六速旋转粘度计测泥浆的流变曲线及常用API仪器的使用 石工0910 王壮壮0902146212.doc

实验一、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应用方法。
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：
=η·D
宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为：
=0 +ηp·D
指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为：
=K·D n 或 lg=lgK + n·lgD
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。
3. 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
ZNN-D6型旋转粘度计；高速搅拌器；秒表一只；500ml、1000ml泥浆杯各一个；PH 试纸一盒；20ml 量筒2个，待测泥浆1000ml
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在拧紧。
②检查同心度。高速旋转时，外筒不得有偏摆。
③内筒底与杯距不低于1.3cm。
2.校正旋转粘度计
①倒350m1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。待刻度盘读数稳定后，分别记录各转速下的稳定读数￠.
要求：Ø 600=2.0格,Ø 300=1.0格。
3.把水换成待测泥浆，重复2.
4.继续测量静切力，方法是在600ｒｐｍ下搅1分钟，然后将旋钮转到3ｒｐｍ位置，把电源关上，静等1分钟后启动之，注意读取刻盘的最大值。再重新在600ｒｐｍ下搅1分钟，用同样的方法读取静置10分钟3ｒｐｍ下的最大值。 s=0.5×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。
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和1分钟、10分钟的切力（s1和s10）
六.实验数据处理
剪切速率D与粘度计转速n对应关系：D=1.703×n
泥浆剪切应力与粘度计读数Ø对应关系：=0.511 Ø.
ηa=Ø 600 （mPa.s）； ηp=Ø 600 - Ø 300 （mPa.s）
0=0.511(2 Ø 300- Ø 600) (Pa)
（1）六速旋转粘度计测泥浆的流变曲线

表1 “六速旋转粘度计测泥浆的流变曲线”数据记录及处理表
转速n/rmp
600
300
200
100
6
3
剪切速率D/s
1022
511
340
170
10
5
基浆
19
17
15
13
9
5
剪切应力/Pa
9.709
8.687
7.665
6.643
4.599
2.555

图1 泥浆的流变曲线

实验结果分析：
由图可以看出；钻井液近似一条直线，所以，与宾汉模式基本一致。
详细处理过程取第一组为例：
=0.511 Ø1=19*0.511=9.709
表观粘度ηa=Ø 600= 19/2=9.5 （mPa.s）
塑形粘度ηp=Ø 600 - Ø 300=19-17=2 （mPa.s）
屈服值0=0.511(2 Ø 300- Ø 600)= 7.665 (Pa)
（2）静切力测定：
钻井液静置1分钟钻井液粘度计3rpm下的读数为4；s1 =2Pa
钻井液静置10分钟钻井液粘度计3rpm下的读数为6. s10=3Pa
实验结果说明：静切力最大值在相同转速下，因静置时间而改变。解释：泥浆在静止时会形成结构，而且，时间越长，结构越多，使得粘度增加。

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．实验原理
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型失水测定仪一台
2.漏斗粘度计一个
3.密度计一个
4.秒表一只
5.500ml泥浆杯一个
6.PH试纸一盒
7.20ml量筒1个，待测泥浆500ml
8.GJ—I高搅机一台

四．仪器使用要点
1.ZNB型泥浆密度计
将搅拌均匀的泥浆注入杯中齐杯口为止，轻轻将盖旋转盖紧，擦去外溢泥浆，然后将杠杆主刀口置于底座的刀垫上，移动游码，水平泡与中间两根红线相切，游码左侧边线所对刻度，即为该泥浆的密度（g/cm3）.
校正方法：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。
注意：
① 每测完样品都要把刀口放在刀架上，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
用清水刷净漏斗，用手指堵住漏斗管口，把充分搅拌的泥浆经筛网倒入漏斗，直至液面到达筛网底部（1500ml），放开手指，记录流满量杯（946ml）所需的时间，即为泥浆的粘度（s）。
校正方法：20℃左右时，清水粘度为26±0.5s。
注意：
① 保护管嘴，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，打气使气筒压力至1MPa 左右，然后顺时针转减压阀，直到压力表读数为0.7MPa。
②用食指堵住泥浆杯气接头小孔，倒入适量的泥浆，使液面与泥浆杯内槽相齐，放好密封圈（擦干），铺一张干滤纸，拧紧泥浆杯盖。然后装入三通接头，并卡好挂架及量筒。
③ 缓慢逆时针转放空阀，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7.5分钟时钻井液流出的滤液量，取开量筒，顺时针转放空阀，把泥浆杯中余气放尽，取下泥浆杯。
⑤ 假设瞬时滤失量为零，量筒中滤液毫升数的2倍即为API滤失量。
⑥ 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样品中浸湿后取出，待其颜色稳定后（大约30秒），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、步骤
1.校正比重计、漏斗粘度计。
2. 测量泥浆常规性能。
将泥浆高速搅拌3分钟后，按四-1、2、3和4的方法操作
(3) 表2 “常用API泥浆仪器的使用”数据记录表
性能参数
API滤失量/ml
泥饼厚度K/mm
PH
数据
36
3
9