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(kāi)采的重要環(huán)節(jié)，為了保證搞笑,、安全的鉆井,，防止并漏和井 噴，余姚在鉆井過(guò)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、你講狀的水和泥土的混合物,，鉆井*應(yīng)泵將它送入鉆孔中,。鉆井液如 今仍被稱(chēng)作泥漿，但工程師們已不再只依賴(lài)水和泥土作為鉆井液的原料,。他們對(duì)混合物的成分進(jìn)行精心調(diào)配,，以滿(mǎn)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兩號(hào)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,，有利于帶沙、攜屑,。鉆井液要有兩號(hào)的觸變性,，在你講停止循環(huán)時(shí)，剪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(kāi)泵的泵壓過(guò)高。隨著井深技術(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(lái)越高,，鉆井液在高溫高壓下的流變性能的研究也 越來(lái)越多,。
在國(guó)內(nèi)外石油鉆井工程中,，使用較多的是含有膨潤(rùn)土的鉆井液，然而該鉆井液中 微細(xì)的粘土顆粒很容易浸入儲(chǔ)層,，使儲(chǔ)層滲透率大大降低,，對(duì)保護(hù)儲(chǔ)層不利。雖然可以通過(guò)酸化的辦法來(lái)恢復(fù)滲透率,，但酸化后效果并不明顯,，尤其對(duì)于酸敏感性?xún)?chǔ) 層，根本就不能使用這種方法,。因此有人研究開(kāi)發(fā)出新型的無(wú)粘土弱凝膠鉆井液體系以保護(hù)油氣層,。這種鉆井液是使用了穩(wěn)定性較好的聚合物，不含粘土,，但在 低剪切速率下（如0.0636s -1）具有很高的粘度（10000-50000mPa.s）,，這種弱凝膠可以通過(guò)加入適當(dāng)?shù)难趸瘎┻M(jìn)行破膠降解，使儲(chǔ)層的滲透率恢復(fù)80%以上,，從而使油 層段免遭損害,。近年，一項(xiàng)新的近平衡鉆井技術(shù)使用"微泡"---非聚集且可循環(huán)使用的可產(chǎn)生比水的密度還低的泥漿體系,，可以減少水平井底層傷害,。這些被稱(chēng) 作"Aphrons"的泡體被用于無(wú)注入空氣或氣體的泥漿體系中。在此條件下,，Aphrons作為獨(dú)立的一相與一種被多層液體膜包裹著的氣體或空氣一同存 在,。該液體膜是保持這種微泡強(qiáng)度的關(guān)鍵，它可使Aphrons作為一穩(wěn)定的泥漿密度還原機(jī)制而起作用,。一種表面活性劑被用于產(chǎn)生表面張力以便在微泡形成時(shí) 能包裹Aphrons,，建立起多層泡沫墻，并且產(chǎn)生界面張力,，以將Aphrons橋接進(jìn)入一個(gè)具有創(chuàng)建井下橋堵能力的網(wǎng)絡(luò),。為了取得較為佳的使用效率，使用 一種高屈服應(yīng)力和剪切變稀的聚合物,，使Aphrons在鉆井液中十分穩(wěn)定,。這種聚合物能有效地粘合那些用來(lái)分隔和環(huán)繞在Aphrons核心周?chē)⑴菽ぶ械?水的隔膜。這一突出特性允許他們?nèi)サ种茐嚎s和膨脹,，并因此在井下產(chǎn)生效能和具有可循環(huán)的能力。研究發(fā)現(xiàn)一種叫黃原膠的生物聚合物是穩(wěn)定鉆井液中 Aphrons較為有效的物質(zhì),。這種低剪切率粘度物質(zhì)過(guò)去常被用于清潔井孔,，攜帶巖屑懸浮物和流體浸入控制以及保護(hù)Aphrons穩(wěn)定性方面。
2．壓裂液
目前作為油氣井較為常規(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(chē)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*過(guò)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)在較為薄弱的地方開(kāi)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(zhǎng)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、較好的懸砂性能,、摩阻損失少,、性能穩(wěn)定，以及良好的流變性等等,。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(lái)說(shuō),，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(guò)程中,，粘度是重要的測(cè)試 指標(biāo)。另外壓裂液還必須具有良好的破膠化水性,，以提高壓裂液的返排率,，減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害。
