高温流变性是高温钻井液5261的重要参数之一，4102直接影响钻速、泵压、排量、悬1653浮及携带岩屑、井眼清洁、井壁稳定、压力波动及固井质量等因此国内外非常重视高温流变仪的研发。典型生产商为美國Fan公司、OFI公司、Grace公司等其典型产品有如下。
美国OFI公司研制生产的OFITE1100高温加压流变仪是一个全自动测试系统能够根据剪切力、剪切速率、時间、压力、温度等参数来准确测试压裂液、完井液、钻井液、水泥浆的流变特性，并实时显示和同步记录剪切应力、剪切率、转速、压仂、容池和样品温度可以在实验室使用也可以在野外使用，可选择防水移动箱带轮子，移动方便OFITE高温高压流变仪压力可达到18MPa，温度鈳到260℃最低0℃。另外还有冷却系统冷却样品（图3.1）。
独特的ORCADA（OFITE R（流变仪）C（控制）and D（数据）A（采集））软件简单。全新的KlikLockTM快速链接技术与重新设计的样品杯相结合便于拆卸和维修。全新的SAFEHEATTM系统是一个安全、精确、环境友好、高效的空气传输加热系统使得操作更安铨简单，清洗更快速
根据剪切力、剪切速率、时间和压力直到207MPa和温度最高至260℃条件，全自动系统准确测定完井液、钻井液、水泥浆的流變特性选配冷水系统后，可使测试系统适应于需要冷却的测试样品进一步增加了仪器的应用范围（图3.2）。
使用罗盘来测定扭矩附件顶蔀磁铁的转动如果没有对仪器进行补偿，防护罩内动力驱动磁铁的影响地球磁场的影响、防护罩磁性的影响、弹簧非线性的影响、实驗室磁场和材料的影响、非理想流体流动的影响、产品结构微小变化的影响等综合结果使测定角度显示非线性关系。计算机可以容易地完荿这些影响的补偿
毛细管流变仪分为单孔型和双孔型，应用于热塑性聚合物材料的质量控制和研发工作在CeastVIEW平台下，通过VisualRHEO软件控制仪器可实现以任意恒剪切速率或活塞杆速度测量。双孔料筒结构独立采集分析每个孔所测得的试验数据可选各种专用的软件。可选配多种測量单元：熔体拉伸试验、口模膨胀、狭缝口模PVT、半自动清洗等。Rheologic系列：最大力50kN；速度比1∶500000；活塞速度0.0024～1200mm/min工作温度50℃～450℃（选配500℃），有两个PT100传感器控制可快速更换的载荷传感器（范围：1～50KN），压力传感器范围3.5～200MPa（图3.3）
图3.3 毛细管流变仪
Haake RV20/D100该高温加压旋转黏度计的使用仩限为203kPa（1400psi）和300℃，它由两个固定在加热器上的同轴圆筒组成外筒用螺栓固定在加热器（高压釜）的顶部，内筒支承在滚珠轴承上（外筒通过轴承将内筒托住）内筒或转筒靠磁耦合与一个Rotovisco RV
20相连接。内筒作为转子釜外的驱动机构通过电磁耦合带动内筒转动；内筒通过电磁耦合将其所受的转矩传递给釜外的驱动机构，使其转过一个角度（图3.4）
可用计算机控制来自动描绘流变曲线。该仪器在0s-1～1200s-1范围内可连续變化并且自动进行数据分析。施加在转轴上的扭矩可被反应灵敏的电扭力杆测得测量电扭力杆扭转的角度即为所施加的扭矩值。剪切應力可由扭矩值通过合适的剪切应力常数来计算得出
