钻井液性能测试数据处理（钻井液常规性能测试实验报告）

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本文目录一览：

• 1、钻井液主要参数和测定
• 2、泥浆参数检测与监测
• 3、钻井液油气显示
• 4、高温钻井液检测仪器国内外发展现状

钻井液主要参数和测定

钻井液流变参数(塑性粘度,动切力,静切力,n,k)的测量与计算

钻井液的流变参数与钻井工程有着密切的关系，是钻井液重要性能之一。因此，在钻井过程中必须对其流变性进行测量和调整，以满足钻井的需要。钻井液的流变参数主要包括塑性粘度、漏斗粘度、表观粘度、动切力和静切力、流性指数、稠度系数等
二、流变参数的测量与计算 1．直读公式推导 1）表观粘度的测量与计算
根据表观粘度的定义，某一剪切速率下的表现粘度可用下式表示：
μa＝τ/γ ＝(0.511θN /1.703N)×(1000)＝(300θN)/N (4－3)
式中 N－表示转速，单位为r／min； θN－表示转速为N时的刻度盘读数； μa－表现粘度，mPa·s。
例如，在300r/min时测得刻度盘读数为36，则该剪切速率下的表观粘度等与36×1.0＝36（mPa·s）；若在6r/min时测得刻度盘读数为4.5，则该剪切速率下的表现粘度等于4.5×50.0＝225（mPa·s）
在评价钻井液的性能时，为了便于比较，如果没有特别注明某一剪切速率，一般是指测定600 r/min时的表观粘度，即
μe＝(1/2)θ600 (4－4)

泥浆参数检测与监测

8.2.1 泥浆性能检测

超深井钻探由于井深、温度高、压力大，对钻井液要求严格。特别是在深井段，随着深度的增加，泥浆温度、压力也逐渐升高，对高温高压条件下钻井液性能的实时检测尤为重要，现场泥浆工程师将根据检测结果实时对钻井液进行调整和完善。因此，除了API标准要求的常规检测外，需要增加高温检测项目，因此需要在现场建立泥浆实验室，并配备高温高压方面的检测仪器。

需要配备的高温钻井液检测仪器：高温滚子炉、高温高压滤失仪（动态及静态）、高温流变仪等。

8.2.2 钻井液泥浆监测系统

钻井泥浆监测就是在钻井过程中，对泥浆性能参数进行实时监测，存储和间接计算，并利用这些基础数据实时分析泥浆性能，指导钻井施工。经过长时间的数据积累，可以为钻井方案设计和施工提供参考依据。

在钻井施工过程中，钻井泥浆监测系统可对泥浆各项性能参数进行实时监测、处理和动态显示，并结合其他钻井参数，建立起各个参数间的数学模型。

（1）现场泥浆检测的主要参数

钻井液的黏度、密度、温度、流量及泥浆罐液面高度等。

（2）钻井泥浆监测系统组成

钻井泥浆监测系统由现场测量仪表、通信线和计算机组成，如图8.1 所示。现场测量仪表包括电磁流量计、液位监测计、泥浆密度监测计和泥浆黏度监测计等。下面主要就电磁流量计和密度计这两项最主要的监测设备作介绍。

图8.1 钻井泥浆监测系统组成

1）电磁流量计。为了测得泥浆管道中的泥浆流量，采用电磁式流量传感器测量流量。流量计的测量管是一内衬绝缘材料的非导磁合金短管。2只电极沿管径方向固定在测量管上，电极头与衬里内表面基本齐平。励磁线圈以双向方波励磁时，将在与测量管轴线垂直的方向上产生一工作磁场。此时，如果具有一定电导率的流体流经测量管，将切割磁力线，感应出电动势E。电动势E正比于工作磁场的磁通量密度B、测量管内径d与平均流速v的乘积，即E=kBdv（k为比例常数）。电动势E（流量信号）由电极检出，经过信号调理、AD（模拟数字转换器）转换，变成数字信号传送给单片机，最后通过通信总线传送给工业控制计算机。电磁流量计结构如图8.2 所示。

2）密度计。密度计采用放射源产生的伽马射线穿过管道中的被测介质，其中一部分射线被介质散射和吸收，剩余部分被安装在管道另一边的探测器所接收。介质吸收了多少射线，与被测介质密度成指数关系；通过相应的计算，就可得到管道中泥浆的密度。密度计采用单片机控制，通过通信总线与工业控制计算机相连。用户可在上位机中设定参数；测量到的实时数据，也可通过通信总线传送给上位机进行显示、存储。密度计结构如图8.3所示。