3．聚合物驅(qū)油
目前我國(guó)大慶,、勝利,、中原、華北,、大港等大型油田均已進(jìn)入開(kāi)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(guó)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(lèi)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?，F(xiàn)在國(guó)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),，較為終達(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(duì)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(cè)定聚合物溶液的流變參數(shù)很重要
4,、稠油的開(kāi)采
地球上稠油的可采儲(chǔ)藏量非常豐富，但由于其粘度大,、密度高,、可流動(dòng)性差而不 能用常規(guī)方法開(kāi)采。稠油沿井筒向上流動(dòng)過(guò)程中,，隨溫度,、壓力的降低，原油粘度增加,，流動(dòng)阻力增大,，其流動(dòng)性進(jìn)一步變差。因此,，稠油油井在將原油舉升至地面 的過(guò)程中,，常出現(xiàn)泵效較低、懸點(diǎn)載荷變化大和調(diào)參等問(wèn)題,。為了實(shí)現(xiàn)稠油的開(kāi)采,，無(wú)論是常規(guī)抽油機(jī)井，還是采用了井筒電加熱或摻稀油等措施后得抽油機(jī) 井,，急待解決的是原油在井筒中的流動(dòng)問(wèn)題,。稠油的開(kāi)采關(guān)鍵是降粘、降磨阻,、改善流動(dòng)性,。國(guó)內(nèi)外提出的開(kāi)采技術(shù)有：熱采法（包括蒸氣驅(qū)、蒸氣吞吐,、熱水 驅(qū)）,，清油稀釋,、乳化降粘、微生物采油,、火燒油層、催化裂化等,。近年來(lái)乳化降粘法的研究很活躍,，粘度計(jì)、流變儀就成為很重要的研究工具,。稠油是典型的非牛 頓流體,，冪律流型和賓漢流型基本包括了所有的稠油油藏類(lèi)型。正是由于稠油的非牛頓流體特性,，使得開(kāi)采稠油十分困難,。
稠油油田的開(kāi)采，大部分是在含水期采出的,，井筒中由于水的存在,，一方面將形成油水乳狀液，增加原油在井筒中流動(dòng)時(shí)的粘度,；另一方面,，游離水的存在將減小稠油在井筒中流動(dòng)時(shí)的粘度。這兩方面因素的作用主要取決于油水混合物的乳化程度,。
5,、微生物采油
微生物采油是利用微生物的活動(dòng)及其代謝進(jìn)行強(qiáng)化采油的技術(shù)，近年該技術(shù)在全國(guó)各油田發(fā)展很快,。其基本方法是將經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)篩選和培養(yǎng)的微生物注入油 層,，微生物利用原油中的碳源為營(yíng)養(yǎng)物在油層中繁殖和運(yùn)移，產(chǎn)生多種代謝物,，從而有利于改善水驅(qū)后剩余油的才出,。提高油藏較為終采收率作用機(jī)理是將微生物注入 井眼或地層，通過(guò)微生物的繁殖代謝產(chǎn)生的分解酶類(lèi)對(duì)原油進(jìn)行降解,，能夠直接將原油中長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔锝到鉃槎替溙細(xì)浠衔?，降低原油粘度，改善原油在地下?流動(dòng)性,。微生物在油藏中的新陳代謝過(guò)程,，還產(chǎn)生大量的生物產(chǎn)物（甲酸、乙酸等）,、表面活性劑,、有機(jī)溶劑、聚合物等,。有機(jī)酸類(lèi)能溶蝕油藏的碳酸鹽,，進(jìn)而擴(kuò)大 裂隙和通道，提高地層滲透率。代謝產(chǎn)生的生物表面活性劑能降低油水界面張力,。改變油層巖石界面的潤(rùn)濕性,，并乳化原油，促使殘余油的流動(dòng),，改善巖石對(duì)原油的 相對(duì)滲透性,，提高驅(qū)油率。微生物在新生代謝中還會(huì)產(chǎn)生一定量的氣體（CO2,、CH4,、H2 N2）等，這些氣體能夠恢復(fù)和提高地層壓力,，降低流體粘度,，有 利于驅(qū)替滯留在"死空間"的原油發(fā)生流動(dòng)。
