CN113252671A - 一种油基钻井液含水率测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油基钻井液含水率测量方法，包括步骤1.利用实验室内的原料、标准容器及乳化机，配置含水率不同的油基钻井液并将其作为试验样品液。步骤2.将配置好的样品油基钻井液搅拌均匀后倒入泥浆槽，让钻井液在泥浆槽中流动，用取样盒对油基泥浆进行取样。步骤3.对于取样完成后的取样盒，将其置于高倍显微镜载物台，对取样盒里的泥浆样品进行显微拍照，并将照片传送至计算机内进行图像识别。本方法受温度、压力等因素的影响较小，在很短的延时后即可测得井底返出的油基钻井液的含水率，保证钻井的密度等参数保持在最优条件下，有利于油气开采的安全与效率。

Description

一种油基钻井液含水率测量方法

技术领域

本发明涉及流体含水率测量领域，尤其涉及一种油基钻井液含水率测量方法。

背景技术

油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点，目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用做解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。石油开采发展至今，地质条件越来越复杂，开采难度越来越大。在地质情况复杂的开采环境中，油基钻井液的应用也越来越多。油基钻井液在配置时，往往会有一定比例的水，但当钻井液进入地底后，可能会有地层水混入油基钻井液中，过多的水混入会改变油基钻井液的压力、密度等性能，进而影响钻井的效率与安全。

所以，针对油基钻井液在油气开采中的这一情况，有必要对井底返出的油基钻井液的含水率进行在线测量，以监控钻井液性质，保证开采的效率与安全。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种油基钻井液含水率测量方法，可以及时测量得到井底返出的油基钻井液的含水率，为钻井技术人员提供了可靠的钻井液信息。

本发明采用如下技术方案：

一种油基钻井液含水率测量方法，包括如下步骤：

步骤1.利用实验室内的原料、标准容器及乳化机，配置含水率不同的油基钻井液并将其作为试验样品液；

步骤2.将配置好的样品油基钻井液搅拌均匀后倒入泥浆槽，让钻井液在泥浆槽中流动，用取样盒对油基泥浆进行取样；

步骤3.对于取样完成后的取样盒，将其置于高倍显微镜载物台，对取样盒里的泥浆样品进行显微拍照，并将照片传送至计算机内进行图像识别；

步骤4.对于油基钻井液，其显微拍照得到的照片中，水和其他组分的图像特征有明显区别。利用图像识别技术捕捉出照片中水分的特征轮廓并计算其面积。用照片中水分的面积比上照片面积，得到一个面积比值，对同一含水率的试验钻井液，重复步骤1-步骤3，多次测量，取其平均值作为该含水率下对应的水分面积占比值。其余含水率的试验钻井液，也利用此方法得到各自对应的水分面积占比值。

进一步的，步骤1)中，配置的钻井液样品的含水率依次为0,5％，10％，15％，20％，25％，30％，35％，40％，45％，50％。

进一步的，步骤4)中，对于同一含水率的样品钻井液，其采样测量次数不少于n次(n≥500)，对于得到n个数据，将其按从小到大的顺序排序，剔除前10％和后10％的数据，对剩余的数据求平均值，以该平均值作为该含水率下的水分面积占比值。

进一步的，步骤2中，取样时，取样盒迎向钻井液流动方向的一侧打开，钻井液流入取样盒完成取样。

进一步的，取样盒的取样位置为泥浆槽里钻井液高度的一半。

进一步的，每次取样都是5个取样盒在同一高度下同时取样。

进一步的，两次取样的时间间隔为30s。

进一步的，取样完成后送至显微镜物镜下时，顶面打开，显微镜正对顶面拍照。

进一步的，取样盒由底板、侧板、顶板组成，这三部分围成的空间大小为长50mm，宽50mm，高3mm。底板与一支撑杆相连，侧板和顶板分别与一连接杆相连，在支撑杆上有牵引机构，用于带动连接杆运动，使取样盒开启与关闭。底板、侧板、顶板、支撑杆及连接杆的材质均为聚四氟乙烯，其化学性质稳定，耐腐蚀，耐高温。牵引机构，包括小齿轮和齿条、安装板、垫板。取样时，电机带动小齿轮转动，小齿轮又带动齿条Ⅰ转动，齿条Ⅰ通过传动使连接杆Ⅰ在竖直方向上向上运动，带动侧板开启。取样盒内腔体积很小，极短时间就可装满钻井液，故设定侧板开启3s后，小齿轮反向转动，使连接杆Ⅰ竖直向下运动，带动侧板向下以关闭取样盒。取样盒放置在高倍显微镜载物台上后，电机带动安装板上的齿轮转动，连接杆Ⅱ端部具有齿，并且与齿轮啮合，使得连接杆Ⅱ在水平向右运动，带动顶板向右开启，设定取样拍照时间为3s，3s后，安装板上的小齿轮反向转动，带动连接杆Ⅱ水平向左运动以关闭顶板。支撑杆的作用是稳定支撑取样盒。取样盒内腔厚度为3mm。