（3）泥浆监测数据处理

根据现场测得的泥浆数据，采用综合加权评分法进行编程，对泥浆多项性能指标（流动指数、塑性黏度、悬浮能力及钻头水眼黏度等）进行分析，以判断泥浆质量的好坏。根据经验和钻井技术要求，给各项指标确定权值。流动指数对流型和洗井质量影响很大，是指标中最重要的一个；塑性黏度不但决定了泥浆携带岩屑的能力，而且影响钻进速度；泥浆凝胶强度和结构影响泥浆悬浮能力；失水量是钻井液性能的重要参数，也是衡量泥浆护壁效果的指标之一；钻头水眼黏度既影响泥浆的抗剪能力和稀释能力，又影响钻进速度。根据相应的权值进行计算，并考虑泥浆配比中的各种成分，可得到最优泥浆配方。另外，在影响钻进速度的许多变量中，泥浆的性能参数是比较独立的，只受井筒地质条件影响；但泥浆类型及其性能变化却对钻压、转速和水力因素的配合有很大影响。所以对采集到的实时泥浆数据要进行相应的处理。最优泥浆密度由下式求得：

图8.2 电磁流量计结构

图8.3 密度计结构

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（中册）

式中：ρm为最优泥浆密度，kg/L；Pk为地层孔隙压力，MPa；H为井深，m；Δρ为附加泥浆密度，常取0.03～0.05kg/L。

钻头钻速和泥浆的运动黏度有一定的关系。可根据泥浆黏度、密度和泥浆流量反算出钻头的机械钻速与实际钻速（通过测量得到）的相对比。

8.2.3 仪器控制及分析软件初步编制

基于计算机平台，利用VB计算机语言和相应的数据库，编写高温高压泥浆分析软件，以高效科学地管理室内和现场泥浆数据、便捷直观地显示泥浆各项性能随温度压力的变化图表、科学精确地预测较高温高压时的泥浆性能。

Visual Basic是Microsoft公司推出的可视化的开发环境，是Windows下最优秀的程序开发工具之一。利用Visual Basic可以开发出具有良好交互功能、良好的兼容性和扩展性的应用程序。

VB的特点：①可视化编程；②事件驱动机制；③面向对象的程序设计语言；④支持多种数据库访问机制。我们可以想到的程序90%都可以用VB来开发和实现。从设计新兴的用户界面到利用其他应用程序的对象，从处理文字图像到使用数据库，从开发小工具到大型企业应用系统，甚至通过Internet的编辑全球分布式应用程序，都可以利用VB来实现。因此，我们选用VB来进行该软件的设计。

软件主要功能包括：室内数据导入、现场数据导入；泥浆各项性能随温度压力变化曲线，包括综合图和分组图；井下具体位置的泥浆性能查询，具体包括温度、pH值、润滑性、失水量、黏度、胶体率、密度，地层膨胀量，乳化效果；较高温高压条件下的泥浆性能预测；泥浆性能数据修改、导出、打印。

软件结构图：见图8.4。

图8.4 软件功能结构图

软件数据流见图8.5。

软件系统包括的数据流有技术员对数据的录入；室内实验员对数据的录入；软件将泥浆数据以图表的形式可视化显示；管理人员对泥浆数据的查询；管理人员对泥浆数据的修改；软件对较高温高压条件下的泥浆性能进行预测；泥浆性能数据打印输出。数据流图如下：

图8.5 软件数据流程图

可视化效果见图8.6至图8.11。

图8.6 泥浆分析软件模拟界面图

图8.7 温度随井深变化曲线

图8.8 pH值随温度变化曲线

图8.9 黏度随温度变化曲线

图8.10 失水量随温度变化曲线

图8.11 泥浆摩阻系数随温度变化曲线

钻井液油气显示

由于钻井液在钻遇油、气、水层和特殊岩性地层时钻井液性能测试数据处理，其性能将发生各种不同钻井液性能测试数据处理的变化。所以根据钻井液性能的变化及槽面显示，来推断井下是否钻遇油、气、水层和特殊岩性的录井方法称为钻井液录井。

