Brookfield 儀器在石油行業(yè)的應(yīng)用
一、石油行業(yè)中的幾種流體及其性質(zhì)
1、鉆井液
鉆井是石油天然氣開采的重要環(huán)節(jié)，為了保證高效、**的鉆井，防止井漏和井噴，需要再鉆井過程中采用鉆井液，鉆井液現(xiàn)在已經(jīng)成為油井的命脈。鉆井液是一種粘稠的、泥漿狀的水和泥土的混合物，鉆井工人用泵將它送入鉆孔中。鉆井液如今仍被稱作泥漿，但工程師們已不再只依賴水和泥土作為鉆井液的原料。他們對混合物的成分進(jìn)行精心調(diào)配，以滿足各種鉆探條件下的具體需要。在石油天然氣鉆井工程中所使用的鉆井液一般都具有剪切稀釋能力和良好的觸變性。高剪切速率下鉆井液在鉆頭噴嘴處的粘度就越低，越有利于高壓噴射鉆井，而在低剪切速率時(shí)(環(huán)空內(nèi))粘度又將增加，切力增大，有利于帶砂、攜屑。鉆井液要有良好的觸變性，在泥漿停止循環(huán)時(shí)，切力能較快地增大到某個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)值，即有利于鉆屑的懸浮，又不至于靜置后開泵的泵壓過高。隨著深井技術(shù)的發(fā)展，鉆井深度不斷增加，井內(nèi)水泥漿承受的溫度、壓力越來越高，鉆井液在高溫高壓下的流變性能的研究也越來越多。
2、壓裂液
目前作為油氣井*常規(guī)的壓裂增產(chǎn)技術(shù)，壓裂已應(yīng)用半個(gè)世紀(jì)了。該技術(shù)是利用地面高壓泵組(即壓裂車組)將具有一定的粘度的壓裂液以高壓大排量沿井筒注入油氣層，使注入速度大于油氣層的吸入速度，在井底附近憋起高壓，當(dāng)此壓力逐漸增大到超過井壁附近的地應(yīng)力和巖石的抗張強(qiáng)度后，油氣層就會(huì)在*薄弱的地方開始破裂形成裂縫，繼續(xù)注入攜帶有固體顆粒支撐劑的液體擴(kuò)展裂縫并使之充填支撐劑，停泵后在地層中形成一條具有足夠長度、寬度和高度的填砂裂縫。擴(kuò)大了油氣水的滲濾面積，從而起到了增產(chǎn)增注的目的。壓裂液主要有油基壓裂液和水基壓裂液。一般地，壓裂后增產(chǎn)效果除了與設(shè)備等因素有關(guān)之外，都與壓裂液的性質(zhì)有直接關(guān)系。壓裂液要具有低的濾失量，較好的懸浮性能，摩阻損失少，性能穩(wěn)定等等。濾失性能，懸浮性能，摩阻損失等性能都與壓裂液的粘度關(guān)系很大。一般來說，粘度越大，濾失量越小，懸浮性能越好，如果是油基壓裂液的話，粘度大摩阻損失也會(huì)較大。所以在壓裂液的生產(chǎn)使用過程中，粘度是重要的測試指標(biāo)。
3、聚合物驅(qū)油
目前我國大慶、勝利、中原、華北、大港等大型油田均已進(jìn)入開采中后期，采出油含水率高達(dá)90%，所以必需提高石油的采收率。所以國內(nèi)很多石油企業(yè)和研究單位采用了聚合物驅(qū)油。這類聚合物在油藏條件下，必需具有優(yōu)良的增黏性能，而且在溫度、壓力及鹽的作用下要有高的黏度保持率。現(xiàn)在國內(nèi)使用的驅(qū)油聚合物主要是聚丙烯酰胺(PAM)及部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)，其驅(qū)油機(jī)理是聚合物水溶液在很低的濃度下具有很高的黏度以降低水相的滲透率，控制水的流動(dòng)度，改善流度比，提高波及系數(shù)，*終達(dá)到提高原油采收率的目的。聚合物溶液的增稠效果、零切粘度和剪切變稀特性等流變參數(shù)都對其在多孔介質(zhì)中的流變行為和傳輸性質(zhì)有很大的影響，所以測定聚合物溶液的流變參數(shù)很重要。
4、原油儲(chǔ)運(yùn)
原油流變性是儲(chǔ)存和管道運(yùn)輸工藝設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。原油儲(chǔ)存輸送過程中，由于粘度過高，通常需要降粘，改變其流變學(xué)特性，以方便儲(chǔ)存和運(yùn)輸。流變學(xué)的表征就是通過粘度來表征的。
二、Brookfield 在石油流變學(xué)的測量方案
