孔慶文 王志遠(yuǎn) 馬 楠 付瑋琪

(1. 中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院 山東青島 266580； 2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇徐州 221116)

在水深超過(guò)800 m的深水環(huán)境中，泥線溫度在4 ℃左右，靜液壓力約8 MPa[1]。當(dāng)深水鉆井氣侵發(fā)生后，該溫壓環(huán)境會(huì)造成碳?xì)錃怏w或酸性氣體與鉆井液中水分子反應(yīng)，生成水合物固相顆粒[2]，造成井筒壓力降低，使氣侵具有隱蔽性，同時(shí)，水合物生成也會(huì)改變鉆井液流變性，使井筒壓力預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性降低[1]。當(dāng)井筒內(nèi)溫度上升和壓力下降后，水合物分解產(chǎn)生額外氣體和水分子，造成井筒壓力陡然上升，引發(fā)鉆井井筒壓力控制難的問(wèn)題。同時(shí)，在停鉆時(shí)期，水合物在鉆井液中生成，會(huì)增加防噴器的堵塞風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)嚴(yán)重的水合物流動(dòng)保障問(wèn)題[1,3-4]。因此，研究水合物生成對(duì)水基鉆井液流變性的影響，不僅有助于解決深水鉆井中水合物相變導(dǎo)致井筒壓力控制難的問(wèn)題，也為進(jìn)一步探明深水鉆井井筒中水合物堵塞機(jī)理奠定理論基礎(chǔ)。

近年來(lái)，人們對(duì)不同流動(dòng)體系內(nèi)的水合物漿液流變機(jī)理進(jìn)行了廣泛的研究。Sinquin等[5]指出水合物漿體的黏度隨著水合物濃度的增加而增加。在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)情況下，水合物漿體表現(xiàn)為牛頓流體，但當(dāng)顆粒間力足夠大時(shí)，水合物漿體表現(xiàn)出剪切稀釋行為。法國(guó)石油研究所(IFP)分析了不同的液烴相中的水合物漿液流變機(jī)理[6]，例如瀝青質(zhì)原油、酸性原油或凝析液+阻聚劑，發(fā)現(xiàn)部分水合物漿液具備剪切稀釋特性，而另一部分水合物漿液具備牛頓流體特性。在不同的系統(tǒng)之間，相對(duì)黏度可能在1～2個(gè)數(shù)量級(jí)之間變化。Webb等[7]使用低溫高壓流變儀研究了水合物漿體在油包水乳液中的流變特性，在實(shí)驗(yàn)中水合物形成過(guò)程中水合物漿體的黏度迅速增加，但當(dāng)水合物顆粒團(tuán)聚體開(kāi)始破碎時(shí)，黏度下降。水合物漿體表現(xiàn)出剪切稀釋行為。黏度和屈服應(yīng)力均隨含水率的增大而增大。Shimizu等[8]通過(guò)實(shí)驗(yàn)詳細(xì)研究了水合物在泡狀流中的形成過(guò)程，將水合物形成過(guò)程中的液流變化規(guī)律分為泡狀流、泡狀漿、親水晶體膠體泡狀體(HCCB)、甲烷水合物漿體、半親水晶體膠體、親水晶體膠體。Shi等[9]使用流變儀測(cè)量了水合物漿體在不同含水率、環(huán)境溫度和水合物阻聚劑濃度下的油包水合物乳狀液黏度，實(shí)驗(yàn)證明，水合物漿液的黏度主要受水合物濃度、連續(xù)液相黏度、水合物顆粒分散程度的影響。

雖然前人已經(jīng)針對(duì)在油包水流動(dòng)體系和不同水溶液流動(dòng)體系內(nèi)水合物漿液的流變性進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，但是對(duì)于水合物生成對(duì)水基鉆井液流變性的影響還未開(kāi)展充分的研究?？紤]黃原膠(XG)和羧甲基纖維素(CMC)是水基鉆井液常用的2種添加劑，本文開(kāi)展了含XG和CMC的水合物漿液流變性實(shí)驗(yàn)，研究了XG與CMC質(zhì)量濃度為0.2%～0.3%、水合物體積濃度0.79%～6.98%條件下甲烷水合物漿液的流變特性，對(duì)比了XG和CMC對(duì)水合物漿液流變性的影響規(guī)律，以期為深水鉆井水合物防控提供參考。

