Brookfield 仪器在石油行业的应用

Brookfield 仪器在石油行业的应用 Brookfield 中国技术中心 一、石油行业中的几种流体及其性质 1、钻井液 钻井是石油天然气开采的重要环节，为了保证高效、安全的钻井，防止井 漏和井喷，需要再钻井过程中采用钻井液，钻井液现在已经成为油井的命脉。钻 井液是一种粘稠的、泥浆状的水和泥土的混合物，钻井工人用泵将它送入钻孔中。 钻井液如今仍被称作泥浆，但工程师们已不再只依赖水和泥土作为钻井液的原 料。他们对混合物的成分进行精心调配， 以满足各种钻探条件下的具体需要。 在石油天然气钻井工程中所使用的钻井液一般都具有剪切稀释能力和良好 的触变性。高剪切速率下钻井液在钻头喷嘴处的粘度就越低，越有利于高压喷射 钻井，而在低剪切速率时(环空内)粘度又将增加，切力增大，有利于带砂、携屑。 钻井液要有良好的触变性，在泥浆停止循环时，切力能较快地增大到某个适当的 数值，即有利于钻屑的悬浮，又不至于静置后开泵的泵压过高。随着深井技术的 发展，钻井深度不断增加，井内水泥浆承受的温度、压力越来越高，钻井液在高 温高压下的流变性能的研究也越来越多。 2、压裂液 目前作为油气井最常规的压裂增产技术，压裂已应用半个世纪了。该技术 是利用地面高压泵组(即压裂车组)将具有一定的粘度的压裂液以高压大排量沿 井筒注入油气层，使注入速度大于油气层的吸入速度，在井底附近憋起高压，当 此压力逐渐增大到超过井壁附近的地应力和岩石的抗张强度后，油气层就会在最 薄弱的地方开始破裂形成裂缝，继续注入携带有固体颗粒支撑剂的液体扩展裂缝 并使之充填支撑剂，停泵后在地层中形成一条具有足够长度、宽度和高度的填砂 裂缝。扩大了油气水的渗滤面积，从而起到了增产增注的目的。压裂液主要有油 基压裂液和水基压裂液。 一般地，压裂后增产效果除了与设备等因素有关之外，都与压裂液的性质 有直接关系。压裂液要具有低的滤失量，较好的悬浮性能，摩阻损失少，性能稳 定等等。滤失性能，悬浮性能，摩阻损失等性能都与压裂液的粘度关系很大。一 般来说，粘度越大，滤失量越小，悬浮性能越好，如果是油基压裂液的话，粘度 大摩阻损失也会较大。所以在压裂液的生产使用过程中，粘度是重要的测试指标。 3、聚合物驱油 目前我国大庆、胜利、中原、华北、大港等大型油田均已进入开采中后期， 采出油含水率高达90%，所以必需提高石油的采收率。所以国内很多石油企业和 研究单位采用了聚合物驱油。这类聚合物在油藏条件下，必需具有优良的增黏性 能，而且在温度、压力及盐的作用下要有高的黏度保持率。现在国内使用的驱油 聚合物主要是聚丙烯酰胺(PAM)及部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)，其驱油机理 是聚合物水溶液在很低的浓度下具有很高的黏度以降低水相的渗透率，控制水的 流动度，改善流度比，提高波及系数，最终达到提高原油采收率的目的。聚合物 溶液的增稠效果、零切粘度和剪切变稀特性等流变参数都对其在多孔介质中的流 变行为和传输性质有很大的影响，所以测定聚合物溶液的流变参数很重要。 4、原油储运 原油流变性是储存和管道运输工艺设计的重要参数。原油储存输送过程中， 由于粘度过高，通常需要降粘，改变其流变学特性，以方便储存和运输。流变学 的表征就是通过粘度来表征的。 二、Brookfield 在石油流变学的测量方案 1、随着深井技术的发展，钻井深度不断增加，井内钻井液/压裂液/原油乳液受的 温度、压力越来越高，高温、高压对钻井液/压裂液/原油乳液的流变性的影响越 来越受到研究人员的重视。Brookfield 的PVS 流变仪可以对高温高压下的粘度进 行测量。具有以下优点：轻便易携带，可以在现场工作；耐高温高压，可在－40 ℃－＋200℃的温度范围内和压力高达1000psi 的高压下测量样品；在低剪切 0.02S－1 下可以测量；由于其样品测量系统是封闭的，所以可以避免样品挥发损 失；坚固耐用，哈式合金样品杯和转子可以在恶劣环境下操作，有很好的抗腐蚀 能力。 2、聚合物溶液在实验室内进行粘度测试和配方调试，可以采用LVDV II+Pro 粘 度计和LVDV III Ultra 流变仪。LVDV II+Pro 粘度计和LVDV III Ultra 流变仪 均可以测量不同剪切转速下的流体粘度，可以配合小量样品适配器等附件，应用 范围更加广泛，另外还可通过计算机设定程序来进行测量，LVDV III Ultra 流 变仪单机也可以设定测量程序，通过计算机保存和分析数据，极大的方便了客户。 3、Brookfield 的R/S 流变仪可以通过控制剪切速率和剪切应力两种方式来测量钻 井液/压裂液/聚合物溶液/原油的流变性，控制剪切应力方式可以准确测量屈服应 力。测量流体在不同剪切速率/剪切应力下的粘度变化，可以模拟各种工艺条件， 通过对所附带的软件进行流体类型的分析，可以预测流体的流变学性质，给生产 更大的指导。 4、在线粘度计的应用。Brookfield TT 系列在线粘度计可以测量支撑剂凝胶实时 粘度，可以根据美国石油协会（API）指定的剪切速率511s－1 测量方法进行测量。 另外，TT 系列在线粘度计还具有耐高温高压，测量剪切速率范围大等优点。如 果在同样条件下，TT 在线粘度计测量所得数据可以和实验室用粘度计测量数据 相吻合。 三、国内的石油公司和研究单位概况 1、石油公司 目前国内三大石油公司下属有几十个油田，大庆油田、胜利油田、中原油 田、大港油田、江汉油田、辽河油田、吐哈油田和吉林油田等，还有一些海上油 田，这些公司在石油钻采和储运当中，都需要对一些钻井液/压裂液等一些流体 的流变性质进行测量。目前胜利和吐哈等油田都采用了Brookfield 的流变学测量 设备。 2、石油类高校和科研单位 中国石油大学、西安石油学院、西南石油学院、大庆石油学院等高等院校 均有石油开采储运的院系或者研究所，培养了大批科技人员，同时这些高校的科 技人员也对石油开采储运进行研究，需要比较先进的设备。还有一些科研院所也 做了同类的工作，象石油化工研究院和成都有机化学研究所等。 3、油田化学剂生产企业等 在油田化学剂（聚合物）的生产企业中，也必需测量聚合物溶液的粘度和 流变性。聚丙烯酰胺的生产企业有山东昌九生化、大庆东昊投资有限公司和北京 市恒聚油田化学剂有限公司等等。