1、隨著深井技術(shù)的發(fā)展，鉆井深度不斷增加，井內(nèi)鉆井液/壓裂液/原油乳液受的溫度、壓力越來越高，高溫、高壓對鉆井液/壓裂液/原油乳液的流變性的影響越來越受到研究人員的重視。Brookfield的PVS流變儀可以對高溫高壓下的粘度進(jìn)行測量。具有以下優(yōu)點(diǎn)：輕便易攜帶，可以在現(xiàn)場工作；耐高溫高壓，可在－40℃－＋200℃的溫度范圍內(nèi)和壓力高達(dá)1000psi的高壓下測量樣品；在低剪切0.02S－1下可以測量；由于其樣品測量系統(tǒng)是封閉的，所以可以避免樣品揮發(fā)損失；堅(jiān)固耐用，哈式合金樣品杯和轉(zhuǎn)子可以在惡劣環(huán)境下操作，有很好的抗腐蝕能力。
2、聚合物溶液在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行粘度測試和配方調(diào)試，可以采用LVDV II+Pro 粘度計(jì)和LVDV IIIUltra 流變儀。LVDV II+Pro 粘度計(jì)和LVDV IIIUltra流變儀均可以測量不同剪切轉(zhuǎn)速下的流體粘度，可以配合小量樣品適配器等附件，應(yīng)用范圍更加廣泛，另外還可通過計(jì)算機(jī)設(shè)定程序來進(jìn)行測量，LVDVIII Ultra 流變儀單機(jī)也可以設(shè)定測量程序，通過計(jì)算機(jī)保存和分析數(shù)據(jù)，極大的方便了客戶。
3、Brookfield 的R/S流變儀可以通過控制剪切速率和剪切應(yīng)力兩種方式來測量鉆井液/壓裂液/聚合物溶液/原油的流變性，控制剪切應(yīng)力方式可以準(zhǔn)確測量屈服應(yīng)力。測量流體在不同剪切速率/剪切應(yīng)力下的粘度變化，可以模擬各種工藝條件，通過對所附帶的軟件進(jìn)行流體類型的分析，可以預(yù)測流體的流變學(xué)性質(zhì)，給生產(chǎn)更大的指導(dǎo)。
4、在線粘度計(jì)的應(yīng)用。Brookfield TT 系列在線粘度計(jì)可以測量支撐劑凝膠實(shí)時(shí)粘度，可以根據(jù)美國石油協(xié)會(huì)（API）指定的剪切速率511s－1測量方法進(jìn)行測量。另外，TT 系列在線粘度計(jì)還具有耐高溫高壓，測量剪切速率范圍大等優(yōu)點(diǎn)。如果在同樣條件下，TT在線粘度計(jì)測量所得數(shù)據(jù)可以和實(shí)驗(yàn)室用粘度計(jì)測量數(shù)據(jù)相吻合。
三、國內(nèi)的石油公司和研究單位概況
1、石油公司
目前國內(nèi)三大石油公司下屬有幾十個(gè)油田，大慶油田、勝利油田、中原油田、大港油田、江漢油田、遼河油田、吐哈油田和吉林油田等，還有一些海上油田，這些公司在石油鉆采和儲(chǔ)運(yùn)當(dāng)中，都需要對一些鉆井液/壓裂液等一些流體的流變性質(zhì)進(jìn)行測量。目前勝利和吐哈等油田都采用了Brookfield的流變學(xué)測量設(shè)備。
2、石油類高校和科研單位
中國石油大學(xué)、西安石油學(xué)院、西南石油學(xué)院、大慶石油學(xué)院等高等院校均有石油開采儲(chǔ)運(yùn)的院系或者研究所，培養(yǎng)了大批科技人員，同時(shí)這些高校的科技人員也對石油開采儲(chǔ)運(yùn)進(jìn)行研究，需要比較先進(jìn)的設(shè)備。還有一些科研院所也做了同類的工作，象石油化工研究院和成都有機(jī)化學(xué)研究所等。
3、油田化學(xué)劑生產(chǎn)企業(yè)等
在油田化學(xué)劑（聚合物）的生產(chǎn)企業(yè)中，也必需測量聚合物溶液的粘度和流變性。聚丙烯酰胺的生產(chǎn)企業(yè)有山東昌九生化、大慶東昊投資有限公司和北京市恒聚油田化學(xué)劑有限公司等。Brookfield數(shù)字式粘度計(jì)安裝和卸載轉(zhuǎn)子的注意事項(xiàng)
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