井下粘性流体的流变性检测装置和测试方法与流程

本发明涉及井下流体物性测试，具体地，涉及一种井下粘性流体的流变性检测装置和一种井下粘性流体的流变性测试方法。

背景技术：

1、原油流变特征是原油的一项重要性质，对油气田开发具有重要意义。原油的流变性主要受原油组分及各组分的状态影响，因此脱气原油的流变性难以反应地层原油的实际情况。复配的活油有时难以还原底层原油的状态。而高压物性取样难度较大，且我国原油普遍重质，高压物性取样过程中温度和压力变化可能引起沥青质发生不可逆析出。例如准格尔盆地的深层油层，地层温度100℃，冬天地表温度可达-30℃，取样过程中温度控制难度大。因此，在井筒中开展原油流变性检测与储层原油的状态最接近，测试结果更具代表性，且井下测试原油流变性，污染更小，更绿色环保。

2、现有的原油性质测定方法较多，包括：旋转法、毛细管法、落体法、超声波法、振动法、核磁共振法、光散射以及光谱法等。

3、(1)旋转法基于牛顿内摩擦定律测定原油流变性，原理简单、测试精度高、技术非常成熟，通过采用不同类型的转子或夹板，可以测定非牛顿流体的多项流变性质。但大部分旋转法是在常温常压条件下测得流体的流变性，利用旋转法测定井下含气原油流变性的相关工具及研究很少。

4、(2)毛细管法基于泊肃叶方程计算黏度，可用于高温高压条件下的原油黏度测试，但较少用毛细管法测定原油流变性，利用毛细管法井下原油流变性测试的相关工具及研究很少。

5、(3)落体法基于斯托克斯定律计算流体黏度，该方法不能用于计算流体的流变性，将落体法用于井下原油流变性测试的工具及研究很少。

6、(4)超声波法和振动法基于波场能量衰减来测定流体的黏度，mason和mcskimin于1949年就提出利用超声波测量液体的剪切弹性和黏度。随着声波测井技术的发展，超声波常被用来测定井下原油的黏度，例如，公开日为2021年2月2日、公开号为cn112304806a的中国专利文献提出井下超声粘度测量装置及其测量方法。但超声波法和振动法的精度低于传统方法。

7、(5)核磁共振技术可以通过弛豫时间计算原油黏度，也常被用于测定井下原油的黏度。例如，中海油田服务有限公司于2013年开始进行井下原油核磁分析来实时获得原油黏度。但核磁测定原油黏度的方法，精度较低，且受到诸多因素的影响。

8、(6)光散射和光谱法等基于红外线、射线、粒子流等，通过散射、折射、吸收等物理作用计算原油黏度，很多技术还不成熟，计算精度较低，且部分方法本身对黏度产生影响。

9、目前，井下测试技术已经比较成熟。维斯公司于2002年研制出小直径重复式电缆地层测试器；威德福公司于2005年推出了耐高温高压的井下测试工具；美国斯伦贝谢公司于2005年研制出电缆快速地层测试器；哈里伯顿公司于2007年也推出功能相似的小直径重复式电缆地层测试器。但测试地层原油流变性的测试工具较少。因此，有必要提供一种能够在井下原位测试高温高压原油流变性的井下原油流变性检测装置，以使结果更符合油藏的实际情况。

技术实现思路

1、针对现有技术中缺少测试地层原油流变性的原油流变性检测装置的技术问题，本发明提供了一种粘性流体的流变性检测装置及其测试方法，采用该流变性检测装置能够基于旋转法在地层中直接测定原油的流变性，从而确定特定深度下的原油流变性。

2、进一步地，针对现有技术中原油流变性检测装置无法直接原位测试井下高温高压原油流变性的技术问题，本发明还提供了另一种粘性流体的流变性检测装置及其测试方法，采用该流变性检测装置能够基于旋转法在高温高压条件下原位测定原油的流变性，从而明确不同深度的压力及温度条件对原油流变性的影响。