1. 钻井液显示分类

钻井液显示可分为以下5类：

◎油花气泡：油花或气泡占槽面30％以下。

◎油气浸：油花或气泡占槽面30％以上，钻井液性能变化明显。

◎井涌：钻井液涌出至转盘面以上，不超过1m。

◎井喷：钻井液喷出转盘面1m以上。喷高超过二层平台称强烈井喷。

◎井漏：钻井液量明显减少。

2. 资料录取内容

（1） 钻井液性能资料

包括钻井液类型、测点井深、密度、粘度、失水量、泥饼、切力、pH值、含砂量、氯离子含量、钻井液电阻率等。

（2） 钻井液荧光沥青含量资料

包括取样井深及荧光沥青百分含量等。

（3） 钻井液处理资料

包括收集处理药品名称、浓度、数量，处理时井深、时间，处理前后性能变化情况。

（4） 钻井液显示基础资料

正常钻进中收集显示出现时间、井深、层位及类型 （包括气测异常、钻井液油气浸、淡水浸、盐水浸、井涌、井喷、井漏等），显示延续时间、高峰时间、消失时间等。

下钻要注意收集钻达井深、钻头位置、开泵时间、出现显示时间、显示延续时间、显示高峰时间、显示类型、显示消失时间、钻井液迟到时间。

（5） 观察试验资料

1） 钻井液出口情况观察。要经常注意观察收集钻井液从井口流出量的变化及涌势，并注意声响。若发现异常现象，必须连续观察记录变化时间、井深、层位及变化情况等。还应通知工程上做好防喷准备工作。

2） 钻井液槽面观察。一是要注意油、气、水浸钻井液性能测试数据处理；二是要注意钻井液中的油气芳香味和硫化氢味。并连续观察记录，显示不明显时要作荧光分析。

槽面显示资料包括：油花颜色、占槽面百分比、分布状态 （片状、条带状或星点状），气泡大小 （用mm表示）、分布状况 （包括密集或少量） 等，油气味 （分为浓、较浓、淡、无四级），气样点燃试验 （包括燃烧程度、火焰颜色、高度等），槽面上涨高度，水浸时钻井液流动状态，实测外溢量 （包括测量起止时间、液量、折算出每小时外溢量）。

3） 泥浆池液面观察。在测量钻井液性能同时要记录泥浆池液面数据，并经常注意池面变化。如有升降要连续观察记录升降起止时间、井深、层位、升降速度、有无油气水显示等。

4） 特别要注意井涌、井喷、井漏资料的收集。井涌或井喷高度、喷出物 （如油、气、水、夹带物 （如钻井液、砂泥、砾石、岩块等）、间歇时间。

(1)节流管放喷时要注意收集放喷管线尺寸或节流阀孔径、压力变化、射程、喷出物、放喷起止时间。

(2)井喷及放喷产量折算。井喷或放喷起止时间、油气水喷出总量、折算成油气水日产量。

(3)井喷处理措施。处理方法、压井时间、加重剂性质和用量、井喷前压井后钻井液密度。

(4)井漏时应收集钻达井深、层位、起止时间、漏速、漏失量。

(5)井漏处理措施。处理方法、堵漏时间、处理剂性质及用量、井漏前、堵漏成功后钻井液密度。

3. 油、气上窜速度的计算

当油气层压力大于钻井液柱压力，在压差作用下油、气进入钻井液并向上流动，这就是油、气上窜现象。在单位时间内油、气上窜的距离称油、气上窜速度。

油、气上窜速度是衡量井下油、气活跃程度的标志。油、气上窜速度越大，油、气层能量越大。因此，在现场工作中准确地计算油、气上窜速度，具有重要参考价值，是做到油井压而不死，活而不喷的依据。

通常在钻过高压油、气层后，当起钻后再下钻循环钻井液时，要对油、气浸作观察记录，并计算油、气上窜速度。计算方法有以下两种：

（1） 迟到时间法

油气田开发地质学

式中：v——油气上窜速度，m/h；H——油气层深度，m；h——循环钻井液时钻头所在井深，m；t——钻头所在井深的迟到时间 （指钻达地层时间与地下实物连续返至井口时的时间差），min；T1——见到油气显示的时间，min；T2——下钻至井深h的开泵时间，min；T0——井内钻井液静止时间，h。

