钻井液流变模式的确定

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1、中国石油大学（钻进液工艺原理）实验报告实验日期： x 成绩： 班级： x 学号： x 姓名： x 教师：x同组者： x 实验一 钻井液流变模式确定实验 一.实验目的 1. 掌握六速旋转粘度计的应用方法。2. 掌握如何判断钻井液的流型及对应流变参数的计算方法。3. 比较各流变模式与实际流变曲线的吻合程度，弄清各种模式的特点。4. 掌握钻井液增粘剂及降粘剂对钻井液流变性的影响。二.实验原理 1. 旋转粘度计工作原理电动机带动外筒旋转时，通过被测液体作用于内筒上的一个转矩，使与扭簧相连的内筒偏转一个角度。根据牛顿内摩擦定律，一定剪功速率下偏转的角度与液体的粘度成正比。于是，对液体粘度的测量就转换为内

2、筒的角度测量。2. 流变曲线类型、意义。流变曲线是指流速梯度和剪切应力的关系曲线。根据曲线的形式，它可以分为牛顿型、塑性流型、假塑性流型和膨胀性流型。为了计算任何剪切速率下的剪切应力，常用的方法是使不同流变模式表示的理想曲线逼近实测流变曲线，这样，只需要确定两个流变参数，就可以绘出钻井液的流变曲线。牛顿模式反映的牛顿液体，其数学表达式为： =宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为： =0+指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为： =卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为： 1/2=c1/2+1/21/2实际流变曲线与那一种流变模式更吻合，就把实际液体看成那种流型的流体。 三、 实验

3、仪器及药品 实验仪器：ZNN-D6型旋转粘度；高速搅拌器。 实验药品：增粘剂KPAM；降粘剂XY-27或SD-202。 四仪器使用要点 1.检查好仪器，要求； 刻度盘对零。若不对零，可松开固定螺钉调零后在拧紧。 检查同心度。高速旋转时，外筒不得有偏摆。 内筒底与杯距不低于1.3cm。 2.校正旋转粘度计 倒350m1水于钻井液杯中，置于托盘上，上升托盘，使液面与外筒刻度线对齐，拧紧托盘手轮。 迅速从高速到低速依次测量。待刻度盘读数稳定后，分别记录各转速下的稳定读数. 要求： 600=2.0格, 300=1.0格。 3.把水换成待测钻井液，重复2。 4.在钻井液中加入增粘剂搅拌10min，重复2

4、。 5.在加入增粘剂的钻井液中加入降粘剂搅拌10min，重复2。 6.实验后，关闭电源，倒出钻井液，洗净内、 外筒，擦干装好。 注意：停转后，由于静切力作用，刻度盘可能不回零，此时不需要再调零。五.实验步骤 1.熟悉旋转粘度计的使用方法。 2.检查和校正旋转粘度计。 3.测量钻井液在各剪率下的剪切应力。 六实验数据处理 剪切速率D与粘度计转速n对应关系：D=1.703n 钻井液剪切应力 与粘度计读数对应关系：=0.511. 利用剪切速率D和剪切应力 画图，判断钻井液流变模式，计算相应的流变参数，了解钻井液增粘剂和降粘剂对钻井液流变模式和流变参数的影响。 实验原始数据记录见下表，表一项 目 60

5、0 300 200 100 6 3 s1/Pa s2/Pa基 浆 13 9 7 6 4 4 70.511 120.511基 浆 +增 粘 剂 30 22 20 16 12 9 340.511500.511表 一 钻 井 液 流 变 曲 线 测 定 原 始 数 据 汇 总 表由D=1.703n 以及=0.511 带入表一数据，处理表一得到表二如下。项 目 1021.8 510.9 340.6 170.3 10.218 5.109 s1/Pa s2/Pa基 浆 6.643 4.599 3.577 3.066 2.044 2.044 3.577 6.132基 浆 +增 粘 剂 15.33 11.24

6、2 10.22 8.176 6.132 4.599 17.374 25.55表 二 钻 井 液 流 变 曲 线 测 定 原 始 数 据 处 理 汇 总 表一、计算“基浆”和“基浆增粘剂”的不同流变模式参数以备画图(1)牛顿模式 = =12600 基 =12600=1213=6.5() 增粘 =12600=1230=15()对应曲线方程为： 基 =6.5增粘 =15(2)宾汉模式 0 ， p =0+0=0.511(2300600) =6003000基 =0.511(2300600)=0.511(2913)=2.555()=2555()0增粘 =2300600=0.511(22230)=7.154

7、()=7154() 基 =600300=139=4() 增粘 =600300=3022=8()对应曲线方程为： 基 =2555+4增粘 =7154+8(3)幂律模式 K ,n =3.322600300=0.511300511基 =3.322600300=3.322139=0.531基 =0.511300511 =0.5119511 =0.1682增粘 =3.322600300=3.3223022=0.447增粘 =0.511300511 =0.51122511 =0.690对应曲线方程为：基 =0.16820.531增粘 =0.690.447(4)卡森模式 c， 1/2=c1/2+1/21/2

