钻井液流变模式的确定

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.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

2、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 = rD宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为：指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为：T = KXDn卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为：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-D矍旋转粘度；高速搅

3、拌器。实验药品：增粘剂KPAM降粘剂XY-2减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350m休于钻井液杯中，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0.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

4、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 叫粘度计转速n对应关系：D=1.703X n钻井液剪切应力 与砧度计读数对应关系：r =0.511?.利用剪切速率D和嵬切应力 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，表表一钻井液流变曲线测定原始数据汇总表项目60030020010063r

5、 s1/Par s2/Pa基浆13976447X0.51112X0.511基浆+增粘剂3022201612934X0.51150X0.511由D=1.703Xn以及r =0.511带入表一数据，处理表一得到表二如下表二钻井液流变曲线测定原始数据处理?:总表项目1021.8510.9340.6170.310.2185.109rs1/Par s2/Pa基浆6.6434.5993.5773.0662.0442.0443.5776.132基浆+增粘齐J 15.3311.24210.228.1766.1324.59917.37425.55、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

6、顿模式”t = rD。%。1 1其=彳0砂0 =彳 X 13 = 6.5(mPa -s)11“蹒=5黑30= 15(mPar)ii对应曲线方程为：T# = 6.5D震(2)宾汉模式T0 ,4pi = T0+npDI。= O.511(203oo 8的)t0 = 0,511(2% - 9S00) = 0.511(2 X 9 -13) = 2.555(MPa) = 2555(mPa) st0 , = 2% - 06M = 0511(2 X 22- 30)= 7454(MPa)=7154(阿 彷 二*一/ 13-9 = 4(阳Pt)p3I 二%-%广 30- 22 二8Hpeis) 如对应曲线方程为：

7、ts=2555140Sl=71N+S9幕律模式K ,nt = KX1Fr rrnl 600 n = 33221g-_ OSHSgQQK =511口基=33221g- = 3.3221g= 0.5310.511%皿 0.511X95113sir=0168240030= 3.3 221g= 3.3221g= 0447一善即力22511nO.5116300 0.511X22 -=0.690对应曲线方程为:卡森模式Pc,Tl/i=T(?l/2 + rij/2DVi日郎痴-隔y(。叫,嬴一%FM = (L195 佩-厢犷=(1.195(加- 6)2 = 1909 触 a s)q其二493 Q。%。- v

8、t)/ = (0.493(v16X6 - V13)a = 1393S(MPa) Er=13935 (mPa)口喇=(“95(%-瓦甘=(1.195(标-阿广3峥西 $)工,=(。493(曲弧- M就=(0493x6x 22-30)2 = 4,5374(MPa)=4S37,4(inPa)对应曲线方程为：t/= 1393M1909啊的均产=4537/+ 3.116胸山、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气=6.5DTfl = 2555+4D15 = 0,1682X00St产 1393Ml909咿可得下图图1图i基浆

9、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,L耻二 15Dt纬二 7154+册收0.69XD.2二4537/ + 3.116 啊?墟-20002004006008001000 1200剪切速率D图可得下图图2-一基浆+增粘剂牛顿模式宾汉模式吊律模式1卡森模式图2基3+ +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表三 基浆流变曲线方差分析数据汇总表项目1021.8510.9340

10、.6170.310.2185.109基浆MmPa664345993577306620442044牛顿模式r /mPa6641.73320.852213.91106.9566.41733.2085宾汉模式r /mPa6642.24598.6P 3917.43236.22595.872575.44嘉律模式r /mPa6664.994612.673719.192573.96577.829399.901卡森模式r /mPa6641.54700.413947.453064.751742.741636.41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 四表叫钻井液;笠曲线测定原始数才

11、否处理汇总表项目1021.8510.9340.6170.310.2185.109与实际数据方差基浆MmPaF 6643459935773066204420440牛顿粳式r /mPa1 6641.73320.852213.91106.9566.41733.20853909.437888宾汉模式r /mP1 6642.24598.63917.413236.22595.872575.44P 855.4694188：累律模式r /mPa16664.994612.673719.192573.96577.829399.9012261.794603-三森模式 /mPe1 6641.54700.413947.

12、453064.751742.741636.41635.9269666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 表五钻井液流变曲线测定原始数据处理汇总表项目1021.8510.9340.6170.310.2185.109基浆+增粘剂r /mPa153301124210220817661324599牛顿模式r /mPa153277663.551092554.5153.2776.635宾汉模式r /mPa 15328.411241.29878.8:

13、8516.47235.747194.87累律模式r /mPa15276.911206.69348.946858.0719501430.46卡森模式r /mPa15323.111504.69987.68171.475329.425090.85 1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，可得结果见表八表六钻井液流变曲线测定原始数据处理汇总表项目1021.8510.9340.6170.310.2185.109与实际数据方差基浆+增粘剂忑/mPa1533011242102208176613245990牛顿模式r /mPa153277663.551092554.5153.2776.6351

14、1257.27552宾汉模式r /mPa 115328.411241.2P 9878.88516.47235.747194.872861.659494累律，英式r /mPa15276.911206.69348.946858.0719501430.465479.825417卡森模式r /mPa15323.111504.69987.68171.475329.425090.851004.543269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

15、，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：1 1“其二彳0砂0 = J X 13 = 6.5(mPa -s)1 1柳广0制=-X30= 15(mPa*s)t0 = 0.511(217-%) = 0.511(2 X 9T3)= 25 *(MPa) = 2555(砒) a“口 二龟他一%加二 13一9 二4(加2口.。叽=2即 - %。= 0-511(2 X 22 - 30) = 7454(MPa = 7154(mPa)Q= 8硼一 %/ 3。一 22 二 8(用Pa s)p翱%g13ng = 33221g 产=33221g y = 03310,511%。口 0.511X9sir5113-=01682fl0030n 室玷=3.322lg 著=3,3221g = 0.4