迟到时间法比较接近实际情况，是现场常用的方法。

（2） 容积法

油气田开发地质学

式中：Q——钻井泵排量，L/min；vc——井眼环形空间每米理论容积，L/m；其余符号同前。

下钻过程中，多次替钻井液时适于用容积法计算上窜速度，但误差较大。实际计算时，常用每米井眼容积代替井眼环形空间每米理论容积。

高温钻井液检测仪器国内外发展现状

3.3.1 高温高压流变仪

高温流变性是高温钻井液的重要参数之一钻井液性能测试数据处理，直接影响钻速、泵压、排量、悬浮及携带岩屑、井眼清洁、井壁稳定、压力波动及固井质量等钻井液性能测试数据处理，因此国内外非常重视高温流变仪的研发。典型生产商为美国Fan公司、OFI公司、Grace公司等。其典型产品有如下。

3.3.1.1 OFITE1100高温加压流变仪

美国OFI公司研制生产的OFITE1100高温加压流变仪是一个全自动测试系统，能够根据剪切力、剪切速率、时间、压力、温度等参数来准确测试压裂液、完井液、钻井液、水泥浆的流变特性，并实时显示和同步记录剪切应力、剪切率、转速、压力、容池和样品温度。可以在实验室使用也可以在野外使用，可选择防水移动箱，带轮子，移动方便。OFITE高温高压流变仪压力可达到18MPa，温度可到260℃，最低0℃。另外还有冷却系统，冷却样品（图3.1）。

图3.1 OFITE 1100高温加压流变仪

独特的ORCADA（OFITE R（流变仪）C（控制）and D（数据）A（采集）），软件简单。全新的KlikLockTM快速链接技术与重新设计的样品杯相结合，便于拆卸和维修。全新的SAFEHEATTM系统是一个安全、精确、环境友好、高效的空气传输加热系统，使得操作更安全简单，清洗更快速。

3.3.1.2 OFITE高温高压流变仪

根据剪切力、剪切速率、时间和压力直到207MPa和温度最高至260℃条件，全自动系统准确测定完井液、钻井液、水泥浆的流变特性。选配冷水系统后，可使测试系统适应于需要冷却的测试样品，进一步增加钻井液性能测试数据处理了仪器的应用范围（图3.2）。

图3.2 OFITE高温高压流变仪

使用罗盘来测定扭矩附件顶部磁铁的转动。如果没有对仪器进行补偿，防护罩内动力驱动磁铁的影响。地球磁场的影响、防护罩磁性的影响、弹簧非线性的影响、实验室磁场和材料的影响、非理想流体流动的影响、产品结构微小变化的影响等综合结果使测定角度显示非线性关系。计算机可以容易地完成这些影响的补偿。

3.3.1.3 Ceast毛细管流变仪

毛细管流变仪分为单孔型和双孔型，应用于热塑性聚合物材料的质量控制和研发工作。在CeastVIEW平台下，通过VisualRHEO软件控制仪器。可实现以任意恒剪切速率或活塞杆速度测量。双孔料筒结构独立采集分析每个孔所测得的试验数据。可选各种专用的软件。可选配多种测量单元：熔体拉伸试验、口模膨胀、狭缝口模。PVT、半自动清洗等。Rheologic系列：最大力50kN；速度比1∶500000；活塞速度0.0024～1200mm/min。工作温度50℃～450℃（选配500℃），有两个PT100传感器控制。可快速更换的载荷传感器（范围：1～50KN），压力传感器范围3.5～200MPa（图3.3）。

图3.3 毛细管流变仪

3.3.1.4 Haake RV20/D100高温高压黏度仪

Haake RV20/D100该高温加压旋转黏度计的使用上限为203kPa（1400psi）和300℃，它由两个固定在加热器上的同轴圆筒组成。外筒用螺栓固定在加热器（高压釜）的顶部，内筒支承在滚珠轴承上（外筒通过轴承将内筒托住）。内筒或转筒靠磁耦合与一个Rotovisco RV 20相连接。内筒作为转子，釜外的驱动机构通过电磁耦合带动内筒转动；内筒通过电磁耦合将其所受的转矩传递给釜外的驱动机构，使其转过一个角度（图3.4）。

图3.4 Haake RV20/D100剪应力测试原理

可用计算机控制来自动描绘流变曲线。该仪器在0s-1～1200s-1范围内可连续变化，并且自动进行数据分析。施加在转轴上的扭矩可被反应灵敏的电扭力杆测得。测量电扭力杆扭转的角度即为所施加的扭矩值。剪切应力可由扭矩值通过合适的剪切应力常数来计算得出。

