六速旋转粘度计测泥浆的流变曲线

中国石油大学 油田化学 实验报告
实验日期：2015.4.9 成绩：
班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者：
六速旋转粘度计测泥浆的流变曲线
一. 实验目的
1. 掌握六速旋转粘度计的使用方法。

2. 掌握如何判断泥浆的流型及对应流变参数的计算方法。

3. 比较宾汉模式、指数模式及卡森模式与实际流变曲线的吻合程度，弄清各种模式的特点。

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，就可以绘出泥浆的流变曲线。

牛顿模式反映的牛顿液体，其数学表达式为：
D τη=⋅
宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为：
0p D ττη=+⋅
指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为：
n K D τ=⋅或lg lg lg K n D τ=+⋅
卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为：
11112
222
c D ττη∞
=+⋅
实际流变曲线与哪一种流变模式更吻合，就把实际液体看成哪种流型的流体。

三. 实验仪器
ZNN-D6型旋转粘度计；高速搅拌器。

四. 实验仪器使用要点
1. 检查好仪器，要求；
①刻度盘对零。

若不对零，可松开固定螺钉调零后再拧紧。

②检查同心度。

高速旋转时，外筒不得有偏摆。

2. 校正旋转粘度计
①倒350ml 水于泥浆杯中，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。

②迅速从高速到低速依次测量。

待刻度盘读数（基本）稳定后，分别记录各转速下的读数Ø。

要求：Ø 600=2.0格，Ø 300=1.0格。

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. 测量泥浆在各剪切速率下的剪切应力。

把水换成待测泥浆，高速搅拌10min 后，按四-2的方法操作。

泥浆剪切应力τ与粘度计读数Ø对应关系：τ=0.511 Ø。

4. 继续测量泥浆在1分钟、10分钟的静切力。

将上一步骤结束后的泥浆继续在600 rpm 下旋转搅拌1分钟，然后将旋钮上提到3/6 rpm 位置，把电源关上，静置1分钟后启动之，注意读取刻度盘的最大值。

再重新在600 rpm 下旋转搅拌1分钟，用同样的方法读取静置10分钟后3 rpm 下的最大值。

静切力计算公式：τs =0.511×Ø3 Pa 。

5. 实验后，关闭电源，倒出泥浆，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。

六. 实验数据处理绘图并确定泥浆的流变模式
实验数据记录如表1所示。

表1 “六速旋转粘度计测泥浆的流变曲线”数据记录表
以第一组数据为例：
剪切应力：，τ=0.511 Ø=0.511*13=6.643 Pa 剪切速率：D=1.703n=1.703*600=1022 s
由于实验所用流体是实际流体，所以卡森模式并不适用，所以所作的流变曲线不考虑卡森模式。

所作流变曲线如图1，图2所示。

由图可以发现，图线不过原点，所以牛顿模式也并不适合实验所用流体。

由实验数据计算，得：104813300600=⨯==φφηp
Pa 533.1)1382(511.0)2(511.06003000=-⨯=-=φφτ。

由实验数据计算得宾汉模式
为：D 104533.1+=τ，
但是由所作流变曲线所得流变模式为：
τ，
=
D
.1+
038
.0
00592
模式不符合，故泥浆不是塑性流体。

由流变曲线可得流变模式为：
τ，
lg
lg+
=
.0
441
D
lg
.0
286
符合指数模式，故泥浆为假塑性流体。

七．实验总结
通过本次实验我掌握了六速旋转粘度计的使用方法，掌握了如何判断泥浆的流型及对应流变参数的计算方法。

同时也比较了宾汉模式、指数模式及卡森模式与实际流变曲线的吻合程度，弄清各种模式的特点，对各种模式有了更深的理解。

实验中难免有些误差，不过最后实验结果基本正确，最后谢谢老师的悉心指导！
实验二常用API泥浆仪器的使用
一．实验目的
1. 掌握常用API泥浆仪器的使用和校正方法；
2. 掌握现场测试泥浆性能的标准方法。

