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：W成绩：班级：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

2、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 = r|D宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为：丁 =4 +咿指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为：T = K X ZT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

3、：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350m 1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：0 600=2.0格,0 300=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

4、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=1.703Xn钻井液剪切应力 与粘度计读数对应关系：T =0.5110.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，表一表一钻井液流变曲线测定

5、原始数据汇总表项目0 6000 3000 2000 1000 60 3T s1/PaT s2/Pa基浆13976447X0.51112X0.511基浆+增粘剂3022201612934X0.51150X0.511由D=1.703Xn以及T =0.511小带入表一数据，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汇总表项目1021.8510.9340.6170.310.2185.109T s1/PaT s2/Pa基浆6.6434.5993.5773.0662.0442.0443.5776.132基浆+增粘孑可 15.3311.24210.228.1766.1324.59917.374

6、25.55、计算“基浆”和“基浆+增粘剂”的不同流变模式参数以备画图(1) 牛顿模式nt = r|D1 1门基= - X 13 = 6.5(mPas)1 1门堆祜=2 0600 = 2 X 30 = 15(mPas)对应曲线方程为：t 基=6.5Dt增袖=15D(2) 宾汉模式TTo = O.511(20aoo B 海)门印= 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)门=

7、e6O0 - boo = 13 9 = 4(mPa - s)门 = e6oo 一 e3oo = 30- 22 = 8(mPa - s)对应曲线方程为：t基=2555-F 4D5 = 7154+8D(3) 幂律模式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 务50.511 X 22K 横汕=0.690单咕 511511对应曲线方程为:t基=0.1682 X D153

8、1 = 0.69X0（4）卡森模式T c， 8故。心+危如1典= (1.195(、用-应)T玲= (0.493(寸瓦;寸氧;)基=(1.195(寸商一寸&) = (L195(VE一龙)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-、云计=3.116(mPas)L增殆=(眼93(优瓦 一寸顽)/ = (0.493(V6 X 22 -面)/ = 4.S374(MP日)=4537.4(mPa)对应曲线方程为：丁 基1 = 1393

9、.51/2 + 1.9091/2D1/2丁 空芷 V = 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丁 基=6.5Dt 基=2SSS+ 4Dt基=0.1682 X D0-531=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，%祜=1SDt 朝=7154+吓= 0.69X01447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

10、+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1021.8510.9340.6170.310.2185.109基浆T /mPa664345993577306620442044牛顿模式T /mPa6641.73320.852213.91106.9566.41733.2085宾汉模式T /mPa6642.24598.63917.43236.22595.872575.44幕律模式T /mPa6664.994612.673719.192573.96577.8

11、29399.901卡森模式T /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 四表四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T /mPa6643459935773066204420440牛顿模式T /mPa6641.73320.852213.91106.9566.41733.20853909.437888宾汉模式T /mPa6642.24598.63917.43236.22595.872575.44855

12、.4694188幂律模式T /mPa6664.994612.673719.192573.96577.829399.9012261.794603卡森模式T /mPa6641.54700.413947.453064.751742.741636.41635.9269666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T /mPa153

13、301124210220817661324599牛顿模式T /mPa153277663.551092554.5153.2776.635宾汉模式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1021.8510.9340.6170.310.21

14、85.109与实际数据方差基浆+增粘剂T /mPa1533011242102208176613245990牛顿模式T /mPa153277663.551092554.5153.2776.63511257.27552宾汉模式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由表六数据可知，卡森

15、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：1 1门基= - X 13 = 6.5(mPas)1 1门增茫=云瞄 =X 30 = 15(mPas)r0_ = O.511203oo - 0600) = 0.511(2X 9 - 13) = 2.555(MPa) = %S5(mPa)门=0600 - 03oo = 13-9 = 4(mPa . s)=26300 -

16、 0600 = 0.511(2 X 22 - 30)= 7.1S4(MPa) = 71S4(mPa)门 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也夺四=3.322lg| = 0.447OS% 0.511 X 22K 横汕=0.690壤咕 511511I*基=（1.2欤寸商一嘉）=（1.195（寸五一伟）/= 1.909（mP皿暴）t= (0.493(砧I。一= (0.493(V6 X 6 -依)2 = 1.3935(MPa)T7=1393.5(mPa)HW祜=(1.195(七互-寸顽) = (1.195(30-V云才=3.116(mPa s)七堆殆=(O.493(V60loo -寸顽j) = (0.493(寸6 X 22 询)2 = 4.5374(MPa)=4537.4（mPa）观察可知，加入增粘剂后，各项流变参数数值都有大幅提升，与黏度相关参 数大幅提升。