3.3.1.5 美国Grace公司专利产品MODEL 7400/M7500

M7400流变仪包含250mL的浆杯总成，安装在仪器加压的测试釜体内，浆杯易于取出，方便浆杯装样和清洗。流变仪可配备不同的内筒/转子（外筒）组合，提供钻井液性能测试数据处理了不同的测量间隙尺寸。转子（外筒）按需要的速度围绕内筒转动，由于内筒和转子（外筒）之间的环型区域内的液体被剪切，传导到内筒上的扭矩用一个应力表类型的扭矩传感器测量（图3.5）。

图3.5 M7400流变仪

仪器加压用一个空气驱动液压泵，矿物油作为压力介质，连接到高压泵上的可编程压力控制器控制压力的升压和保压，浆杯下的叶轮循环流动压力油改善温度控制效果，叶轮也用于提供均匀的样品加热效果，温度控制采用一个连接到内部4000W加热器和热电偶的温度控制器控制，浆杯中心内筒顶部的热电偶用于测量实际样品温度，马达驱动转子（外筒）在一定速度范围内转动，样品黏度根据测量出来的剪切应力和剪切速率计算出来。

M7500是专为复杂样品进行简单测试而设计的高温、超高压、低剪切、自动、数字流变仪。该仪器专利的测量机构设计消除了昂贵和易损的宝石轴承，可以进行大范围的测量。由于它独特的设计，使其便于维护并大大简化了操作流程。基于微软数据库作为支持友好的用户界面，测试结果自动化的压力，速度和温度控制，使实验结果更加精确和一致，标准的API实验可由触摸式LCD屏幕或者在计算机上单击鼠标来实现（表3.5）。

表3.5 M7500技术参数

M7500与其钻井液性能测试数据处理他同类产品相比，测试时间短且更容易操作；它不含有易碎和昂贵的精密轴承，维修成本低；最先进的速度控制使得低剪切率测试成为可能，自动剪切应力校准在很大程度上简化了操作程序。

3.3.1.6 Fann流变仪

（1）Fann稠度仪

Fann稠度仪是一种高温高压仪器，试验的泥浆在套筒内承受剪切，其最高工作压力和温度分别为140MPa和260℃，其测量原理见图3.6。它通过安装在样品釜两端的两个交替充电的电磁铁产生的电磁力，使软铁芯作轴向往复运动。存在于运动铁芯与样品釜釜壁之间的环形间隙内的泥浆受到剪切，泥浆黏度越高，铁芯运动越缓慢，从一端运行到另一端所用的时间也就越长，泥浆的相对黏度就用铁芯的运行时间来衡量。Fann稠度仪不能测量绝对黏度，通常将其结果作为相对黏度。这是因为电磁铁施加给铁芯的是一个不变的力，使铁芯在被测泥浆中从速度为零加速至终速度，在常用的泥浆中铁芯不能总是匀速运动，因此不能按不变的或确定的环空剪率进行分析。在实际使用中，常用于测量水泥浆的稠度。

图3.6 Fann稠度仪原理图

（2）Fann 50C高温高压流变仪

Fann50C高温高压流变仪是高温高压同轴旋转式黏度计，其最高工作压力和温度为7MPa和260℃，其剪应力测量原理如图3.6。泥浆装在两个圆筒的环状间隙里，外筒可用不同转速旋转。外同在泥浆中旋转所形成的扭矩，施加在内筒上，使内筒转过一个角度。测量这一角度，即可确定其剪应力值。测量数据用X-Y记录仪以曲线形式输出。其转速可在1～625r/min范围内无级调速。

Fann 50C早期产品由压力油提供压力，适合于作水基泥浆的高温高压流变性测试，压力油对油基泥浆试验结果影响较大。Fann 50C中期产品有两种形式，既可由压力油提供压力，也可由高压氮气或空气提供压力。近期产品则只有由高压气源提供压力一种形式。采用气压形式后，就不存在压力油对泥浆污染和对测试结果的影响。

（3）Fann 50SL高温流变仪

50SL是Fann 50C的改进型产品，它在Fann50C原有结构基础上，新增加了压力传感器，冷却水电磁阀和远程控制器（RCO），是一款高精度的同轴旋转型黏度计，该仪器具有广泛的通用性，可解决多种黏度测试问题或完成许多程序测试，Fann 50SL（图3.7）可以测试特殊剪切速率下的流体的流变特性，如宾汉塑性流体和假塑性流体（包括幂律流体）和膨胀性流体，触变性和胶凝时间也可以测试出来，实验可以在剪切率、温度和压力精确控制的状态下进行。