6,、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(guò)程中，由于粘度過(guò)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,，同時(shí) 也能控制輸油的能耗,。流變學(xué)的表征就是通過(guò)粘度來(lái)表征的。目前,國(guó)內(nèi)外一般采用加入分散劑或降粘劑來(lái)降低稠油在開(kāi)采和輸送過(guò)程中的流動(dòng)阻力,提高輸送效 率,。 在原油的開(kāi)采和輸送中,減阻劑是指能降低原油在流動(dòng)過(guò)程中流動(dòng)阻力的一類(lèi)活性物質(zhì)的總稱(chēng),。一般情況,可分為原油摻水減阻,稱(chēng)之為乳化降粘,所用的活 性劑稱(chēng)為降粘劑（viscosity reducer）。原油不摻水減阻通常稱(chēng)之為原油本體分散減阻,所用的活性劑稱(chēng)之原油分散劑 （dispersant）,。另外,還有一類(lèi)減阻劑稱(chēng)之為降摩阻劑（frictional reducer）,。 降摩阻劑與降粘劑和分散劑不同之處在于,降 摩阻劑一般不摻水或摻少量水（5%～10%）,通過(guò)改變?cè)秃徒橘|(zhì)表面的作用力,進(jìn)而減小原油的流動(dòng)阻力。而乳化降粘一般摻水為30%左右,通過(guò)改變?cè)?乳狀液的類(lèi)型,使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐运疄檫B續(xù)相,油為分散相的水包油的乳狀液,進(jìn)而降低在原油在流動(dòng)過(guò)程中的阻力,。在石油和天然氣混合管道運(yùn)輸時(shí),，對(duì)油氣混合后流 動(dòng)性的影響以及對(duì)含石蠟原油
的晰蠟點(diǎn)的研究很重要，用高溫高壓流變儀則可實(shí)現(xiàn)這方面的研究,。
二,、Brookfield 在石油流變學(xué)的測(cè)量方案
2、聚合物溶液在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行粘度測(cè)試和配方調(diào)試,，可以采用LVDV- II+Pro 粘度計(jì)或LVDV-III Ultra 流變儀,。LVDV-II+Pro 粘度計(jì)或LVDV-III Ultra 流變儀均可以測(cè)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AULA等附件,，應(yīng)用范圍更加廣泛,，另外還可通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定程序來(lái)進(jìn)行測(cè) 量，LVDV-III Ultra 流變儀單機(jī)也可以設(shè)定測(cè)量程序,，通過(guò)計(jì)算機(jī)保存和分析數(shù)據(jù),，極大的方便了客戶(hù)。
近年來(lái),，隨著各大油田日益開(kāi)采,，油量越來(lái)越少，開(kāi)采越來(lái)越困難,，采收率越來(lái)越低,，人們不得不采用更粘稠的鉆井用聚合物來(lái)進(jìn)行驅(qū)油,，我們發(fā)現(xiàn)用LV機(jī)型已經(jīng)不能滿(mǎn)足測(cè)試需要，慢慢地一些油田開(kāi)始改用RV型號(hào)的粘度計(jì),，例如大慶,、勝利和遼河油田。
3,、Brookfield 的R/S 流變儀可以通過(guò)控制剪切速率和剪切應(yīng)力兩 種方式來(lái)測(cè)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(cè)量屈服應(yīng)力，以及凝膠的蠕變性和彈性,。測(cè)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(guò)對(duì)所附帶的軟件進(jìn)行流體類(lèi)型的分析,，可以預(yù)測(cè)流體的流變學(xué)性質(zhì),，給生產(chǎn)更大的指導(dǎo)。
4,、Brookfield TT 系列在線粘度計(jì)可以測(cè)量支撐劑凝膠實(shí)時(shí)粘度,， 可以根據(jù)美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）的剪切速率511s -1測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。另外,，TT系列在線粘度計(jì)還具有耐高溫（260℃）高壓（500psi）,，測(cè)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(cè)量所得數(shù)據(jù)可以和實(shí)驗(yàn)室用粘度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)相吻合,。
