鉆井液流變模式的確定

1、中國(guó)石油大學(xué)（鉆進(jìn)液工藝原理）實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期：W成績(jī)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：X姓名:x教師:x同組者：X實(shí)驗(yàn)一鉆井液流變模式確定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆樟傩D(zhuǎn)粘度計(jì)的應(yīng)用方法。掌握如何判斷鉆井液的流型及對(duì)應(yīng)流變參數(shù)的計(jì)算方法。比較各流變模式與實(shí)際流變曲線(xiàn)的吻合程度，弄清各種模式的特點(diǎn)。掌握鉆井液增粘劑及降粘劑對(duì)鉆井液流變性的影響。實(shí)驗(yàn)原理旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)工作原理電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)外筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)被測(cè)液體作用于內(nèi)筒上的一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使與扭簧 相連的內(nèi)筒偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，一定剪功速率下偏轉(zhuǎn)的角度與 液體的粘度成正比。于是，對(duì)液體粘度的測(cè)量就轉(zhuǎn)換為內(nèi)筒的角度測(cè)量。流變曲線(xiàn)類(lèi)型、意義。流變曲線(xiàn)是指流速梯度和剪切應(yīng)力的

2、關(guān)系曲線(xiàn)。根據(jù)曲線(xiàn)的形式，它可以分 為牛頓型、塑性流型、假塑性流型和膨脹性流型。為了計(jì)算任何剪切速率下的剪 切應(yīng)力，常用的方法是使不同流變模式表示的理想曲線(xiàn)逼近實(shí)測(cè)流變曲線(xiàn)，這樣， 只需要確定兩個(gè)流變參數(shù)，就可以繪出鉆井液的流變曲線(xiàn)。牛頓模式反映的牛頓液體，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：t = r|D賓漢模式反映的是塑性液體，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：丁 =4 +咿指數(shù)模式反映的是假塑性流體，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：T = K X ZT卡森模式反映的是一種理想液體，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：實(shí)際流變曲線(xiàn)與那一種流變模式更吻合，就把實(shí)際液體看成那種流型的流 體。實(shí)驗(yàn)儀器及藥品實(shí)驗(yàn)儀器：ZNN-D6型旋轉(zhuǎn)粘度；高速攪拌器。實(shí)驗(yàn)藥品：增粘劑

3、KPAM ；降粘劑XY-27或SD-202。儀器使用要點(diǎn)檢查好儀器，要求；刻度盤(pán)對(duì)零。若不對(duì)零，可松開(kāi)固定螺釘調(diào)零后在擰緊。檢查同心度。高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，外筒不得有偏擺。內(nèi)筒底與杯距不低于1.3cm。校正旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)倒350m 1水于鉆井液杯中，置于托盤(pán)上，上升托盤(pán)，使液面與外筒刻度線(xiàn) 對(duì)齊，擰緊托盤(pán)手輪。迅速?gòu)母咚俚降退僖来螠y(cè)量。待刻度盤(pán)讀數(shù)穩(wěn)定后，分別記錄各轉(zhuǎn)速下的 穩(wěn)定讀數(shù).要求：0 600=2.0格,0 300=1.0格。把水換成待測(cè)鉆井液，重復(fù)2。在鉆井液中加入增粘劑攪拌10min，重復(fù)2。在加入增粘劑的鉆井液中加入降粘劑攪拌10min，重復(fù)2。實(shí)驗(yàn)后，關(guān)閉電源，倒出鉆井液，洗凈內(nèi)、外筒，擦

4、干裝好。注意：停轉(zhuǎn)后，由于靜切力作用，刻度盤(pán)可能不回零，此時(shí)不需要再調(diào)零。實(shí)驗(yàn)步驟熟悉旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的使用方法。檢查和校正旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)。測(cè)量鉆井液在各剪率下的剪切應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理剪切速率D與粘度計(jì)轉(zhuǎn)速n對(duì)應(yīng)關(guān)系：D=1.703Xn鉆井液剪切應(yīng)力 與粘度計(jì)讀數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系：T =0.5110.利用剪切速率D和剪切應(yīng)力畫(huà)圖，判斷鉆井液流變模式，計(jì)算相應(yīng)的流變 參數(shù)，了解鉆井液增粘劑和降粘劑對(duì)鉆井液流變模式和流變參數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)下表，表一表一鉆井液流變曲線(xiàn)測(cè)定原始數(shù)據(jù)匯總表項(xiàng)目0 6000 3000 2000 1000 60 3T s1/PaT s2/Pa基漿13976447X0.51112X