该黏度计可以测试出剪切力-剪切率值，也可得到在流变状态下的剪率特性，通过选择合适的扭簧、内筒和外筒可得到很宽的黏度测量范围（量程从50到64000dyn/cm2之间的剪力范围）。

最高温度260℃，压力7MPa（1000psi）条件下的测试。使用该仪器必须在连接远程控制器和一台合适的电脑的条件下，其控制操作由仪器将传感器信号通过接口传送到计算机，计算机再把正确的控制信号输出给Fann 50SL。加热、施压和转子速度的控制由专门软件的输入来控制。在各种剪切速率下的表观黏度、时间依赖性、连续剪切和温度效应引起的变化等可快速而准确地测定。50SL是一般流变特性，包括钻井液高温稳定性测定的理想仪器。唯一不足的是该控制软件中不具备将曲线在打印机上输出的功能。

（4）Fann 75流变仪

主要用来测量不同温度、压力和剪切速率下钻井液的剪切应力、黏度。最高测量温度为260℃，最高测量压力为138MPa，仪器如图3.8所示。

该仪器同其他“旋转”式流变仪工作原理一样，转子/浮子组合如图所示。

（5）Fann IX77流变仪

范氏IX77型全自动泥浆流变仪（图3.9）是第一台在高压（30000Psi）和高温（316℃）的极端条件下测量流体流变性的全自动流变仪。另外，如果配上一个软件控制的制冷器可以使实验在室温以下的温度进行。

图3.7 Fann 50SL高温流变仪

图3.8 Fann 75流变仪

该仪器是同轴圆筒测量系统，它使用一个精密的磁敏角度传感器来检测内嵌宝石轴承的弹簧组合的角度，传感器系统可以校准到±1℃。电机转速实现了0～640r/min无级调速的全自动控制。

仪器的特点在于借助内嵌微电脑和巧妙的机械及电路设计而带来的非常安全的传动机构。它的软件使仪器的操作、数据采集、输出报告和报警功能自动进行，最大限度的扩展其应用范围，给操作带来较大的灵活性。

IX77禁止用于测试具有赤铁矿、钛铁矿、碳酸铁成分的或者含有磁性的活亚铁成分的混合物、溶液、悬浮液和试剂的样品。

其他高温高压流变仪如Chandler 7400（工作极限条件：140MPa和205℃）和Huxley Burtram（105MPa和260℃）与以上类型工作原理相似。

图3.9 Fann IX77 流变仪

3.3.2 高温高压滤失仪

泥浆在钻井时向地层渗滤是一个复杂的过程，影响因素较多，它包括在泥浆液柱压力和储层压力之间的压差作用下，发生的静止滤失。包括在该压差下，泥浆在流动状态下的动滤失，这种流动是由泥浆循环时的返流和钻柱旋转时的旋流所引起，它对井壁过滤面产生冲刷作用，影响了渗滤的过程。

高温高压滤失仪是一种在模拟深井条件下，测定钻井液滤失量，并同时可制取高温高压状态下滤失后形成的滤饼的专用仪器。温度和压力在滤出液控制中起着很大的作用。

3.3.2.1 海通达高温高压滤失仪

（1）GGS系列（图3.10；表3.6）

图3.10 GGS-71型高温高压滤失仪

表3.6 GGS系列仪器参数

其中GGS42-选用单孔单层活网钻井液杯，滤网目数50。

GGS42-2和GGS71-A使用不锈钢外壳，添加特殊保温层，热传递效率高，选用通孔单层活网钻井液杯，滤网目数50；GGS42-2A和 GGS71-B使用不锈钢外壳，添加特殊保温层，热传递效率高，选用通孔单层活网钻井液杯，滤网目数60，有独立温度控制系统，采用国外先进的电子温控器。

（2）HDF-1型高温高压动态滤失仪

HDF-1型高温高压动态滤失仪克服了静态滤失仪的不足，使测试结果更加接近井下实际情况。该仪器由电机驱动的主轴带动杯体内的螺旋叶片对钻井液进行搅拌。通过SCR控制器控制变速电机，数字显示主轴转速（表3.7；图3.11）。