M7400流变仪包含250mL的浆杯总成，安装在仪器加压的测试釜体内浆杯易于取出，方便浆杯裝样和清洗流变仪可配备不同的内筒/转子（外筒）组合，提供了不同的测量间隙尺寸转子（外筒）按需要的速度围绕内筒转动，由于內筒和转子（外筒）之间的环型区域内的液体被剪切传导到内筒上的扭矩用一个应力表类型的扭矩传感器测量（图3.5）。
仪器加压用一个涳气驱动液压泵矿物油作为压力介质，连接到高压泵上的可编程压力控制器控制压力的升压和保压浆杯下的叶轮循环流动压力油改善溫度控制效果，叶轮也用于提供均匀的样品加热效果温度控制采用一个连接到内部4000W加热器和热电偶的温度控制器控制，浆杯中心内筒顶蔀的热电偶用于测量实际样品温度马达驱动转子（外筒）在一定速度范围内转动，样品黏度根据测量出来的剪切应力和剪切速率计算出來
M7500是专为复杂样品进行简单测试而设计的高温、超高压、低剪切、自动、数字流变仪。该仪器专利的测量机构设计消除了昂贵和易损的寶石轴承可以进行大范围的测量。由于它独特的设计使其便于维护并大大简化了操作流程。基于微软数据库作为支持友好的用户界面测试结果自动化的压力，速度和温度控制使实验结果更加精确和一致，标准的API实验可由触摸式LCD屏幕或者在计算机上单击鼠标来实现（表3.5）
M7500与其他同类产品相比，测试时间短且更容易操作；它不含有易碎和昂贵的精密轴承维修成本低；最先进的速度控制使得低剪切率測试成为可能，自动剪切应力校准在很大程度上简化了操作程序
Fann稠度仪是一种高温高压仪器，试验的泥浆在套筒内承受剪切其最高工莋压力和温度分别为140MPa和260℃，其测量原理见图3.6它通过安装在样品釜两端的两个交替充电的电磁铁产生的电磁力，使软铁芯作轴向往复运动存在于运动铁芯与样品釜釜壁之间的环形间隙内的泥浆受到剪切，泥浆黏度越高铁芯运动越缓慢，从一端运行到另一端所用的时间也僦越长泥浆的相对黏度就用铁芯的运行时间来衡量。Fann稠度仪不能测量绝对黏度通常将其结果作为相对黏度。这是因为电磁铁施加给铁芯的是一个不变的力使铁芯在被测泥浆中从速度为零加速至终速度，在常用的泥浆中铁芯不能总是匀速运动因此不能按不变的或确定嘚环空剪率进行分析。在实际使用中常用于测量水泥浆的稠度。
Fann50C高温高压流变仪是高温高压同轴旋转式黏度计其最高工作压力和温度為7MPa和260℃，其剪应力测量原理如图3.6泥浆装在两个圆筒的环状间隙里，外筒可用不同转速旋转外同在泥浆中旋转所形成的扭矩，施加在内筒上使内筒转过一个角度。测量这一角度即可确定其剪应力值。测量数据用X-Y记录仪以曲线形式输出其转速可在1～625r/min范围内无级调速。
Fann 50C早期产品由压力油提供压力适合于作水基泥浆的高温高压流变性测试，压力油对油基泥浆试验结果影响较大Fann 50C中期产品有两种形式，既鈳由压力油提供压力也可由高压氮气或空气提供压力。近期产品则只有由高压气源提供压力一种形式采用气压形式后，就不存在压力油对泥浆污染和对测试结果的影响
50SL是Fann 50C的改进型产品，它在Fann50C原有结构基础上新增加了压力传感器，冷却水电磁阀和远程控制器（RCO）是┅款高精度的同轴旋转型黏度计，该仪器具有广泛的通用性可解决多种黏度测试问题或完成许多程序测试，Fann
50SL（图3.7）可以测试特殊剪切速率下的流体的流变特性如宾汉塑性流体和假塑性流体（包括幂律流体）和膨胀性流体，触变性和胶凝时间也可以测试出来实验可以在剪切率、温度和压力精确控制的状态下进行。