进一步的是，根据水分面积占比值，建立含水率与面积比值的关系式，将此关系式作为后续含水率测量的计算式。

本发明的有益效果：

本发明利用图像识别的原理，利用计算机来识别高倍显微拍照得到的油基钻井液照片中的水分特征图像，并求水分面积与照片面积的比值。不同含水率下，其比值不同。通过大量的取样试验，建立了水分面积占比值与含水率的对应关系。

本发明受温度、压力等因素的影响较小，在较短的延时后即可测得井底返出的油基钻井液的含水率，可以为钻井技术人员提供可靠的钻井液信息，在返出钻井液含水率发生变化时，技术人员能及时调整油基钻井液的密度，以保证钻井的效率与安全。

附图说明

图1为含水率测量的正视图；

图2为含水率测量的俯视图；

图3为取样盒示意图；

图4为取样时取样盒示意图；

图5为拍照取样盒示意图；

图6为齿条Ⅰ与连接杆Ⅰ的连接示意图；

图7为安装板与连接杆Ⅱ的连接示意图；

图8为本发明的步骤流程图。

图中，1-取样盒、2-泥浆槽、3-钻井液、4-底板、5-侧板、6-顶板、7-支撑杆、8-连接杆Ⅰ、9-连接杆Ⅱ、10-高倍显微镜、11-齿条Ⅰ、12-安装板、13-垫板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明可适用于采用油基钻井液进行油气开采的生产现场，对井底返出的油基钻井液进行取样，然后采用显微拍照和图像识别的方法，计算出水分面积在照片中的占比，以此来得出油基泥浆含水率。

如图1、图8所示，本发明的一种油基钻井液含水率测量方法，包括以下步骤：

步骤1.配置钻井液

利用实验室内的原料、标准容器和高剪切乳化机，配置含水率不同的油基钻井液，配置的油基钻井液，其含水率分别为5％，10％，15％，20％，25％，30％，35％，40％，45％，50％。将配置好的钻井液3作为样品钻井液3，用于后续试验。

步骤2.导入泥浆槽内

将步骤1中配置的钻井液3倒入泥浆槽2里，让钻井液3在泥浆槽2中流动，用取样盒对流动着的钻井液样品进行取样。取样时，取样盒1迎向钻井液3流动方向的一侧打开，钻井液3流入取样盒1。取样盒1的取样位置为泥浆槽2里钻井液3高度的一半，每次取样都是5个取样盒1在同一高度下同时取样，如图1、图2、图3、图4所示，且两次取样的时间间隔为30s。

步骤3.拍照处理

对于完成取样的取样盒1，将其送至高倍显微镜10的载物台，用高倍显微镜10对其做显微拍照。拍照时，取样盒1的顶板6打开，以便显微镜拍照，如图5所示。拍照好的照片传输至计算机里做图像识别处理。

进一步的，取样盒1由底板4、侧板5、顶板6组成，底板4、侧板5、顶板6的材质均为聚四氟乙烯，厚度都为5mm，围成的取样体积为长50mm、宽50mm、高3mm。底板4与支撑杆7相连，侧板5与连接杆Ⅰ8相连，顶板6与连接杆Ⅱ9相连，连接杆Ⅰ8装在侧板5的端面，用于带动侧板的开启、关闭；连接杆Ⅱ9装在顶板的侧面，用于拍照时带动顶板开启、关闭，并且不会阻挡镜筒视野。

如图6-7所示，取样盒由底板4、侧板5、顶板6组成，这三部分围成的空间大小为长50mm，宽50mm，高3mm。底板4与一支撑杆7相连，侧板5和顶板6分别与一连接杆相连，在支撑杆7上有牵引机构，用于带动连接杆运动，使取样盒开启与关闭。底板4、侧板5、顶板6、支撑杆7及连接杆的材质均为聚四氟乙烯，其化学性质稳定，耐腐蚀，耐高温。牵引机构，包括小齿轮和齿条、安装板12、垫板13。取样时，电机带动小齿轮转动，小齿轮又带动齿条Ⅰ11转动，齿条Ⅰ11通过传动使连接杆Ⅰ8在竖直方向上向上运动，带动侧板5开启。取样盒内腔体积很小，极短时间就可装满钻井液，故设定侧板开启3s后，小齿轮反向转动，使连接杆Ⅰ8竖直向下运动，带动侧板5向下以关闭取样盒。取样盒放置在高倍显微镜载物台上后，电机带动安装板12上的齿轮转动，连接杆Ⅱ9端部具有齿，并且与齿轮啮合，使得连接杆Ⅱ9在水平向右运动，带动顶板6向右开启，设定取样拍照时间为3s，3s后，安装板上的小齿轮反向转动，带动连接杆Ⅱ9水平向左运动以关闭顶板6。支撑杆的作用是稳定支撑取样盒。取样盒内腔厚度为3mm。