表3.7 仪器的主要技术参数

图3.11 HDF-1型滤失仪

3.3.2.2 OFI公司高温高压动态全自动失水仪

OFITE高温高压动态失水仪在动态钻井条件下测量滤失特性。马达驱动装配有桨叶的主轴在标准500mL HTHP泥浆池中旋转，转速设置范围为1～1600r/min，模拟钻井液高温高压池中以层流或紊流形式流动。测试方式完全和标准的高温高压滤失仪一样，唯一的差异为滤出物收集时钻井液在高温高压池中流动循环。由于滤失介质为普通的圆盘（disk）材质，因此测定结果跟别的或以往的有充分的可比性，该仪器能够和电脑相连，并自动画出曲线。最高压力8.6MPa，最高温度260℃（图3.12）。

图3.12 OFI高温高压动态滤失仪

技术特征：①一款分析转动中钻井液的真正循环滤失仪；②变速马达，1/2Hp永久磁铁，直流；③池顶带盖得以辅助管路连接，移去堵头，可以添加额外的钻井液添加剂；④安全校正的防爆片，保证过压安全；⑤马达和转动主轴转动转速操作保证1∶1；⑥可调螺旋桨改变到滤失介质距离；⑦可调热电偶温度38～260℃；⑧可选的滤失渗透性滤片；⑨500mL容积的不锈钢高压池。

3.3.2.3 美国Fann高温高压动态全自动失水仪

Fann90高温高压动态失水仪使用人造岩心滤筒，滤液从岩心滤筒侧壁滤出，能很好地模拟钻进过程中钻井液从井壁滤失的过程，不但能测试在一段时间内累积的滤液量，而且可以绘制滤液随时间变化的滤失曲线。Fann90的最高工作压力可达17.2MPa，最高工作温度260℃。该仪器可与电脑和打印机连接，自动化程度高，操作方便，是当前最先进的高温高压动态失水仪（图3.13）。

图3.13 Fann90 高温高压动失水仪

3.3.2.4 LH-1型钻井液高温高压多功能动态评价实验仪

“抗高温高密度水基钻井液作用机理及性能研究”的多功能动态评价实验仪，是一种钻井液用智能型多功能动态综合评价实验仪。该仪器能模拟钻井过程中的井下情况评价钻井液性能，并将钻井液多项高温高压性能评价实验集于一体，达到一仪多用的目的（图3.14）。

图3.14 钻井液多功能动态综合测试仪实物图

该仪器可以进行高温高压静/动态滤失、高温高压钻屑分散、高温高压动态老化等若干项实验，采用电脑工控机控制实验过程，实时显示实验状态、自动采集、处理、显示实验数据，实现智能化实验操作。

仪器主要技术指标：工作温度0～300℃；工作压力0～40MPa；转速0～1200r/min，无级调速；釜体容积800mL；冷却速率200℃～室温/10min。

3.3.3 高温滚子炉

温度的影响对钻井液在钻井内的循环是非常重要的。热滚炉的作用是评定钻井液循环与井内时温度对钻进的影响。

高温滚子炉包括炉体、滚筒及滚筒带动的陈化釜。陈化釜设有一釜体，釜体上部设有釜盖，釜体与釜盖之间设有密封盖，釜盖上垂直于釜盖设有压紧螺栓，将密封盖与釜体压紧。密封盖与釜体之间设有密封环，所述的密封环为四氟乙烯材质。覆盖上设有排气阀，排气阀穿过密封盖与釜腔相通，排气阀两端设有O型密封圈，密封圈为四氟乙烯材质。釜盖与釜体上设有支撑环，支撑环为四氟乙烯材质，炉门边缘设有密封垫，密封垫为四氟乙烯材质。该滚子炉耐高温、密封效果好，而且体积小、安全系数高，便于使用。

3.3.3.1 青岛海通达XGRL-4高温滚子炉

滚子炉是一种加热、老化装置。采用微处理器智能控制技术，直接设定，数字面板显示，并可进行偏差指示。适用范围为50～240℃，滚子转速为50r/min（图3.15）。

图3.15 XGRL-4型高温滚子炉

该滚子炉采用钢架结构、硅酸铝保温层、不锈钢外壳；滚筒采用优质金属材料滚筒和框架、四氟石墨轴承，重量轻、转动平稳；其加热系统采用两根700W加热管加热；动力系统由大功率调速电机链带动滚子转动，传动平稳可靠、噪音低；温控部分采用智能仪表设定、显示和读出，恒温准确，温度超限自动断开加热电源，并发出声光报警。定时部分定时关机。

