原油流变性的测定.doc

原油流变性的测定1、 实验目的1. 通过测量原有的粘度、屈服值、触变性和剪切稀释性，加深对原油流变性的流变测量的理解；2. 熟悉实验仪器的使用，掌握测量原油流变的方法；3. 了解测定原油凝点和用U型管测屈服值的方法；4. 学会对实验结果的处理分析方法。2、 仪器介绍和测量原理 本实验使用的HAAKE VT550流变仪和Brookfield DV-流变仪属Searle型（外筒固定、内同旋转）同轴圆筒旋转流变仪。HAAKE VT550流变仪可用于测量牛顿流体的动力粘度和非牛顿流体的流变性。Brookfield流变仪可用于测量牛顿流体的动力粘度。流变仪由四个主要部分组成：动力传递系统（在测量范围内可随意设定剪速)、测量头及自动控制系统、内外圆筒及恒温浴、底座。HAAKE VT550流变仪 测量粘度范围：11.0109mPa.s 剪切速率范围：0.014000s-1 牛顿流体的测量误差：2%剪切应力 （Pa)剪切速率 (1/S)粘度 （Pa.s)式中M为扭矩，为转速，h为圆筒高度。 当内外筒系统安装好后，HAAKE VT550会自动判定，并自动测量出以上剪切应力、剪切速率、粘度及其他数据。 Brookfield DV-流变仪操作简便精确，可通过菜单或计算机编程，测量流体在给定转速下的剪切力及粘度。 DV-的操作原理是通过一个标准游丝来转动一个转子（浸在被测液体里），测出流体对转子的阻力，通过旋转的转换器测出游丝扭力，决定 DV-测量范围的因素是：转子转速、转子形状及尺寸、转子所在容器，标准游丝的力矩范围。 DV-提供四组游丝力矩。3、 实验准备工作标样 50 装样50Tz测非牛顿流体流变性50测牛顿流体特性60测牛顿流体特性 （三个剪速） （三个剪速）4、 实验内容及方法1、测定某条件下原油的非牛顿流体特性大量实验证明，当油温处于凝点和+3之间时，原油呈现非牛顿流体特性：曲阜现象 触变性 剪切稀释性。此条件下的原油没有确定的动力粘度值，其流变性不仅取决于温度，而且与剪切时间、剪切速度和剪切“历史”有关，要求实验验证上述非牛顿现象。测定方法：调节超级恒温水浴并加热油样至50；装配好流变仪的圆筒系统，调节恒温水浴，接通循环水预热圆筒系统至装油温度；装油（按选用的内外圆筒系统确定装油量）；按0.51/min的降温速率降至测量温度（试样凝点以上附近），并恒温20分钟。然后进行如下的流变测量： 屈服现象，测屈服值 选剪切速率=5，开始测试和计时，读出最大剪切应力读数及其对应的粘度和时间t。 触变性： 在上述下，继续剪切，从开始计时后每隔30秒读一个数，读至2分钟；然后每隔1分钟读数，读至6分钟；然后每隔2分钟读数，直至平衡（即两个读数基本相同）。由此数据画出剪切应力、随时间t变化的曲线。 剪切稀释性： 换两个较大的剪切速率（=50,200），重复以上步骤。再利用平衡时的表观粘度进行比较。2、 测定牛顿流体粘温特性 大量实验证明，当油温高于凝点以上时，原油呈现牛顿流体特性。因此要求验证在指定温度下，原油的流变性符合流变方程，粘度仅仅是温度t的单值函数，并确定值。一般牛顿流体的粘度只与测量温度有关，根据所测数据绘出该流体的粘温曲线。 测定方法：在上述非牛顿流体实验完毕后，加热至50（根据测量要求而定），恒温20分钟，测量粘度及剪切应力。（或者利用Bookfield流变仪直接将试样加热至50）。选定3个剪速，每个剪速测量3个读数（间隔1分钟），观察是否还具有非牛顿流变性（屈服性、触变性、剪切稀释性）。求每个减速下的粘度平均值。再加热至55、60重复测量。数据处理：1.非牛顿流体依照实验数据在剪切速率5s-1下做、随时间t变化的曲线，如下图由图可以更清楚的表达非牛顿流体的触变性，即在恒定剪切速率下，剪切应力随时间连续下降，最终达到某个平衡值，也表现为表观粘度随时间连续下降。由左图剪切应力与剪切速率的关系可以看出，非牛顿流体的剪切应力与剪切速率的比值逐渐减小，即随着剪切速率的增加，非牛顿流体的表观粘度逐渐降低，存在剪切稀释性。2牛顿流体由上图可知牛顿流体的粘度只是温度的单值函数，因为在实验时均未记录仪器的尺寸参数，故只是做了扭矩与转速的定性曲线，由于剪切应力与扭矩成正比，剪切速率与转速成正比，故扭矩-转速关系定性反应剪切应力-剪切速率的线性关系，温度一定，牛顿流体的粘度与剪切速率、剪切历史无关。线性关系服从牛顿内摩擦定律。3. 如何实现流变测量？流变测量是选择简单流动方式来测定在特定历史条件下流体的物料函数，即应力、应变、应变速率、及粘度、模量等流变响应特性。对于具体的流变测量，首先应设计或选用适合工程或工艺要求的流变仪，寻求流变仪的测量原理。然后提供反应工程或工艺性质的测量方法，再次寻求无聊的流变方程，发展和检验本构方程。具体做法是对流体施加稳态剪切，可测量剪切应力剪切速率、粘度之间的关系；对流体施加瞬态或动态的剪切，在小变形或小振幅条件下，可测量粘弹性体系的粘弹性等。4动平衡流变曲线与全粘温曲线的联系及物理意义？（-t曲线、-曲线）非牛顿流体剪切应力随时间变化，但最终会达到平衡，把各剪切速率和所对应的平衡剪切应力描绘在图上，就可得一条动平衡流变曲线。而-t曲线是再初次剪切剪切应力迅速下降，随着剪切时间的延长，剪切应力不断下降最终达到平衡值，得一条剪切应力衰减曲线，再对应不同剪切速率得到不同衰减曲线。他们都反映了非牛顿流体的触变性，只不过-曲线为消除了时间效应的流变曲线，只有最终的平衡值和剪切应力的关系，更直观。实验总结 通过本次试验，我们亲自动手操作了流变仪，对流变仪的使用和原理有了深入了解，掌握了测量原油流变性的方法。通过测量原油的粘度、屈服值、触