5、0.511基漿+增粘劑3022201612934X0.51150X0.511由D=1.703Xn以及T =0.511小帶入表一數(shù)據(jù)，處理表一得到表二如下。表二鉆井液流變曲線(xiàn)測(cè)定原始數(shù)據(jù)處理匯總表項(xiàng)目1021.8510.9340.6170.310.2185.109T s1/PaT s2/Pa基漿6.6434.5993.5773.0662.0442.0443.5776.132基漿+增粘孑可 15.3311.24210.228.1766.1324.59917.37425.55、計(jì)算“基漿”和“基漿+增粘劑”的不同流變模式參數(shù)以備畫(huà)圖牛頓模式nt = r|D1 1門(mén)基= - X 13 = 6.5(mP

6、as)1 1門(mén)堆祜=2 0600 = 2 X 30 = 15(mPas)對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)方程為：t 基=6.5Dt增袖=15D賓漢模式TTo = O.511(20aoo B 海)門(mén)印= 300t0_ = 0.511(2G300 - 0600) = 0.511(2X 9 一 13) = 2.555(MPa) = 2555(mPa)S = 203OO - 06OO = 0.511(2 X 22 - 30)= 7.154(MPa) = 7154(mPa)門(mén)=e6O0 - boo = 13 9 = 4(mPa - s)門(mén) = e6oo 一 e3oo = 30- 22 = 8(mPa - s)對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)方程為：t

7、基=2555-F 4D5 = 7154+8D冪律模式K ,nr = KXDnn = 3.322lg6CC300K _ O.51103()on 基=3.322lg| = 3.32Nlg? = 0.5310.511%回0.511 X 9K = = 0.1682蚤 511511%殆=3.322也黔=3.322磋=0.4470.511 務(wù)50.511 X 22K 橫汕=0.690單咕 511511對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)方程為:t基=0.1682 X D1531 = 0.69X0（4）卡森模式T c， 8故。心+危如1典= (1.195(、用-應(yīng))T玲= (0.493(寸瓦;寸氧;)基=(1.195(寸商一寸&) =

8、 (L195(VE一龍)T= L909(mFRs)七基=(0.493(砧I。一= (0.493(V6 X 6 - Vis)2 = 1.3935(MPa)=1393.5(mPa)tig 增沿=(1.195(-寸氧)/ = (1.195(730-、云計(jì)=3.116(mPas)L增殆=(眼93(優(yōu)瓦 一寸頑)/ = (0.493(V6 X 22 -面)/ = 4.S374(MP日)=4537.4(mPa)對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)方程為：丁 基1 = 1393.51/2 + 1.9091/2D1/2丁 空芷 V = 4537.41/2 + 3.1161/2D1/2二、對(duì)各個(gè)方程曲線(xiàn)畫(huà)圖，完成對(duì)比，確定基漿和處理后泥漿

9、流變模式首先將基漿實(shí)測(cè)曲線(xiàn)和計(jì)算所得的4條理論曲線(xiàn)繪于同一坐標(biāo)系內(nèi)丁 基=6.5Dt 基=2SSS+ 4Dt基=0.1682 X D0-531=1393.51/2 + 1.9091/2D1/2可得下圖圖1圖1基漿流變模式確定圖可得下圖圖1圖1基漿流變模式確定圖然后將基漿+增粘劑實(shí)測(cè)曲線(xiàn)和計(jì)算所得的4條理論曲線(xiàn)繪于同一坐標(biāo)系內(nèi)，%祜=1SDt 朝=7154+嚇= 0.69X01447可得下圖圖2圖2基漿+增粘劑流變模式確定圖觀(guān)察圖1圖2課容易觀(guān)察得，基漿滿(mǎn)足賓漢模式，基漿+增粘劑同樣滿(mǎn)足賓 漢模式。以下將采用方差分析法進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別(1)對(duì)基漿曲線(xiàn)進(jìn)行方差分析計(jì)算理論曲線(xiàn)上的各數(shù)據(jù)點(diǎn)值，以備方差分