3.3.3.2 OFFIE 滚子炉

美国OFI公司，五轴高温滚子炉。适用范围为50～300℃，滚子转速为50r/min（图3.16，图3.17）。

图3.16 OFFIE滚子炉

图3.17 老化罐

3.3.3.3 Fann 701滚子炉

美国Fann公司的Fann 701型五轴高温滚子炉，适用范围为50～300℃，滚子转速为50r/min（图3.18）。

图3.18 Fann滚子炉

3.3.4 其他高温高压评价仪器现状

3.3.4.1 高温高压堵漏仪

高温高压堵漏仪主要是用来模拟高温高压条件下进行堵漏材料实验，对一套泥浆系统既可以做填砂床实验又可以做缝板实验，还可以做岩心静态污染实验以及测量堵漏层形成后抗反排压力的大小。如：JHB高温高压堵漏仪由加压部分、加温部分、缝板模拟部分等组成。参看图3.19～图3.22。

图3.19 高温高压堵漏仪实物图

图3.20 高温高压堵漏仪结构图

图3.21 实验缝板实物图

图3.22 实验用滚珠及套筒实物图

3.3.4.2 高温高压膨胀仪现状

膨胀仪是评价黏土矿物膨胀性能的重要试验仪器，主要用于防塌泥浆及处理剂的研究方面。通过电脑回执曲线可准确测定泥页岩试样在不同条件下的膨胀量和膨胀率。用以评价不同的防塌处理对页岩泥水化的抑制能力，并针对不同的地层及不同组分的泥页岩选择适用的处理剂，以控制、削弱泥页岩的水化膨胀进而防止可能出现的坍塌、卡钻等事故的发生。

常温常压膨胀仪不能模拟井下条件下黏土的膨胀情况和加入黏土抑制剂后对黏土的防膨胀效果。

（1）HTP-C4高温高压双通道膨胀仪

HTP-C4型高温高压单通道膨胀量仪，能较好模拟井下温度（≤260℃）和压力（≤7MPa）条件下，测试页岩的水化膨胀特性，为石油钻井井壁稳定性研究、评价和优选防塌钻井液配方提供了一种先进的测试手段。HTP-C4型页岩膨胀仪采用非接触式高精度传感器，电脑监控记录，性能稳定，测试范围大，无漂移，通电即可使用，两个样品可同时测量（表3.8；图3.23）。

表3.8 仪器的主要技术参数

图3.23 HTP-4型高温高压单通道膨胀仪

（2）JHTP非接触式高温高压智能膨胀仪

高温高压膨胀仪虽然能模拟井下温度和压力条件，但其使用的是接触式线性位移传感器，这种接触式传感器受膨胀腔结构的影响，在高压密封和位移之间产生矛盾，使黏土的线性膨胀量不能得到真实的反映，因为增大了试验误差。

图3.24是一种非接触式高温高压智能膨胀仪结构图。它由加热体、实验腔体、腔盖、腔体、腔身、圆铁饼、非接触式位移传感器、试验液体加入口、加压孔、前置器、数据采集器及输出设备组成。它是利用非接触式位移传感器与圆铁饼之间的距离随黏土饼膨胀时提高变化而变短，而改变传感器的输出电压，使数据采集器得到实验参数，达到在室内评价黏土矿物的膨胀性能。克服了现有膨胀仪不能真实和准确地描述井下条件黏土的膨胀情况、实验误差大、加入抑制剂后对黏土的防膨胀效果不能预计的问题。结构简单，操作方便，实验数据准确。

图3.24 JHTP非接触式智能膨胀仪结构

3.3.4.3 高温高压黏附仪

该仪器可测定钻井液在常温中压（0.7MPa）及在常温高压（3.5MPa）条件下滤失后形成滤饼的黏附性能，同时还可测试钻井液样品在高温（～170℃）高压（3.5MPa）条件下滤失后形成滤饼的黏附性能。黏附盘加压方式为气动（图3.25）。

3.3.4.4 高温高压腐蚀测定仪

OFI高温高压腐蚀测试仪是用于测试金属试样在高温高压动态条件下对各种腐蚀液体的反应速率。该系统主要由压力釜、控制仪表及阀门、样品支架和试样玻璃器皿组成。

压力釜采用特制的合金钢材料，最大工作压力34.5MPa，最高温度可达204.4℃。压力釜及内部样品由热电偶加温。加热速率范围为2.5℉/min到3℉/min。机箱内包括一个马达用以摇动测量支架，一台高压泵用于提供系统压力。系统设有安全装置，包括安全警报等。

图3.25 GNF-1型黏附仪

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