8.2.1 泥漿性能檢測
超深井鉆探由於井深、溫度高、壓力大，對鉆井液要求嚴格。特別是在深井段，隨著深度的增加，泥漿溫度、壓力也逐漸升高，對高溫高壓條件下鉆井液性能的實時檢測尤為重要，現場泥漿工程師將根據檢測結果實時對鉆井液進行調整和完善。因此，除了API標準要求的常規檢測外，需要增加高溫檢測項目，因此需要在現場建立泥漿實驗室，並配備高溫高壓方面的檢測儀器。
需要配備的高溫鉆井液檢測儀器：高溫滾子爐、高溫高壓濾失儀（動態及靜態）、高溫流變儀等。
8.2.2 鉆井液泥漿監測系統
鉆井泥漿監測就是在鉆井過程中，對泥漿性能參數進行實時監測，存儲和間接計算，並利用這些基礎數據實時分析泥漿性能，指導鉆井施工。經過長時間的數據積累，可以為鉆井方案設計和施工提供參考依據。
在鉆井施工過程中，鉆井泥漿監測系統可對泥漿各項性能參數進行實時監測、處理和動態顯示，並結合其他鉆井參數，建立起各個參數間的數學模型。
（1）現場泥漿檢測的主要參數
鉆井液的黏度、密度、溫度、流量及泥漿罐液面高度等。
（2）鉆井泥漿監測系統組成
鉆井泥漿監測系統由現場測量儀表、通信線和計算機組成，如圖8.1 所示。現場測量儀表包括電磁流量計、液位監測計、泥漿密度監測計和泥漿黏度監測計等。下面主要就電磁流量計和密度計這兩項最主要的監測設備作介紹。
圖8.1 鉆井泥漿監測系統組成
1）電磁流量計。為了測得泥漿管道中的泥漿流量，采用電磁式流量傳感器測量流量。流量計的測量管是壹內襯絕緣材料的非導磁合金短管。2只電極沿管徑方向固定在測量管上，電極頭與襯裏內表面基本齊平。勵磁線圈以雙向方波勵磁時，將在與測量管軸線垂直的方向上產生壹工作磁場。此時，如果具有壹定電導率的流體流經測量管，將切割磁力線，感應出電動勢E。電動勢E正比於工作磁場的磁通量密度B、測量管內徑d與平均流速v的乘積，即E=kBdv（k為比例常數）。電動勢E（流量信號）由電極檢出，經過信號調理、AD（模擬數字轉換器）轉換，變成數字信號傳送給單片機，最後通過通信總線傳送給工業控制計算機。電磁流量計結構如圖8.2 所示。
2）密度計。密度計采用放射源產生的伽馬射線穿過管道中的被測介質，其中壹部分射線被介質散射和吸收，剩余部分被安裝在管道另壹邊的探測器所接收。介質吸收了多少射線，與被測介質密度成指數關系；通過相應的計算，就可得到管道中泥漿的密度。密度計采用單片機控制，通過通信總線與工業控制計算機相連。用戶可在上位機中設定參數；測量到的實時數據，也可通過通信總線傳送給上位機進行顯示、存儲。密度計結構如圖8.3所示。
（3）泥漿監測數據處理
根據現場測得的泥漿數據，采用綜合加權評分法進行編程，對泥漿多項性能指標（流動指數、塑性黏度、懸浮能力及鉆頭水眼黏度等）進行分析，以判斷泥漿質量的好壞。根據經驗和鉆井技術要求，給各項指標確定權值。流動指數對流型和洗井質量影響很大，是指標中最重要的壹個；塑性黏度不但決定了泥漿攜帶巖屑的能力，而且影響鉆進速度；泥漿凝膠強度和結構影響泥漿懸浮能力；失水量是鉆井液性能的重要參數，也是衡量泥漿護壁效果的指標之壹；鉆頭水眼黏度既影響泥漿的抗剪能力和稀釋能力，又影響鉆進速度。根據相應的權值進行計算，並考慮泥漿配比中的各種成分，可得到最優泥漿配方。另外，在影響鉆進速度的許多變量中，泥漿的性能參數是比較獨立的，只受井筒地質條件影響；但泥漿類型及其性能變化卻對鉆壓、轉速和水力因素的配合有很大影響。所以對采集到的實時泥漿數據要進行相應的處理。最優泥漿密度由下式求得：
圖8.2 電磁流量計結構
圖8.3 密度計結構
科學超深井鉆探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
式中：ρm為最優泥漿密度，kg/L；Pk為地層孔隙壓力，MPa；H為井深，m；Δρ為附加泥漿密度，常取0.03～0.05kg/L。
鉆頭鉆速和泥漿的運動黏度有壹定的關系。可根據泥漿黏度、密度和泥漿流量反算出鉆頭的機械鉆速與實際鉆速（通過測量得到）的相對比。
8.2.3 儀器控制及分析軟件初步編制
基於計算機平臺，利用VB計算機語言和相應的數據庫，編寫高溫高壓泥漿分析軟件，以高效科學地管理室內和現場泥漿數據、便捷直觀地顯示泥漿各項性能隨溫度壓力的變化圖表、科學精確地預測較高溫高壓時的泥漿性能。
Visual Basic是Microsoft公司推出的可視化的開發環境，是Windows下最優秀的程序開發工具之壹。利用Visual Basic可以開發出具有良好交互功能、良好的兼容性和擴展性的應用程序。
VB的特點：①可視化編程；②事件驅動機制；③面向對象的程序設計語言；④支持多種數據庫訪問機制。我們可以想到的程序90%都可以用VB來開發和實現。從設計新興的用戶界面到利用其他應用程序的對象，從處理文字圖像到使用數據庫，從開發小工具到大型企業應用系統，甚至通過Internet的編輯全球分布式應用程序，都可以利用VB來實現。因此，我們選用VB來進行該軟件的設計。
軟件主要功能包括：室內數據導入、現場數據導入；泥漿各項性能隨溫度壓力變化曲線，包括綜合圖和分組圖；井下具體位置的泥漿性能查詢，具體包括溫度、pH值、潤滑性、失水量、黏度、膠體率、密度，地層膨脹量，乳化效果；較高溫高壓條件下的泥漿性能預測；泥漿性能數據修改、導出、打印。
軟件結構圖：見圖8.4。
圖8.4 軟件功能結構圖
軟件數據流見圖8.5。
軟件系統包括的數據流有技術員對數據的錄入；室內實驗員對數據的錄入；軟件將泥漿數據以圖表的形式可視化顯示；管理人員對泥漿數據的查詢；管理人員對泥漿數據的修改；軟件對較高溫高壓條件下的泥漿性能進行預測；泥漿性能數據打印輸出。數據流圖如下：
圖8.5 軟件數據流程圖
可視化效果見圖8.6至圖8.11。
圖8.6 泥漿分析軟件模擬界面圖
圖8.7 溫度隨井深變化曲線
圖8.8 pH值隨溫度變化曲線
圖8.9 黏度隨溫度變化曲線
圖8.10 失水量隨溫度變化曲線
圖8.11 泥漿摩阻系數隨溫度變化曲線