8、=(1.195(600 100)2=(0.493(6100 600)2基 =(1.195(600 100)2=(1.195(13 6)2=1.909()基 =(0.493(6100 600)2=(0.493(66 13)2=1.3935()=1393.5()增粘 =(1.195(600 100)2=(1.195(30 16)2=3.116()增粘 =(0.493(6100 600)2=(0.493(622 30)2=4.5374()=4537.4()对应曲线方程为：基 1/2=1393.51/2+1.9091/21/2增粘 1/2=4537.41/2+3.1161/21/2二、对各个方程曲线画

9、图，完成对比，确定基浆和处理后泥浆流变模式首先将基浆实测曲线和计算所得的4条理论曲线绘于同一坐标系内 基 =6.5基 =2555+4基 =0.16820.531基 1/2=1393.51/2+1.9091/21/2可得下图图1图 1 基浆流变模式确定图然后将基浆+增粘剂实测曲线和计算所得的4条理论曲线绘于同一坐标系内，增粘 =15增粘 =7154+8增粘 =0.690.447增粘 1/2=4537.41/2+3.1161/21/2可得下图图2图 2 基浆+增粘剂流变模式确定图观察图 1 图 2 课容易观察得，基浆满足宾汉模式，基浆+增粘剂同样满足宾汉模式。以下将采用方差分析法进行准确识别(1)

10、对基浆曲线进行方差分析计算理论曲线上的各数据点值，以备方差分析使用，数据汇总如下见表三项 目 1021.8 510.9 340.6 170.3 10.218 5.109基 浆 /mPa 6643 4599 3577 3066 2044 2044牛 顿 模 式 /mPa 6641.7 3320.85 2213.9 1106.95 66.417 33.2085宾 汉 模 式 /mPa 6642.2 4598.6 3917.4 3236.2 2595.87 2575.44幂 律 模 式 /mPa 6664.99 4612.67 3719.19 2573.96 577.829 399.901卡 森 模

11、 式 /mPa 6641.5 4700.41 3947.45 3064.75 1742.74 1636.41表 三 基 浆 流 变 曲 线 方 差 分 析 数 据 汇 总 表对以上数据进行方差分析，计算各个曲线与实测曲线的方差，可得结果见表四项 目 1021.8 510.9 340.6 170.3 10.218 5.109 与 实 际 数 据 方 差基 浆 /mPa 6643 4599 3577 3066 2044 2044 0牛 顿 模 式 /mPa 6641.7 3320.85 2213.9 1106.95 66.417 33.2085 3909.437888宾 汉 模 式 /mPa 66

12、42.2 4598.6 3917.4 3236.2 2595.87 2575.44 855.4694188幂 律 模 式 /mPa6664.99 4612.67 3719.19 2573.96 577.829 399.901 2261.794603卡 森 模 式 /mPa 6641.5 4700.41 3947.45 3064.75 1742.74 1636.41 635.9269666表 四 钻 井 液 流 变 曲 线 测 定 原 始 数 据 处 理 汇 总 表由表四数据可知，卡森模式理论曲线与实测曲线方差为 635.9，最小，所以基浆流变模式为卡森模式。(2)对基浆+增粘剂曲线进行方差分析

13、计算理论曲线上的各数据点值，以备方差分析使用，数据汇总如下见表五项 目 1021.8 510.9 340.6 170.3 10.218 5.109基 浆 +增 粘 剂 /mPa 15330 11242 10220 8176 6132 4599牛 顿 模 式 /mPa 15327 7663.5 5109 2554.5 153.27 76.635宾 汉 模 式 /mPa 15328.4 11241.2 9878.8 8516.4 7235.74 7194.87幂 律 模 式 /mPa 15276.9 11206.6 9348.94 6858.07 1950 1430.46卡 森 模 式 /mPa

14、15323.1 11504.6 9987.6 8171.47 5329.42 5090.85表 五 钻 井 液 流 变 曲 线 测 定 原 始 数 据 处 理 汇 总 表对以上数据进行方差分析，计算各个曲线与实测曲线的方差，可得结果见表六项 目 1021.8 510.9 340.6 170.3 10.218 5.109 与 实 际 数 据 方 差基 浆 +增 粘 剂 /mPa 15330 11242 10220 8176 6132 4599 0牛 顿 模 式 /mPa 15327 7663.5 5109 2554.5 153.27 76.635 11257.27552宾 汉 模 式 /mPa 15328.4 11241.2 9878.8 8516.4 7235.74 7194.87 2861.659494幂 律 模 式 /mPa 15276.9 11206.6 9348.94 6858.07 1950 1430.46 5479.825417卡 森 模 式 /mPa 15323.1 11504.6 9987.6 8171.47 5329.42 5090.85 1004.543269