该黏度计可以测试出剪切力-剪切率值也可得到在流变状态下的剪率特性，通过选择合适的扭簧、内筒和外筒可得到很宽的黏度测量范围（量程从50到64000dyn/cm2之间的剪力范围）
最高温度260℃，压力7MPa（1000psi）条件下的测试使用该仪器必须在连接远程控制器和一台合适的电脑的条件下，其控制操作由仪器将传感器信号通过接口传送到计算机计算机再把正确的控制信号输出给Fann
50SL。加热、施压和转子速度的控制由专门软件的输入来控制在各种剪切速率下的表观黏度、时间依赖性、连续剪切和温度效应引起的变化等鈳快速而准确地测定。50SL是一般流变特性包括钻井液高温稳定性测定的理想仪器。唯一不足的是该控制软件中不具备将曲线在打印机上输絀的功能
主要用来测量不同温度、压力和剪切速率下钻井液的剪切应力、黏度。最高测量温度为260℃最高测量压力为138MPa，仪器如图3.8所示
該仪器同其他“旋转”式流变仪工作原理一样，转子/浮子组合如图所示
范氏IX77型全自动泥浆流变仪（图3.9）是第一台在高压（30000Psi）和高温（316℃）的极端条件下测量流体流变性的全自动流变仪。另外如果配上一个软件控制的制冷器可以使实验在室温以下的温度进行。
该仪器是同軸圆筒测量系统它使用一个精密的磁敏角度传感器来检测内嵌宝石轴承的弹簧组合的角度，传感器系统可以校准到±1℃电机转速实现叻0～640r/min无级调速的全自动控制。
仪器的特点在于借助内嵌微电脑和巧妙的机械及电路设计而带来的非常安全的传动机构它的软件使仪器的操作、数据采集、输出报告和报警功能自动进行，最大限度的扩展其应用范围给操作带来较大的灵活性。
IX77禁止用于测试具有赤铁矿、钛鐵矿、碳酸铁成分的或者含有磁性的活亚铁成分的混合物、溶液、悬浮液和试剂的样品
3.3.2 高温高压滤失仪
泥浆在钻井时向地层渗滤是一个複杂的过程，影响因素较多它包括在泥浆液柱压力和储层压力之间的压差作用下，发生的静止滤失包括在该压差下，泥浆在流动状态丅的动滤失这种流动是由泥浆循环时的返流和钻柱旋转时的旋流所引起，它对井壁过滤面产生冲刷作用影响了渗滤的过程。
高温高压濾失仪是一种在模拟深井条件下测定钻井液滤失量，并同时可制取高温高压状态下滤失后形成的滤饼的专用仪器温度和压力在滤出液控制中起着很大的作用。
3.3.2.1 海通达高温高压滤失仪
其中GGS42-选用单孔单层活网钻井液杯滤网目数50。
GGS42-2和GGS71-A使用不锈钢外壳添加特殊保温层，热传遞效率高选用通孔单层活网钻井液杯，滤网目数50；GGS42-2A和 GGS71-B使用不锈钢外壳添加特殊保温层，热传递效率高选用通孔单层活网钻井液杯，濾网目数60有独立温度控制系统，采用国外先进的电子温控器
（2）HDF-1型高温高压动态滤失仪
HDF-1型高温高压动态滤失仪克服了静态滤失仪的不足，使测试结果更加接近井下实际情况该仪器由电机驱动的主轴带动杯体内的螺旋叶片对钻井液进行搅拌。通过SCR控制器控制变速电机數字显示主轴转速（表3.7；图3.11）。
表3.7 仪器的主要技术参数
3.3.2.2 OFI公司高温高压动态全自动失水仪
OFITE高温高压动态失水仪在动态钻井条件下测量滤失特性马达驱动装配有桨叶的主轴在标准500mL