二．钻井液滤失原理
在滤失介质两端施加一定的压力差，在压力差的作用下，泥浆通过滤失介质发生滤失。

三．实验仪器
1.ZNS型打气筒失水仪一台
2.马氏漏斗粘度计一个
3.ZNB型泥浆密度计一个
4. 高搅机一台
5. 秒表一只
6. 钢板尺一个
7. PH试纸一盒
8. 20ml量筒1个
9. 滤纸
10.待测泥浆约2000ml
四．仪器使用要点
1.ZNB型泥浆密度计
校正方法：
将清水注入杯中齐杯口为止，轻轻将盖旋转盖紧，擦去外溢清水，然后将杠杆主刀口置于底座的刀垫上，移动游码，使水平泡居于两根红线中间，游码左侧边线所对应刻度，即为该泥浆的密度。

测量清水密度应为1.00 g/cm3，否则，须增减枰杆末端调节器中的铅粒。

泥浆密度的测定：
将清水换成搅拌均匀的待测泥浆，按校正时的方法测得的密度值即为该泥浆的密度。

注意：
①每测完样品都要把刀口放置于刀架上，保护好刀刃。

②每测完样品都要洗净泥浆杯。

2、ZNN型（马氏）漏斗粘度计
校正方法：
将用清水刷净的漏斗粘度计挂好，用手指堵住漏斗管口，把清水经筛网倒入漏斗，直至液面与筛网底部平齐，放开手指，记录清水自漏斗流满量杯所需的时间，即为清水的漏斗粘度。

20℃左右时，清水的漏斗粘度应为26±0.5s。

泥浆漏斗粘度的测定：
将清水换成搅拌均匀的待测泥浆，按校正时的方法测得的漏斗粘度值即为该泥浆的漏斗粘度。

注意事项：
①为了保护漏斗粘度计的管嘴，不得用铁丝等硬物穿通。

②测量时，漏斗应垂直放好。

3.打气筒失水仪
①松开减压阀，关死放空阀，打气使气筒压力达1MPa左右，然后顺时针旋转减压阀，直到压力表读数为0.7MPa。

②用手指堵住泥浆杯气接头小孔，倒入适量的泥浆，使液面与泥浆杯内刻度线平齐，放好干燥的密封圈，铺一张干燥的滤纸，将干燥的泥浆杯盖盖好旋紧。

然后装入三通接头并卡好，放好量筒。

③逆时针旋转放空阀，当压力表指针开始下降或有进气声时，开始计时并及时打气使压力保持为0.7MPa。

④记录7.5min时收集的滤液量，取开量筒，顺时针转放空阀，把泥浆杯中余气放尽后，取下泥浆杯。

打开泥浆杯，取下滤纸，放置在平整的桌面上。

⑤假设瞬时滤失量为零，量筒中滤液体积的2倍即为API滤失量。

⑥用钢板尺测量滤纸上泥饼的厚度。

⑦冲净、擦干泥浆杯及杯盖。

4. PH广泛试纸
将PH试纸放到待测酸碱度的泥浆中浸湿后取出，待其颜色稳定后（大约30s），把变色
的试纸上侧颜色和标准色对照，估计出泥浆的PH值。

五．实验步骤
1.用高速搅拌器高速搅拌泥浆5分钟。

2.测量泥浆的API滤失量、泥饼厚度和pH值。

六．数据处理
整理并计算所测得的数据。

实验数据记录如表1所示。

表1 数据记录表
七．实验总结
通过本次实验我掌握了常用API泥浆仪器的使用和校正方法，同时掌握了现场测试泥浆性能的标准方法。

本次实验较为复杂，考验了团队的配合能力，打气的时候有时不容易打，难免存在一些误差，本次实验锻炼了我的动手能力和团队合作的能力，受益匪浅，最后谢谢老师的悉心指导！。