低温对水泥浆流变性影响规律分析

低温对水泥浆流变性影响规律分析

徐璧华1,何　可1,何　松1,宋茂林2

(1.西南石油大学石油工程学院,四川成都　6105002.中海油服油化事业部,)

摘　要:针对海洋深水固井的特点(低温、浅层流、压力安全值低),提高固井顶替效率,目前已有许多行之有效的理论和施工措施,但这些理论和措施不一定适合深水固井所面对的地层松软、浅层流的特点,这就对前置液和水泥浆的流变性能提出了更高的要求。深水固井过程与常规固井过程中流体遇到的温度影响有较大不同。泥浆与水泥浆均属非牛顿液体,它们的流变特性与注水泥工作有着密切的关系,准确地掌握它们的流变规律便能帮助我们正确地调节泥浆、水泥浆的流变性能,正确地确定顶替流态,并能准确地计算注水泥过程的流动阻力。经研究表明,水泥浆的流变性随温度压力变化十分明显,温度对流动计算结果的影响非常显著。因此,对低温条件下水泥将流变能的研究具有非常重要的现实意义。

关键词:水泥浆;低温;流变性

中图分类号:T E256+.7 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)12—0007—021　对水泥浆温度变化与切力关系分析1.1　通过实验研不同体系水泥浆流变性

通过针对不同水泥将体系的实验表明,温度对水泥浆流变性能影响十分明显,下面的数据和曲线反映了温度降低对实验水泥浆流变性的影响。下面列出了两种水泥浆在不同温度情况下,塑性粘度p 和静切力0的变化情况。静切力为剪切速率为5.11S -1测得的剪切应力值。

表1低温对聚合物水泥浆流变性能的影响

流变参数

温度,℃

50

40301810500,

Pa 1.28

28.49

35.7840.5440.58

32.87

29.35

p ,P a.s 0.07950.1150.286

0.135

0.1410.13350.129

注:水泥浆密度c =1.9g/cm 3,压力为常压。

从表1可知,总体上来看,从60℃下降至10℃,0与p 是随着温度的下降而上升的。

1.2　根据实验数据分析水泥浆流变性能规律

以下系列图中所示,随着温度降低所导致某些体系动切力的变化趋势。

图1、2、3、4分别为聚合物体系、盐水体系的流

变参数变化情况。

图7

　2012年第12期 内蒙古石油化工

收稿日期35

1

:2012-0-2

1.3　对其他水泥浆体系流变性能的分析

表2低温对胶乳水泥浆流变性能的影响

流变参数

温度,℃

70

5030

20

10

500,

Pa 0.0670.0560.0160.01280.1740.150.132p ,P a .s

0.055

0.068

0.077

0.083

0.072

0.077

0.081

注:水泥浆密度c =1.75g /cm 3,

压力为常压。

图5　胶乳水泥浆动切力温度关系图

从图示可以看出,从20℃下降至0℃,0与p 的变化趋势是符合结论的。但是,温度在大于20℃的部分却显示出动切力随温度下降而下降的趋势。从多次试验来看,同样显示出这样的规律。这是由于胶乳体系存在与其它水泥浆不同的分子组成结构造成的。因此,我们不能把胶乳体系的流变性能作常规的描述。

2　对水泥浆在低温条件下流变规律的总结

通过大量的试验数据看出,流体温度从常温降到10℃时流体的粘度切力均是增大的,但从10℃继续降低到0～2℃的过程中,流体的粘度与切力确是相对于10°呈降低趋势,即10°是流体流变性变化的一个拐点。

由于从曲线的趋势上看,要通过数学方法统计出一个从常温到0～2度的流变性与温度的变化模型,其误差会很大,且该公式也不要应用到流变学计算中,因此,根据试验的结果,要确定流体温度从常温到0～2℃的变化,可以简化地处理成直接使用流体在10℃温度下测量的流变参数来计算。

t =10或t =10

t 为低温下的剪切应力,10为温度为10度时测

量的各转速下的切力。t 为低温下粘度计某转速下的读值,10为温度为10度某转速下的读值。

表3　低温下不同转速剪切应力与10℃时剪切应力的累计误差

测试数据组温度范围℃600转

(%)300转(%)200转(%)100转(%)平均误差(%)118-5-0.37 1.30 1.85 2.50 1.32220-30.00 1.000.47 1.690.79319-2 1.08

2.81 4.058.20 4.04424-6-8.09-7.65- 5.94-7.23520-3- 6.04- 1.33-0.99- 2.79621-5- 5.24- 4.03 1.53- 2.58715-7- 5.34- 4.60- 4.02- 4.65815-3- 2.27-0.60-0.54- 1.13910-40.23- 1.32-

3.70- 1.7510

11-2

1.33

1.24

- 2.25

1.61

表3为按照上面平均温度法计算的不同低温

下,用10°时切力计算时的相对误差情况。3　结论

温度对水泥浆流变性的影响较大,随着温度

的降低水泥浆的流动性也随之减小。在10℃以下,不同的水泥浆体系,其流变性变化则不同,所以在具体的实际应用过程中,要具体的进行试验分析。低密度水泥浆体系的流变参数随温度变化的不明显,规律性不强。

因此,如果在深水钻井中,流体要流过几千米的低温段,就必须要考虑低温对流体流变性的影响。

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译[M].北京:石油工业出版社,1980:50～60.

The Analysis of Slurr y's Rheology in Low Temper atur e XU Bi-hua 1,H E Ke 1,H E S ong 1,SON G Ma o-lin 2

(1.College of petr oleum engineer ing Sout hwest Pet roleum University,Chengdu,

Sichuan ,6105002.Oilfield Chemicals -COSL )

Abstr act:Depending on the char acter istics of t he deep wa ter cementing (low temper ature,sha llow flow,low safet y pressur e),ther e ar e many theories and construction measures.However ,these ar e not always suitable for the deep-water cement ing r eal featur es such as soft format ion and shallow flow .T herefore ,pr e -slurr y and slurr y should have a better rheology.Deep water cement ing has a big differ ence compar ed t o the normal cementing.F or deep water cementing,dr illing fluid and slur ry belong to non-Newtonian fluids and their rheology has a close r elat ionship wit h cementing.A good master of them will help us to adjust t he drilling fluid and slur ry's r heological ,deter mine the displacement fluid st atement corr ectly and calculate the fluid r esistance of cementing.It has been studied that slur r y's rheology has a big var iat ion along with ,f f f S ,f f y f y'y K y S y;L T ;T y

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内蒙古石油化工 2012年第12期　

temperat ur e and pr essur e and t emper atur e has an a pparent in luence or low ca lculat ion r esults .o t here is an immediate signi icance or t he stud o slurr s r heolog in low temper ature.

e wor ds:lur r ow emper atur e heolog