1 水合物漿液流變性實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本文利用低溫高壓水合物環(huán)路，在水平測(cè)試管段內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。水平實(shí)驗(yàn)段由3根不銹鋼水平管組成，為雙層管結(jié)構(gòu)，分別為管1、管2、管3，長(zhǎng)度分別為3.07、0.76、4.43 m。每根管道的內(nèi)徑分別為0.025 4 m和0.063 5 m。在管道1和管道2之間安裝一根長(zhǎng)度為0.3 m, 內(nèi)徑為0.025 4 m的透明聚氯乙烯(PVC)管段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，該管段最大耐壓為13.5 MPa。采用高速攝像機(jī)記錄水合物漿液在環(huán)路中流動(dòng)形態(tài)。管道4～6為連接管道1～3和離心泵的高壓柔性管道。管道和離心泵外包裹隔熱材料以避免熱量損失，達(dá)到保溫效果。通過(guò)壓力變送器和溫度表測(cè)量管道1～3內(nèi)的壓差和溫差，誤差約0.75 kPa、0.005 ℃。在真空泵和管道5之間安裝了一個(gè)緩沖瓶，防止真空泵從流動(dòng)環(huán)路中吸水。在6號(hào)管道上安裝了一臺(tái)電磁流量計(jì)，用于測(cè)量水合物漿液的體積流量。制冷壓縮機(jī)的冷卻液(最低溫度為0 ℃)通過(guò)管道的環(huán)形空間對(duì)管道內(nèi)部空間進(jìn)行冷卻，達(dá)到降溫的目的。環(huán)路系統(tǒng)通過(guò)氣瓶注氣加壓，注氣采用減壓閥控制氣瓶出口壓力，并利用電腦實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行情況，收集每個(gè)固定時(shí)間段內(nèi)的壓力、溫度、壓降和流速等實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

圖1 甲烷水合物流動(dòng)環(huán)路示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，先通過(guò)水泵多次注入去離子水清洗整個(gè)流動(dòng)環(huán)路，并吹入大量空氣干燥實(shí)驗(yàn)環(huán)路，然后利用真空泵將環(huán)路抽真空，避免環(huán)路中殘留空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成誤差。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，分別計(jì)算出實(shí)驗(yàn)所需的含氣率和持液率，并用去離子水制備質(zhì)量濃度為0.2%、0.3%的XG、CMC水溶液。用柱塞泵將制備好的XG、CMC水溶液注入環(huán)路，并注入甲烷，直到系統(tǒng)壓力達(dá)到3 MPa，此時(shí)，環(huán)路的溫壓條件低于水合物平衡條件。注氣閥全部關(guān)閉，循環(huán)泵接通，壓縮機(jī)啟動(dòng)冷卻流動(dòng)環(huán)路。在此階段，由于環(huán)路壓力和溫度條件低于甲烷水合物的相平衡條件，因此，此時(shí)環(huán)路壓力降低是由于甲烷在液相溶解所導(dǎo)致的。當(dāng)環(huán)路溫度和壓力保持恒定，液相中的甲烷已經(jīng)完全飽和。此時(shí)關(guān)閉循環(huán)泵，再次注入甲烷，直到實(shí)驗(yàn)所需的壓力條件，再重新啟動(dòng)循環(huán)泵。甲烷水合物開(kāi)始在流動(dòng)環(huán)路中生成，環(huán)路壓力開(kāi)始降低，直到水合物停止生成，環(huán)路壓力恒定。然后，通過(guò)改變泵的頻率改變水合物漿液流速，實(shí)時(shí)記錄不同流速下水合物漿液的流動(dòng)壓降。結(jié)束后，再次注入甲烷，提高環(huán)路內(nèi)水合物質(zhì)量濃度，開(kāi)始第2次實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)中，水合物體積濃度增加導(dǎo)致含氣率增大和含水率降低。由于液相飽和且甲烷氣體積不可壓縮，環(huán)路壓力降低代表了甲烷水合物生成。通過(guò)氣體狀態(tài)方程，可以計(jì)算得出甲烷氣體消耗的摩爾數(shù)，根據(jù)甲烷水合物分子式可知，甲烷氣體消耗的摩爾數(shù)即為水合物生成的摩爾數(shù)。按照上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，共進(jìn)行了12組實(shí)驗(yàn)，高速攝像機(jī)拍攝到的泵頻為32 Hz時(shí)不同添加劑濃度下水合物漿液流動(dòng)形態(tài)如圖2所示，每組實(shí)驗(yàn)的溫度壓力數(shù)據(jù)、流速、水合物濃度范圍、添加劑濃度等關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

