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,℃5040301810500,Pa 1.2828.4935.7840.5440.5832.8729.35p ,P a.s 0.07950.1150.2860.1350.1410.13350.129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351:2012-0-21.3　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,℃7050302010500,Pa 0.0670.0560.0160.01280.1740.150.132p ,P a .s0.0550.0680.0770.0830.0720.0770.081 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 1.082.81 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- 1.751011-21.331.24- 2.251.61 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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