3、为实现上述目的，本发明一方面提供了一种井下粘性流体的流变性检测装置，所述流变性检测装置包括第一壳体、盖体、旋转部件、扭力检测模块和动力模块；其中，第一壳体的一端具有至少一个开口，第一壳体的内部具有第一腔体，第一腔体能够储存待测试的粘性流体；盖体与第一壳体设置有开口的一端活动连接，能够开启或关闭所述第一腔体；扭力检测模块通过转轴分别与旋转部件和动力模块连接；动力模块被配置为向转轴提供旋转动力；扭力检测模块被配置为能够将旋转动力传递到旋转部件，并确定旋转部件所受到的扭力；旋转部件被配置为能够在粘性流体中旋转。

4、在本发明的一个示例性实施例中，所述流变性检测装置还可以包括与第一壳体的另一端固定连接的第二壳体，第二壳体的内部具有第二腔体，第一腔体与第二腔体彼此连通，第二腔体能够储存与所述粘性流体不相溶的润滑剂，且旋转部件位于第一腔体中，扭力检测组件和动力模块位于第二腔体中。

5、在本发明的一个示例性实施例中，所述流变性检测装置还可以包括压力测试模块和温度测试模块，压力测试模块被配置为能够监测流变性检测装置的外部流体压力，温度测试模块被配置为能够监测流变性检测装置的外部流体温度。

6、在本发明的一个示例性实施例中，所述第一壳体设置有开口的一端可以设置有数据接口，所述第一腔体中可以设置有数据传输通道，所述流变性检测装置还可以包括数据传输模块，所述数据传输模块分别与所述扭力检测模块、所述动力模块、所述压力测试模块和所述温度测试模块连接，被配置为能够通过数据传输通道将各模块的检测数据传输至数据接口。

7、在本发明的一个示例性实施例中，所述流变性检测装置还可以包括与盖体固定连接的控制模块，所述控制模块被配置为能够控制盖体进行转动，以使盖体开启或关闭第一腔体。

8、在本发明的一个示例性实施例中，所述第一壳体上可以设置有限位件，所述限位件能够限制盖体的运动范围。

9、在本发明的一个示例性实施例中，所述流变性检测装置还可以包括与第二壳体连接的配重，所述配重能够将第二腔体中的热量传递至流变性检测装置外部的粘性流体中。

10、在本发明的一个示例性实施例中，所述流变性检测装置还可以包括供电组件，所述供电组件被配置为能够向流变性检测装置提供电力。

11、本发明另一方面提供了一种井下粘性流体的流变性测试方法，通过如上所述的流变性检测装置实现，所述流变性测试方法包括以下步骤：

12、将所述流变性检测装置下放至待测试的粘性流体内预定深度，并打开盖体以使粘性流体淹没所述旋转部件；

13、关闭盖体，控制旋转部件在预定转速下旋转，并基于旋转部件所受到的扭力，计算当前剪切速率下的粘性流体黏度；

14、改变旋转部件的转速，测定不同剪切速率下的粘性流体黏度，获得预定深度下粘性流体的变剪切黏度曲线和流变方程。

15、在本发明的另一个示例性实施例中，所述流变性测试方法还可以包括以下步骤：将所述流变性检测装置下放至待测试的粘性流体内不同深度下，在每一下放深度，重复转速控制和粘性流体黏度测定步骤，以获取不同深度下粘性流体的变剪切黏度曲线和流变方程，并获取不同深度下外部流体温度和外部流体压力，以确定不同深度的压力及温度条件对粘性流体的流变性影响。

16、在本发明的另一个示例性实施例中，在测试粘性流体的流变性之前，可以先关闭盖体，测定不同转速条件下旋转部件受到的初始扭力，并进行扭力校零处理，以及测定不同转速条件下的外部流体温度变化情况，确认温度修正系数。

17、在本发明的另一个示例性实施例中，可以在下放所述流变性检测装置之前，将所述流变性检测装置浸泡入润滑剂中，并保持第一腔体内充满空气，第二腔体内充满润滑剂。

18、通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：

19、(1)本发明提供了一种无需开展井下高压物性取样，就能测定井下含气原油的流变特征的检测装置以及测试方法，通过原位测定地层原油的流变性，避免了取油样过程导致的原油性质变化，使测试结果更符合油藏的实际情况；

20、(2)本发明提供的流变性检测装置以及测试方法还能够测定不同深度的压力及温度条件对原油流变性的影响，相较于高压物性取样及在地面模拟地层温度、压力条件测定原油流变性，井下原位测试的成本更低，同时还能够节省测试时间；