圖2 不同濃度添加劑條件下水合物漿液流動(dòng)形態(tài)Fig .2 Flow morphology of hydrate slurry under different concentrations of additives

表1 添加劑濃度0.2%～0.3%、水合物體積濃度0.79%～6.98%條件下實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)Table 1 Experimental data under the conditions of additive concentration 0.2%～0.3% and hydrate concentration 0.79%～6.98%

2 水合物漿液流變參數(shù)預(yù)測(cè)模型

已有研究表明，在油包水流動(dòng)體系和不同水溶液環(huán)境下的水合物漿液均為非牛頓流體[5-7,12]。Delahaye等[10]開(kāi)展二氧化碳水合物漿液流變性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其流變性呈現(xiàn)非牛頓性，并建立了二氧化碳水合物漿液冪律模型。Qin Yahua等[11]研究了油包水流動(dòng)條件下天然氣水合物漿的流變行為，證實(shí)了該體系中水合物漿液具有剪切稀釋性，為冪律流體。Sun Baojiang等[12]通過(guò)多相流動(dòng)環(huán)路實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在泡狀流條件下水合物漿液在低剪切速率下表現(xiàn)為剪切稀釋性，在高剪切速率下表現(xiàn)為剪切增稠性?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)水合物漿液流變特性主要取決于水合物顆粒間的相互作用和連續(xù)相流體流變性。

Katzbauer[13]在研究中發(fā)現(xiàn)XG水溶液具有明顯的剪切稀釋性。Abdelrahim等[14]發(fā)現(xiàn)CMC溶液濃度為0.5%～2.0%、體系溫度為30～90 ℃時(shí)也具有冪律流體特征，在此條件下的CMC溶液的非牛頓流體指數(shù)n通常小于1?？紤]到水合物漿液、XG和CMC水溶液均表現(xiàn)出冪律流體特征行為，因此本文將含XG或CMC的水合物漿液假設(shè)為非牛頓流體，用冪律模型進(jìn)行描述。Metzner和Reed建立了層流條件下的非牛頓流體模型[15]，在該模型中剪切應(yīng)力與壓降、管道直徑和管道長(zhǎng)度間的關(guān)系可以表示為：

(1)

式(1)中：D為管道內(nèi)徑，m;L為管道長(zhǎng)度，m;Δp是壓降，Pa。

非牛頓流體在壁面的剪切速率γw表示為[16]：

(2)

式(2)中：vl為水合物漿體流速，m/s；n為流變指數(shù)，也稱為冪律指數(shù)，無(wú)量綱。

當(dāng)n小于1時(shí)，水合物漿體為假塑性流體， 流體的表觀黏度隨剪切速率的增加而減小。當(dāng)n大于1時(shí)，水合物漿體是一種膨脹流體。n的值由DΔp/(4L)與(8vl/D)的對(duì)數(shù)關(guān)系回歸，設(shè)為n′：

(3)

在水合物體積濃度一定時(shí)，根據(jù)Herschel-Bulkley模型[17]，基于假設(shè)含XG或CMC水合物漿液是一個(gè)冪律流體,剪切應(yīng)力τw與剪切速率γw之間的關(guān)系可以表示為：

(4)

式(4)中：K為非牛頓流體的稠度系數(shù)。

根據(jù)式(1)和式(4)，可以建立非牛頓流體的剪切強(qiáng)度表達(dá)式：

(5)

式(5)中：K′為稠度系數(shù)，為[(DΔp/4/L)，(8vl/D)n′]圖的斜率。K和K′之間的關(guān)系由下式表征[16]：

(6)

結(jié)合式(2)與式(5)可以定義水合物漿體的表觀黏度為水合物漿體在壁面上的剪切應(yīng)力τw與剪切速率γw之比：

(7)

