行的测试方法)将量杯中的部分钻井液倒入测定仪的泥浆杯内并固定好，调整失水量测定仪在操作台11上的位置，使其上压力表与顶盖13的开孔7在一条线上；盖上顶盖13，放入摄像头6，通过透明观察窗8使摄像头6刚好抵近失水测定仪上的压力表；等待3分钟后，接通实验箱外的加压气源和冷光源10的电源，通过电脑屏幕上显示的压力表图像观察泥浆杯内相应的压力值，待达到实验压力时，停止加压，维持6～8分钟后，打开顶盖13，操作失水量测定仪上的减压阀卸压，取出滤液收集量筒，记录相应的滤液体积值，即得到降温后钻井液失水造壁性的测试值。

附表

表1 聚合醇钻井液在不同温度下的流变性

Claims (10)

1.一种钻井液低温性能测试装置，其特征是由一个带有除湿和可编程功能的高低温实验箱(1)、用于采集与显示实验温度和视频图像的数据采集系统(9)、获取测试仪器上刻度标示图像的摄像头(6)、位于该实验箱中的测试仪器及两个温度传感器组成，其中：测试仪器位于该实验箱的工作室内的操作平台(11)上；两个温度传感器分别用于检测该实验箱箱体内工作室的温度及操作平台上钻井液的温度；摄像头置于该实验箱箱体的顶部；数据采集系统置于该实验箱箱体的外部，其通过信号线分别与摄像头和温度传感器连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是数据采集系统(9)由信号变送器、数据采集卡、视频采集卡和电脑组成，其中：两个温度传感器的信号线连接信号变送器，信号变送器连接数据采集卡，摄像头通过数据线连接视频采集卡，数据采集卡和视频采集卡安装在电脑主板上，电脑上装有运行的数据采集软件。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述高低温实验箱(1)的结构包括：该实验箱工作室的顶部设计为可方便开启的顶盖，顶盖中心位置开孔且配有绝热孔盖；工作室正面开4个测试孔，4个测试孔在一条直线上，其中1个测试孔的孔径为15cm，该孔上装有可沿孔轴线伸缩的前端用加热防雾透明玻璃密封的观察筒；另外3个测试孔规格一样，孔径5cm。

4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征是操作平台(11)的中心与顶盖(13)的中心在一条线上。

5.一种利用权利要求1至4中任一权利要求所述装置实现钻井液低温性能测试的方法，其特征是用高低温实验箱(1)在其工作室内制造出恒定或变化的低温低湿环境，然后将钻井液和测试仪器放入操作平台(11)上降温，待测试仪器温度和钻井液温度达到统一后再进行测试实验；通过温度传感器和电脑检测钻井液，待温度降到设定值时启动钻井液测试仪器进行各项性能测试，测试过程中一直维持设定的低温状态，同时通过摄像头观察测试仪器的刻度，并且将图像传递到电脑屏幕上显示。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是采用以下方法测试钻井液的温度：首先打开顶盖(13)，将搅拌器放入高低温实验箱的操作平台(11)上，然后把需要测试的钻井液盛入量杯，该量杯放在搅拌器的搅拌头下；将两个温度传感器分别放在量杯里和操作台上；盖上顶盖，通过触摸屏开启高低温实验箱(1)，打开其除湿功能并设定降温温度值；然后启动数据采集系统(9)，通过电脑记录量杯里的钻井液温度值，待钻井液温度降低到实验温度时，开盖取出放在钻井液中的温度传感器，随后盖上顶盖，接通搅拌器电源，经搅拌15～30分钟后得到降温后的钻井液，该钻井液温度一般为—20～15℃。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是采用以下方法测试降温后钻井液的PH值：高低温实验箱(1)保持降温工作状态，打开顶盖(13)，将PH试纸伸入降温后的钻井液中，数秒后取出，观察试纸颜色并与标准颜色对比，从而得出相应的PH值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征是采用以下方法测试降温后钻井液的比重：高低温实验箱(1)保持降温工作状态，将搅拌器取出，放入比重计；将降温后的钻井液倒出一部分到比重计的泥浆杯中，操作员站在箱外，通过操作台(11)进行比重测量。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征是采用以下方法测试降温后钻井液的流变性测试，具体是：高低温实验箱(1)保持降温工作状态，取出比重计，放入电动调速旋转粘度计；调整粘度计在操作台(11)上的位置，使粘度计的刻度盘与顶盖(13)的开孔(7)在一条线上；将量杯中剩余的钻井液放在旋转粘度计转筒下面，选择一个档位后，盖上顶盖，旋开开孔(7)的盖子，放入摄像头(6)，盖上顶盖和开孔，通过透明观察窗(8)使摄像头刚好抵近旋转粘度计的刻度盘；等待3分钟后，接通旋状粘度计和冷光源(10)的电源，按常规钻井液流变性测试方法进行测试，通过电脑屏幕上显示的刻度盘图像记录相应转速下的读数值，随后快速打开顶盖(13)换不同档位和转速，再重复上述同样操作。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征是采用以下方法测试降温后钻井液的失水造壁性测试，具体是：高低温实验箱(1)保持降温工作状态，先取出摄像头(6)，然后打开顶盖取出旋转粘度计，放入失水量测定仪和滤液收集量筒，失水量测定仪的工作气源放在高低温实验箱(1)的外面，而工作气源管路通过该实验箱上的测试孔与放入该实验箱内的失水量测定仪连接；按工艺要求将量杯中的钻井液倒入测定仪的泥浆杯内并固定好，调整失水量测定仪在操作台(11)上的位置，使失水量测定仪上压力表与顶盖(13)的开孔(7)在一条线上；盖上顶盖(13)，放入摄像头(6)，通过观察窗(8)使摄像头(6)刚好抵近失水测定仪上的压力表；等待3分钟后，接通实验箱外的加压气源和冷光源(10)的电源，通过电脑屏幕上显示的压力表图像观察泥浆杯内相应的压力值，待达到实验压力时，停止加压，维持6～8分钟后，打开顶盖(13)，操作失水量测定仪上的减压阀卸压，取出滤液收集量筒，记录相应的滤液体积值。

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