21、(3)本发明还考虑了工具本身产生热量的问题，通过添加水溶性润滑剂和配重等方式来促进检测装置与井下流体间的热交换，减少了电子元件生热对测试结果的影响；

22、(4)考虑到目前原油相态分析的价格，井下工具及工具下井并原位测定原油流变性的成本要低于高压物性取样及高温高压原油流变性测试的成本，本发明的流变性检测装置在经济上可行。

23、本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种井下粘性流体的流变性检测装置，其特征在于，所述流变性检测装置包括第一壳体、盖体、旋转部件、扭力检测模块和动力模块；其中，

2.根据权利要求1所述的井下粘性流体的流变性检测装置，其特征在于，所述流变性检测装置还包括与第一壳体的另一端固定连接的第二壳体，第二壳体的内部具有第二腔体，第一腔体与第二腔体彼此连通，第二腔体能够储存与所述粘性流体不相溶的润滑剂，且旋转部件位于第一腔体中，扭力检测组件和动力模块位于第二腔体中。

3.根据权利要求1或2所述的井下粘性流体的流变性检测装置，其特征在于，所述流变性检测装置还包括压力测试模块和温度测试模块，压力测试模块被配置为能够监测流变性检测装置的外部流体压力，温度测试模块被配置为能够监测流变性检测装置的外部流体温度。

4.根据权利要求3所述的井下粘性流体的流变性检测装置，其特征在于，所述第一壳体设置有开口的一端设置有数据接口，所述第一腔体中设置有数据传输通道，所述流变性检测装置还包括数据传输模块，所述数据传输模块分别与所述扭力检测模块、所述动力模块、所述压力测试模块和所述温度测试模块连接，被配置为能够通过数据传输通道将各模块的检测数据传输至数据接口。

5.根据权利要求3所述的井下粘性流体的流变性检测装置，其特征在于，所述流变性检测装置还包括与盖体固定连接的控制模块，所述控制模块被配置为能够控制盖体进行转动，以使盖体开启或关闭第一腔体。

6.根据权利要求5所述的井下粘性流体的流变性检测装置，其特征在于，所述第一壳体上设置有限位件，所述限位件能够限制盖体的运动范围。

7.根据权利要求2所述的井下粘性流体的流变性检测装置，其特征在于，所述流变性检测装置还包括与第二壳体连接的配重，所述配重能够将第二腔体中的热量传递至流变性检测装置外部的粘性流体中。

8.根据权利要求3所述的井下粘性流体的流变性检测装置，其特征在于，所述流变性检测装置还包括供电组件，所述供电组件被配置为能够向流变性检测装置提供电力。

9.一种井下粘性流体的流变性测试方法，通过权利要求1～8中任一项所述的流变性检测装置实现，其特征在于，所述流变性测试方法包括：

10.根据权利要求9所述的井下粘性流体的流变性测试方法，其特征在于，所述流变性测试方法还包括：

11.根据权利要求9或10所述的井下粘性流体的流变性测试方法，其特征在于，在测试粘性流体的流变性之前，先关闭盖体，测定不同转速条件下旋转部件受到的初始扭力，并进行扭力校零处理，以及测定不同转速条件下的外部流体温度变化情况，确认温度修正系数。

12.根据权利要求11所述的井下粘性流体的流变性测试方法，其特征在于，在下放所述检测装置之前，将所述检测装置浸泡入润滑剂中，并保持第一腔体内充满空气，第二腔体内充满润滑剂。

技术总结
本发明提供一种井下粘性流体的流变性检测装置和测试方法，属于井下流体物性测试领域。所述检测装置包括第一壳体、盖体、旋转部件、扭力检测模块和动力模块，第一壳体具有至少一个开口和第一腔体，用于储存待测试的粘性流体；盖体与第一壳体活动连接，用于开启或关闭第一腔体；扭力检测模块通过转轴分别与旋转部件和动力模块连接，动力模块用于向转轴提供旋转动力，扭力检测模块用于确定旋转部件所受到的扭力，旋转部件用于在粘性流体中旋转。本发明的检测装置通过电缆下到井下，基于密度确定各深度的流体，并测定各深度的原油黏度。该装置通过旋转法原位测定原油的流变性，以减少取油样过程导致的原油性质变化，使结果更符合油藏的实际情况。

技术研发人员：唐永强,王海涛,崔茂蕾,胡伟,杨阳,伦增珉
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23