據(jù)此，水合物漿液的剪切強(qiáng)度和表觀黏度可以分別由式(4)和式(7)進(jìn)行表征。

3 水合物漿液表觀黏度計(jì)算模型建立

3.1 剪切強(qiáng)度與剪切速率間的關(guān)系

水合物漿液的剪切強(qiáng)度隨剪切速率變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3a、b可以看出，水合物濃度增加時(shí)，水合物漿液的剪切強(qiáng)度和剪切速率間的指數(shù)關(guān)系逐漸明顯，由此可以推斷，水合物濃度的增加可以凸顯水合物漿液的非牛頓流體性質(zhì)。同時(shí)，圖3c中水合物漿液的指數(shù)行為比圖3a中更為明顯，因此，XG濃度的增加也導(dǎo)致水合物漿液的非牛頓流體特性增加。從圖3b、d可以看出，水合物漿液的剪切強(qiáng)度和剪切速率之間的關(guān)系，并未隨著CMC濃度增加呈現(xiàn)明顯變化，據(jù)此可以推斷CMC添加劑對(duì)水合物漿液流變性的影響作用要弱于XG溶液。

圖3 鉆井液添加劑濃度為0.2%和0.3%條件下水合物漿液剪切速率與剪切強(qiáng)度之間的變化規(guī)律

3.2 表觀黏度變化規(guī)律分析

不同水合物濃度條件下的水合物漿液表觀黏度隨剪切速率變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。XG溶液中水合物表觀黏度隨剪切速率的增大而減小，由此可以得出含XG的水合物漿液呈現(xiàn)明顯的剪切稀釋性，為假塑性流體。含CMC的水合物漿液表觀黏度隨剪切速率增加的變化趨勢(shì)并不統(tǒng)一，在低CMC濃度條件下水合物漿液的表觀黏度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，呈現(xiàn)剪切增稠性質(zhì)，為漲塑性流體，而在高CMC濃度條件下，表觀黏度的變化趨勢(shì)與含XG的水合物漿液類似，但是趨勢(shì)不明顯。這也說(shuō)明了在相同添加劑的條件下，XG對(duì)水合物漿液的影響作用更明顯。在恒剪切速率與添加劑濃度下，水合物濃度越高，水合物表觀黏度越大。在恒剪切速率與水合物濃度下，XG和CMC的濃度越高，水合物表觀黏度也越大。

圖4 鉆井液添加劑濃度為0.2%和0.3%條件下水合物漿液剪切速率與表觀黏度之間的變化規(guī)律

圖5詳細(xì)地對(duì)比了相同添加劑濃度和水合物濃度條件下，XG和CMC對(duì)水合物漿液流變性影響作用。從圖5的對(duì)比結(jié)果可以看出，兩種添加劑濃度為0.3%和水合物濃度約為5.3%條件下，剪切速率為100 s-1時(shí)，水合物漿液表觀黏度分別約為80與40 mPa·s，明顯高于同剪切速率與同水合物濃度下，添加劑濃度為0.2%時(shí)水合物漿液的表觀黏度，其分別為55、29 mPa·s。由此可見(jiàn)，水合物漿體的表觀黏度隨著添加劑濃度的增加而增大。同時(shí)，含XG的水合物漿液表觀黏度要明顯高于含CMC的水合物漿液表觀黏度。且隨著水合物濃度的增大，XG溶液中水合物漿液的表觀黏度下降較為明顯，CMC溶液中漿液的表觀黏度下降的范圍較小，這說(shuō)明了XG溶液的強(qiáng)剪切稀釋性會(huì)對(duì)水合物漿液的流變性產(chǎn)生較大的影響。

圖5 鉆井液添加劑對(duì)水合物漿液流變性的影響規(guī)律

3.3 塑性剪切強(qiáng)度變化規(guī)律分析

結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用origin軟件進(jìn)行擬合不同XG濃度、CMC濃度和水合物濃度條件下水合物漿液塑性剪切強(qiáng)度的變化規(guī)律，結(jié)果如圖6所示。由于XG溶液較強(qiáng)剪切稀釋性，隨著水合物濃度的增加，含XG的水合物漿液塑性剪切強(qiáng)度呈現(xiàn)線性降低趨勢(shì)，同時(shí)，XG濃度越高塑性剪切強(qiáng)度越大，由此可以證明水合物濃度的增加可以減小水合物漿液的塑性剪切強(qiáng)度。而含CMC的水合物漿液塑性剪切強(qiáng)度隨水合物濃度的變化趨勢(shì)則并不明顯，在低CMC濃度時(shí)，塑性剪切強(qiáng)度先增加后減小，在高CMC濃度時(shí)，其呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì)。但是，對(duì)比含XG的水合物漿液，其塑性剪切強(qiáng)度的變化幅度最大為未超過(guò)1Pa，因此，可以忽略不計(jì)。