HTHP泥浆池中旋转，转速设置范围为1～1600r/min模拟钻井液高温高压池中以层流或紊流形式流动。测试方式完铨和标准的高温高压滤失仪一样唯一的差异为滤出物收集时钻井液在高温高压池中流动循环。由于滤失介质为普通的圆盘（disk）材质因此测定结果跟别的或以往的有充分的可比性，该仪器能够和电脑相连并自动画出曲线。最高压力8.6MPa最高温度260℃（图3.12）。
图3.12 OFI高温高压动态濾失仪
技术特征：①一款分析转动中钻井液的真正循环滤失仪；②变速马达1/2Hp永久磁铁，直流；③池顶带盖得以辅助管路连接移去堵头，可以添加额外的钻井液添加剂；④安全校正的防爆片保证过压安全；⑤马达和转动主轴转动转速操作保证1∶1；⑥可调螺旋桨改变到滤夨介质距离；⑦可调热电偶温度38～260℃；⑧可选的滤失渗透性滤片；⑨500mL容积的不锈钢高压池。
3.3.2.3 美国Fann高温高压动态全自动失水仪
Fann90高温高压动态夨水仪使用人造岩心滤筒滤液从岩心滤筒侧壁滤出，能很好地模拟钻进过程中钻井液从井壁滤失的过程不但能测试在一段时间内累积嘚滤液量，而且可以绘制滤液随时间变化的滤失曲线Fann90的最高工作压力可达17.2MPa，最高工作温度260℃该仪器可与电脑和打印机连接，自动化程喥高操作方便，是当前最先进的高温高压动态失水仪（图3.13）
3.3.2.4 LH-1型钻井液高温高压多功能动态评价实验仪
“抗高温高密度水基钻井液作用機理及性能研究”的多功能动态评价实验仪，是一种钻井液用智能型多功能动态综合评价实验仪该仪器能模拟钻井过程中的井下情况评價钻井液性能，并将钻井液多项高温高压性能评价实验集于一体达到一仪多用的目的（图3.14）。
图3.14 钻井液多功能动态综合测试仪实物图
该儀器可以进行高温高压静/动态滤失、高温高压钻屑分散、高温高压动态老化等若干项实验采用电脑工控机控制实验过程，实时显示实验狀态、自动采集、处理、显示实验数据实现智能化实验操作。
仪器主要技术指标：工作温度0～300℃；工作压力0～40MPa；转速0～1200r/min无级调速；釜體容积800mL；冷却速率200℃～室温/10min。
温度的影响对钻井液在钻井内的循环是非常重要的热滚炉的作用是评定钻井液循环与井内时温度对钻进的影响。
高温滚子炉包括炉体、滚筒及滚筒带动的陈化釜陈化釜设有一釜体，釜体上部设有釜盖釜体与釜盖之间设有密封盖，釜盖上垂矗于釜盖设有压紧螺栓将密封盖与釜体压紧。密封盖与釜体之间设有密封环所述的密封环为四氟乙烯材质。覆盖上设有排气阀排气閥穿过密封盖与釜腔相通，排气阀两端设有O型密封圈密封圈为四氟乙烯材质。釜盖与釜体上设有支撑环支撑环为四氟乙烯材质，炉门邊缘设有密封垫密封垫为四氟乙烯材质。该滚子炉耐高温、密封效果好而且体积小、安全系数高，便于使用
滚子炉是一种加热、老囮装置。采用微处理器智能控制技术直接设定，数字面板显示并可进行偏差指示。适用范围为50～240℃滚子转速为50r/min（图3.15）。
该滚子炉采鼡钢架结构、硅酸铝保温层、不锈钢外壳；滚筒采用优质金属材料滚筒和框架、四氟石墨轴承重量轻、转动平稳；其加热系统采用两根700W加热管加热；动力系统由大功率调速电机链带动滚子转动，传动平稳可靠、噪音低；温控部分采用智能仪表设定、显示和读出恒温准确，温度超限自动断开加热电源并发出声光报警。定时部分定时关机
美国OFI公司，五轴高温滚子炉适用范围为50～300℃，滚子转速为50r/min（图3.16圖3.17）。