步骤4.计算分析

油基钻井液的组分复杂，但在显微照片里，其中的水分图像轮廓与其他组分的图像特征有显著区别，采用图像识别技术，捕捉出水分的图像轮廓并计算其面积。将水分面积与照片面积做比较，得到一个水分面积占比值。为了保证准确的测量结果，对同一含水率的钻井液样品取样1000次，将1000个计算结果按从小到大的顺序排列，然后剔除前10％和后10％的数据，对剩余数值求平均值，以该平均值作为该含水率对应的水分面积占比值。

步骤5.重复实施得到含水率

对配置的多个样品钻井液3，每个含水率下的钻井液3都按前述步骤1-3进行取样、拍摄、计算，从而求得各个含水率对应的水分面积占比值。

进一步的是，根据水分面积占比值，建立含水率与面积比值的关系式，将此关系式作为后续含水率测量的计算式。

实施例

在实验室中配置了含水率为0、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％的油基钻井液，用高剪切乳化机对每种钻井液进行充分乳化搅拌，搅拌均匀后倒入泥浆槽中进行取样、拍照、计算、数据处理，得到的测试结果如下表所示：

针对上表中的数据，拟合公式为y＝1.0604x-0.1664。，式中y为含水率(％)，x为水分面积占比(％)。

对于已建立拟合公式的测量模型，从钻井现场的3口生产井返出泥浆罐中取得3种油基钻井液，使用测量装置对其进行取样、拍照、计算。得到的三组面积占比为11.34％、26.94％、36.64％，采用拟合公式计算得出含水率分别为11.85％、28.40％、38.68％。采用干燥法测得的这三种钻井液含水率为12.2％、27.63％、37.72％。以上结果表明测量装置得含水率测量结果可靠，可以用于生产现场测量。

对于已知的含水率值与水分面积占比值，将二者进行数据拟合，得到最终的含水率与面积比值的对应关系式，将这个关系式录入到计算机中，则在以后的测量中，可以根据图像识别和计算的面积占比结果，求得该计算值对应的含水率值，即完成了油基钻井液含水率的测量。

本发明的测量方式在很短的时间内就能测出取样的钻井液含水率，可以为钻井技术人员提供准确及时的油基钻井液性能信息，在井底返出的钻井液含水率发生变化时，可以迅速做出相应的调整。保证钻井的密度等参数保持在最优条件下，有利于油气开采的安全与效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.利用实验室内的原料、标准容器及乳化机，配置含水率不同的油基钻井液并将其作为试验样品液；

步骤2.将配置好的样品油基钻井液搅拌均匀后倒入泥浆槽，让钻井液在泥浆槽中流动，用取样盒对油基泥浆进行取样；

步骤3.对于取样完成后的取样盒，将其置于高倍显微镜载物台，对取样盒里的泥浆样品进行显微拍照，并将照片传送至计算机内进行图像识别；

步骤4.对于油基钻井液，其显微拍照得到的照片中，水和其他组分的图像特征有明显区别,利用图像识别方法捕捉出照片中水分的特征轮廓并计算其面积，用照片中水分的面积比上照片面积，得到一个面积比值；

对同一含水率的试验钻井液，重复步骤1-步骤3，多次测量，取其平均值作为该含水率下对应的水分面积占比值。

2.根据权利要求1所述的油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，步骤1)中，配置的钻井液样品的含水率依次为0,5％，10％，15％，20％，25％，30％，35％，40％，45％，50％。

3.根据权利要求1所述的油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，取样盒由底板、侧板、顶板组成，底板与一支撑杆相连，侧板和顶板分别与一连接杆相连，在支撑杆内有牵引机构，用于带动连接杆运动，使取样盒开启与关闭。

4.根据权利要求1所述的油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，步骤2中，取样时，取样盒迎向钻井液流动方向的一侧打开，钻井液流入取样盒完成取样。

5.根据权利要求1所述的油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，取样时，取样盒的取样位置为泥浆槽里钻井液高度的一半。

6.根据权利要求1所述的油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，每次取样都是5个取样盒在同一高度下同时取样。

7.根据权利要求1所述的油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，取样完成后送至显微镜物镜下时，取样盒顶面打开，显微镜正对取样盒顶面拍照。

8.根据权利要求1所述的油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，步骤4)中，对于同一含水率的样品钻井液，其采样测量次数不少于n次，n≥500，对于得到n个数据，将其按从小到大的顺序排序，剔除前10％和后10％的数据，对剩余的数据求平均值，以该平均值作为该含水率下的水分面积占比值。

9.根据权利要求8所述的油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，两次取样的时间间隔为30s。

10.根据权利要求1所述的油基钻井液含水率测量方法，其特征在于，还包括根据水分面积占比值，建立含水率与面积比值的关系式，将此关系式作为后续含水率测量的计算式。

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