圖6 水合物漿液塑性剪切強(qiáng)度隨水合物濃度的變化規(guī)律

3.4 流變指數(shù)和稠度系數(shù)變化規(guī)律分析

由式3可知，ln[DΔp/(4L)]與ln(8vl/D)間的斜率為非牛頓流體的流變指數(shù)。根據(jù)本文實(shí)驗(yàn)中水合物漿液的流動(dòng)壓降和流速，可以得到XG濃度和CMC濃度為0.2%～0.3%條件下的水合物漿液流變參數(shù)ln[DΔp/(4L)]與ln(8vl/D)間的關(guān)系，并進(jìn)而得出水合物漿液的流變指數(shù)(n)，如圖7所示。

圖7 鉆井液添加劑濃度為0.2%和0.3%條件下水合物漿液流變參數(shù)ln[DΔp/(4L)]與ln(8vl/D)之間變化規(guī)律

水合物漿液流變指數(shù)隨水合物濃度的變化規(guī)律如圖8所示。含黃原膠的水合物漿液流變指數(shù)均小于1，此時(shí)水合物漿液為假塑性流體，呈現(xiàn)剪切稀釋性，且隨著水合物濃度增加，水合物漿液流變指數(shù)n呈現(xiàn)指數(shù)性下降趨勢(shì)，由此可以推斷，水合物濃度的增加可以加強(qiáng)水合物漿液的剪切稀釋性，其兩者間的關(guān)系可以表示為式(8)。對(duì)比不同XG濃度下的兩條曲線，可以發(fā)現(xiàn)XG濃度升高也導(dǎo)致水合物漿液流變指數(shù)減小，XG濃度的增加也會(huì)加強(qiáng)水合物漿液的非牛頓特性。

圖8 水合物漿液流變指數(shù)隨水合物濃度的變化規(guī)律

(8)

式(8)中：Chydr為水合物體積濃度，%。

含羧甲基纖維素的水合物漿液流變指數(shù)則不全小于1，在CMC濃度為0.2%和0.3%，水合物漿液濃度為1.74%和0.97%條件下，其流變指數(shù)分別為1.94和1.84，此時(shí)水合物漿液為漲塑性流體，呈現(xiàn)剪切增稠性。隨著水合物濃度增加，其流變指數(shù)n的變化趨勢(shì)與含XG的水合物漿液相似，呈現(xiàn)指數(shù)性的下降趨勢(shì)，其與水合物濃度間的關(guān)系式也可以表達(dá)為式(8)。當(dāng)水合物濃度超過(guò)4%左右時(shí)，n開(kāi)始小于1，此時(shí)含CMC的水合物漿液呈現(xiàn)剪切稀釋性。由此，含CMC的水合物漿液的流變性隨著水合物濃度的增加發(fā)生了改變，這是由于在低水合物濃度條件下水合物漿液的流變特性主要取決于水合物顆粒間的碰撞，水合物顆粒間碰撞會(huì)增加水合物漿液流動(dòng)時(shí)的能量耗散，導(dǎo)致流動(dòng)壓耗增加，呈現(xiàn)剪切增稠的特性[12]。在高水合物濃度條件下，水合物顆粒間的聚結(jié)現(xiàn)象會(huì)阻礙流體流動(dòng)，流體對(duì)水合物顆粒間的剪切力會(huì)打破水合物顆粒間的聚結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致流動(dòng)阻力下降，漿液更易于流動(dòng)，所以此條件下水合物漿液呈現(xiàn)剪切稀釋性。同時(shí)，對(duì)比不同CMC濃度，可以發(fā)現(xiàn)CMC濃度的增加，也會(huì)降低水合物漿液的流變指數(shù)，因此可以推斷，當(dāng)CMC濃度足夠大時(shí)，水合物漿液也將完全呈現(xiàn)剪切稀釋性。