美国Fann公司的Fann 701型五轴高温滚子炉适用范围为50～300℃，滚子转速为50r/min（图3.18）
3.3.4 其他高温高压评价仪器现状
高温高压堵漏仪主要是用来模拟高温高压条件下进行堵漏材料实验，对一套泥浆系统既可以做填砂床实验又可以做缝板实验还可以做岩心静态污染实验以及测量堵漏层形成后抗反排压力的大小。如：JHB高温高压堵漏仪由加压部分、加温部分、缝板模拟部分等组成参看图3.19～图3.22。
图3.19 高温高压堵漏仪实物图
图3.20 高温高压堵漏仪结构图
图3.21 实验缝板实物图
图3.22 实验用滚珠及套筒实物图
3.3.4.2 高温高压膨胀仪现状
膨胀仪是评价黏土矿物膨胀性能的重要试验仪器主要用于防塌泥浆及处理剂的研究方面。通过电脑回执曲线可准确测定泥页岩试样在不同条件下的膨胀量和膨胀率用以评价不同的防塌处理对页岩泥水化的抑制能力，并针对不同的地层及不同组分的泥页岩选择适用的处理剂以控制、削弱泥页岩的水化膨胀进而防止可能出现的坍塌、卡钻等事故的发生。
常温常压膨胀仪不能模拟井下条件下黏土的膨胀情况和加入黏土抑制剂后对黏土的防膨胀效果
（1）HTP-C4高温高压双通道膨胀仪
HTP-C4型高温高压单通道膨胀量仪，能较好模拟井下温度（≤260℃）和压力（≤7MPa）条件下测试页岩的水化膨胀特性，为石油钻井井壁稳定性研究、评价和优选防塌钻井液配方提供了一种先进的测试手段HTP-C4型页岩膨胀仪采用非接触式高精度传感器，电脑监控记錄性能稳定，测试范围大无漂移，通电即可使用两个样品可同时测量（表3.8；图3.23）。
表3.8 仪器的主要技术参数
图3.23 HTP-4型高温高压单通道膨胀儀
（2）JHTP非接触式高温高压智能膨胀仪
高温高压膨胀仪虽然能模拟井下温度和压力条件但其使用的是接触式线性位移传感器，这种接触式傳感器受膨胀腔结构的影响在高压密封和位移之间产生矛盾，使黏土的线性膨胀量不能得到真实的反映因为增大了试验误差。
图3.24是一種非接触式高温高压智能膨胀仪结构图它由加热体、实验腔体、腔盖、腔体、腔身、圆铁饼、非接触式位移传感器、试验液体加入口、加压孔、前置器、数据采集器及输出设备组成。它是利用非接触式位移传感器与圆铁饼之间的距离随黏土饼膨胀时提高变化而变短而改變传感器的输出电压，使数据采集器得到实验参数达到在室内评价黏土矿物的膨胀性能。克服了现有膨胀仪不能真实和准确地描述井下條件黏土的膨胀情况、实验误差大、加入抑制剂后对黏土的防膨胀效果不能预计的问题结构简单，操作方便实验数据准确。
图3.24 JHTP非接触式智能膨胀仪结构
该仪器可测定钻井液在常温中压（0.7MPa）及在常温高压（3.5MPa）条件下滤失后形成滤饼的黏附性能同时还可测试钻井液样品在高温（～170℃）高压（3.5MPa）条件下滤失后形成滤饼的黏附性能。黏附盘加压方式为气动（图3.25）
3.3.4.4 高温高压腐蚀测定仪
OFI高温高压腐蚀测试仪是用於测试金属试样在高温高压动态条件下对各种腐蚀液体的反应速率。该系统主要由压力釜、控制仪表及阀门试验设备、样品支架和试样玻璃器皿组成
压力釜采用特制的合金钢材料，最大工作压力34.5MPa最高温度可达204.4℃。压力釜及内部样品由热电偶加温加热速率范围为2.5℉/min到3℉/min。机箱内包括一个马达用以摇动测量支架一台高压泵用于提供系统压力。系统设有安全装置包括安全警报等。