10、析使用，數(shù)據(jù)匯總?cè)缦乱?jiàn)表三表三 基漿流變曲線(xiàn)方差分析數(shù)據(jù)匯總表項(xiàng)目1021.8510.9340.6170.310.2185.109基漿T /mPa664345993577306620442044牛頓模式T /mPa6641.73320.852213.91106.9566.41733.2085賓漢模式T /mPa6642.24598.63917.43236.22595.872575.44幕律模式T /mPa6664.994612.673719.192573.96577.829399.901卡森模式T /mPa6641.54700.413947.453064.751742.741636.41對(duì)以上

11、數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，計(jì)算各個(gè)曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)的方差，可得結(jié)果見(jiàn)表 四表四鉆井液流變曲線(xiàn)測(cè)定原始數(shù)據(jù)處理匯總表項(xiàng)目1021.8510.9340.6170.310.2185.109與實(shí)際數(shù)據(jù)方差基漿T /mPa6643459935773066204420440牛頓模式T /mPa6641.73320.852213.91106.9566.41733.20853909.437888賓漢模式T /mPa6642.24598.63917.43236.22595.872575.44855.4694188冪律模式T /mPa6664.994612.673719.192573.96577.829399.901226

12、1.794603卡森模式T /mPa6641.54700.413947.453064.751742.741636.41635.9269666由表四數(shù)據(jù)可知，卡森模式理論曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)方差為635.9，最小，所以 基漿流變模式為卡森模式。(2)對(duì)基漿+增粘劑曲線(xiàn)進(jìn)行方差分析計(jì)算理論曲線(xiàn)上的各數(shù)據(jù)點(diǎn)值，以備方差分析使用，數(shù)據(jù)匯總?cè)缦乱?jiàn)表五表五鉆井液流變曲線(xiàn)測(cè)定原始數(shù)據(jù)處理匯總表項(xiàng)目1021.8510.9340.6170.310.2185.109基漿+增粘劑T /mPa153301124210220817661324599牛頓模式T /mPa153277663.551092554.5153.2776

13、.635賓漢模式T /mPa15328.411241.29878.88516.47235.747194.87幕律模式T /mPa15276.911206.69348.946858.0719501430.46卡森模式T /mPa15323.111504.69987.68171.475329.425090.85對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，計(jì)算各個(gè)曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)的方差，可得結(jié)果見(jiàn)表 六表六鉆井液流變曲線(xiàn)測(cè)定原始數(shù)據(jù)處理匯總表項(xiàng)目1021.8510.9340.6170.310.2185.109與實(shí)際數(shù)據(jù)方差基漿+增粘劑T /mPa1533011242102208176613245990牛頓模式T /mPa

14、153277663.551092554.5153.2776.63511257.27552賓漢模式T /mPa15328.411241.29878.88516.47235.747194.872861.659494幕律模式T /mPa15276.911206.69348.946858.0719501430.465479.825417卡森模式T /mPa15323.111504.69987.68171.475329.425090.851004.543269由表六數(shù)據(jù)可知，卡森模式理論曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)方差為1004.54,最小，所 以基漿+增粘劑流變模式為卡森模式。三、鉆井液增粘劑對(duì)鉆井液流變模式和流變

15、參數(shù)的影響1、由此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，增粘劑對(duì)流變模式?jīng)]有造成影響，添加處理劑前后 流變模式?jīng)]有變化。2、添加增粘劑對(duì)流變參數(shù)有很大影響，流變參數(shù)化對(duì)比列舉如下：1 1門(mén)基= - X 13 = 6.5(mPas)1 1門(mén)增茫=云瞄 =X 30 = 15(mPas)r0_ = O.511203oo - 0600) = 0.511(2X 9 - 13) = 2.555(MPa) = %S5(mPa)門(mén)=0600 - 03oo = 13-9 = 4(mPa . s)=26300 - 0600 = 0.511(2 X 22 - 30)= 7.1S4(MPa) = 71S4(mPa)門(mén) G3oo = 30- 22 = S(mPa - s)n 基=3.322lg| = 3.322lg = 0.531O.5110q0.511 X 9K = = 0.1682基 511511n豌=3.322也奪四=3.322lg| = 0.447OS% 0.511 X 22K 橫汕=0.690壤咕 511511I*基=（1.2歟寸商一嘉）