实时警报通知:微信告警通知的重要性解析
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2023-01-16
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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公司,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公司,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钻井液性能测试公司,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
斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯合称全球三大技术服务公司。
贝克休斯在油田生产服务领域十分广泛,公司宗旨在于提高石油工业作业效率,提高油气藏的最终采收率。主要从事以下几个方面服务:1)钻井和地层评价;2)完井服务;3)生产管理;4)企业解决方案。
公司通过它下设7家油田服务公司,提供钻井、完井和油气井生产的各类产品和服务。
1)Baker Atlas公司:从事井下岩石物理和地球物理数据采集、处理和分析服务,包括裸眼井和套管井测井、射孔和管材回收,以及拥有从事地层评价、地质导向和油藏描述的地球科学中心。
2)Baker oil Tools(BOT)公司:提供完井、修井和打捞设备的服务。专门研究提供解决油井寿命的办法,以便帮助用户提高采收率,降低成本。还可提供封隔器系统井下打捞设备、衬管悬挂器、维修工具和地下安全系统。设备具有流量控制仪器、膨胀式封隔器、过油管封隔器和过油管打捞设备以及铣割器。
3) Baker Petrolite公司:是一家化学品公司,生产油田化学品,并为钻井、油井增产措施、采油和管线运输提供服务。也为炼油、石化、化工等行业提供特种化学品。
4) Baker Hughes INTEQ 公司:提供数据通讯、数据管理、专家服务、钻井和地层评价的技术和服务;提供定向钻井、旋转导向技术、钻井液系统。
5) Hughes Christensen Company (HCC) 公司:是世界石油、天然气与地热工业用钻头的制造厂商和销售商。采用计算机设计、世界一流的测试设备和先进的制造技术,开发并生产出性能优良的钻头。其产品系列包括:三牙轮钻头和固定切削刃(金刚石)钻头。最近又开发出超级三牙轮钻头系列、金刚石钻头和潜铸式金刚石钻头和新型优化钻井技术。
6) Bird Machine公司:为化工、采矿业、市政、工业和医药、食品提供固/液分离设备,其产品包括:连续离心分离机、过滤器、筐式离心分离机、压滤机、干燥器和其他处理设备。
7) Centrilift公司:在油田电潜泵系统和井下油水分离技术方面处于世界领先水平。可制造ESP系统全部的关键部件,其中包括为油田应用设计的专用铠装电缆和变速马达控制器。
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