水合物漿液流變性隨流速增加的變化規(guī)律如圖9所示。在低流速或剪切速率條件下，XG/CMC分子高度纏結(jié)，水合物顆粒形成聚結(jié)體，表觀黏度較高，溶液流動(dòng)困難。隨著剪切速率的增大，XG/CMC分子的纏結(jié)被流體剪切力拉伸，并傾向于沿流動(dòng)方向線性排列，使水合物漿液的流動(dòng)阻力下降，漿液易于流動(dòng)。同時(shí)，聚結(jié)的水合物顆粒被流體剪切力分散成水合物顆粒，使水合物漿液易于流動(dòng)，漿液表現(xiàn)為剪切稀釋性。此外，由于CMC水溶液所具備的剪切稀釋性要弱于XG水溶液，因此，在低CMC濃度條件下，當(dāng)流速或剪切速率過(guò)高時(shí)，含CMC的水合物漿液的流變特性主要取決于水合物顆粒間的碰撞，水合物顆粒間碰撞會(huì)造成水合物漿液流動(dòng)過(guò)程中額外的能量耗散，外在表現(xiàn)為流動(dòng)壓降的升高，從而導(dǎo)致水合物漿液表觀黏度的增加，呈現(xiàn)剪切增稠性。

圖9 含XG/CMC的水合物漿液流變性隨流速增加的變化機(jī)理

水合物漿液稠度系數(shù)隨水合物濃度的變化規(guī)律如圖10所示。不同添加劑條件下的水合物漿液稠度系數(shù)均隨水合物濃度的增加，呈現(xiàn)指數(shù)性增加趨勢(shì)，稠度系數(shù)與水合物濃度間的關(guān)系可以表達(dá)為式(9)。對(duì)比不同添加劑，含XG的水合物漿液稠度系數(shù)的變化幅度更大，而含CMC的水合物漿液的稠度系數(shù)變化幅度均在0.1以內(nèi)。進(jìn)而，得到不同添加劑濃度下水合物漿液流變參數(shù)a、b、c和d具體的值，如表2所示。

圖10 水合物漿液稠度系數(shù)隨水合物濃度的變化規(guī)律

(9)

表2 水合物漿液流變參數(shù)計(jì)算系數(shù)Table 2 Calculation coefficient of rheological parameters of hydrate slurry

將式(8)和式(9)代入式(7)，可以得到水合物漿液表觀黏度計(jì)算模型，模型可以用于預(yù)測(cè)XG濃度和CMC濃度為0.2%～0.3%條件下和水合物濃度為0.79%～6.98%條件下的水合物漿液表觀黏度。本文所建模型是構(gòu)建考慮水合物相變的深水鉆井井筒多相流動(dòng)和壓降預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵基礎(chǔ)模型之一，可為預(yù)測(cè)深水鉆井井筒內(nèi)水合物生成風(fēng)險(xiǎn)和構(gòu)建水合物高效防治方案提供理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

本文開(kāi)展了水合物濃度為0.79%～6.98%、黃原膠(XG)濃度和羧甲基纖維素(CMC)濃度為0.2%～0.3%條件下的水合物漿液流變性實(shí)驗(yàn)，分析并對(duì)比了水合物濃度、XG濃度和CMC濃度對(duì)水合物漿液表觀黏度、剪切強(qiáng)度和塑性剪切強(qiáng)度等流變參數(shù)的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，含XG的水合物漿液為假塑性流體，含CMC的水合物漿液則同時(shí)具有剪切稀釋和剪切增稠的性質(zhì)，在水合物濃度0%～4%時(shí)，水合物漿液為漲塑性流體，當(dāng)水合物濃度超過(guò)4%，其為假塑性流體。隨著水合物濃度和添加劑(XG和CMC)濃度的增加，水合物漿液的表觀黏度逐漸增加。同時(shí)，水合物濃度的增加均導(dǎo)致兩種水合物漿液的流變指數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)性降低趨勢(shì)，加劇水合物漿液的剪切稀釋性?；诜桥ｎD流體冪律模型，分別構(gòu)建了含XG和含CMC的水合物漿液流變模型，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了水合物漿液流變指數(shù)和稠度系數(shù)與水合物濃度間的關(guān)系式，可為預(yù)測(cè)深水鉆井井筒內(nèi)水合物生成風(fēng)險(xiǎn)和構(gòu)建水合物高效防治方案提供理論基礎(chǔ)。