钻井液流变模式的确定.doc

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： t=D宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为： =0+pD指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为： =KDn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+1/2D1/2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。 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t与粘度计读数对应关系：t=0.511. 利用剪切速率D和剪切应力t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，表一由D=1.703n 以及=0.511 带入表一数据，处理表一得到表二如下。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=D=12600基=12600=1213=6.5(mPas)增粘=12600=1230=15(mPas)对应曲线方程为：基=6.5D增粘=15D(2)宾汉模式0 ，p=0+pD0=0.511(2300-600)p=600-3000基=0.5112300-600=0.511(29-13)=2.555MPa=2555(mPa)0增粘=2300-600=0.511222-30=7.154MPa=7154(mPa)p基=600-300=13-9=4(mPas)p增粘=600-300=30-22=8(mPas)对应曲线方程为：基=2555+4D增粘=7154+8D(3)幂律模式 K ,n=KDnn=3.322lg600300K=0.511300511nn基=3.322lg600300=3.322lg139=0.531K基=0.511300511n=0.5119511n=0.1682n增粘=3.322lg600300=3.322lg3022=0.447K增粘=0.511300511n=0.51122511n=0.690对应曲线方程为：基=0.1682D0.531增粘=0.69D0.447(4)卡森模式c，1/2=c1/2+1/2D1/2=(1.195(600-100)2c=(0.493(6100-600)2基=(1.195(600-100)2=(1.195(13-6)2=1.909(mPas)c基=(0.493(6100-600)2=(0.493(66-13)2=1.3935MPa=1393.5(mPa)增粘=(1.195(600-100)2=(1.195(30-16)2=3.116(mPas)c增粘=(0.493(6100-600)2=(0.493(622-30)2=4.5374MPa=4537.4(mPa)对应曲线方程为：基1/2=1393.51/2+1.9091/2D1/2增粘1/2=4537.41/2+3.1161/2D1/2二、对各个方程曲线画图，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=6.5D基=2555+4D基=0.1682D0.531基1/2=1393.51/2+1.9091/2D1/2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=15D增粘=7154+8D增粘=0.69D0.447增粘1/2=4537.41/2+3.1161/2D1/2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)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 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 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 由表六数据可知，卡森模式理论曲线与实测曲线方差为1004.54，最小，所以基浆+增粘剂流变模式为卡森模式。三、钻井液增粘剂对钻井液流变模式和流变参数的影响1、由此实验现象可知，增粘剂对流变模式没有造成影响，添加处理剂前后流变模式没有变化。2、添加增粘剂对流变参数有很大影响，流变参数化对比列举如下：基=12600=1213=6.5(mPas)增粘=12600=1230=15(mPas)0基=0.5112300-600=0.511(29-13)=2.555MPa=2555(mPa)p基=600-300=13-9=4(mPas)0增粘=2300-600=0.511222-30=7.154MPa=7154(mPa)p增粘=600-300=30-22=8(mPas)n基=3.322lg600300=3.322lg139=0.531K基=0.511300511n=0.5119511n=0.1682n增粘=3.322lg600300=3.322lg3022=0.447K增粘=0.511300511n=0.51122511n=0.690基=(1.195(600-100)2=(1.195(13-6)2=1.909(mPas)c基=(0.493(6100-600)2=(0.493(66-13)2