液體的流變性是指液體在外力作用下所產(chǎn)生的流動(dòng)和變形的特性,即作用于液體的層間剪切應(yīng)力與液體變形(流動(dòng))的特性,不同類型的液體,其流變性是不一樣的,既使是同一種類型的液體,在不同的溫度和壓力下,以及外加劑的加量和攪拌的方法都對(duì)液體的流變性能有較大的影響,如粘滯性。動(dòng)(靜)切應(yīng)力、觸變性、剪切稀釋性等等都屬于液體的流變性能,它是液體的自身屬性。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
本次實(shí)驗(yàn)是在52℃、常壓下測(cè)了兩種不同的水泥漿的常規(guī)性能和流變性能,它包括手?jǐn)嚪ㄅ錆{和API標(biāo)準(zhǔn)配漿法。該實(shí)驗(yàn)主要測(cè)定以下幾項(xiàng)內(nèi)容。
1、水泥漿?,F(xiàn)性能主要測(cè)定
比重、流動(dòng)度、夫水量。
2、水泥漿流變性能的測(cè)定及部分流變參數(shù)的計(jì)算
塑性粘度()、動(dòng)切力()、流性指數(shù)(n)、稠度系數(shù)(K)、雷諾創(chuàng)()
通過(guò)本次實(shí)驗(yàn),主要了解不同的攪拌方法以及外加劑對(duì)水泥漿?,F(xiàn)性能及流變性能的影響,以及這些性能與團(tuán)井施工有何關(guān)系,一采用這兩種配漿方法測(cè)出的常現(xiàn)性能和流變性能,哪一種方法更符合水泥漿在井下的真實(shí)情況。
二、實(shí)驗(yàn)步驟和測(cè)量方法
1水泥漿的制備
水泥漿的配方有兩種,即:
a、原漿:G級(jí)水泥,水灰比(w/C)=0.44
b、稀釋漿:G級(jí)水泥,水灰比(w/O)=0.44
分散劑 SXY-Ⅱ0.3%
兩種方法采用手?jǐn)嚪ㄅ錆{或API規(guī)范配漿,詳見(jiàn)實(shí)驗(yàn)一。
將配好的水泥漿,首先測(cè)定其密度、檢查水泥漿是否配制正確。然后再倒人常壓稠度儀樣品筒中,恒溫52℃攪拌20分鐘,取出測(cè)其流變性。
2.水泥漿流變性的測(cè)定
采用ZNN-D6型(仿范氏)粘度計(jì):測(cè)量轉(zhuǎn)速為600、300、200、100、6、3轉(zhuǎn)/分,彈簧扭矩系數(shù)C=5.11達(dá)因/厘米2·格。使用時(shí),可由高速到低速連續(xù)測(cè)量并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。
由于水泥漿在環(huán)空上返過(guò)程中,其剪切速率與旋轉(zhuǎn)粘度的300、200、100轉(zhuǎn)/分接近,因此,對(duì)于水泥漿,我們只測(cè)其300、200、100、6、3轉(zhuǎn)/分的讀數(shù)值,并用這些數(shù)據(jù),推算出水泥漿的流變參數(shù)。
測(cè)量前首先校正粘度計(jì)刻度盤是否對(duì)零。再將旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的轉(zhuǎn)速調(diào)到300轉(zhuǎn)/分處,用漿杯盛清水檢驗(yàn),此時(shí)粘度計(jì)刻度盤讀值應(yīng)為1厘泊(即刻度盤旋轉(zhuǎn)一格)。若大于或小于該值,應(yīng)調(diào)整粘度計(jì)彈簧,直到符合要求方可進(jìn)行流變性能的測(cè)量。
測(cè)量時(shí),將水泥漿倒入粘度計(jì)漿杯的到線處,升高漿杯,使?jié){面與粘度計(jì)外筒刻線重合,固定漿杯。從300轉(zhuǎn)/分開(kāi)始,有高速到低速依次、連續(xù)測(cè)量。在取300轉(zhuǎn)/分讀值時(shí),應(yīng)在次轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)60秒后讀取,其余轉(zhuǎn)速的讀值,應(yīng)按20秒間隔遞減順序讀取。
三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
1流變模式的選用
由于水泥漿是非牛頓液體,而且不同性能的水泥漿,賓漢流變模式和冪律流變模式對(duì)其性能描述的準(zhǔn)確性是不同的。因此,應(yīng)根據(jù)實(shí)際的流變性能來(lái)選擇*適合它的流變模式。
選擇原則,以實(shí)驗(yàn)水泥漿的剪切速率與剪切應(yīng)力對(duì)兩個(gè)模式的吻合程度為準(zhǔn),其方法可用線性回歸中的相關(guān)系數(shù)或下面介紹的線性比較法(F比值法),F(xiàn)值用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)300、200、100轉(zhuǎn)/分的讀值計(jì)算,具體公式為:
當(dāng)F=0.5±0.03時(shí),選用賓漢流變模式,反之則應(yīng)選用冪律流變模式。
a.賓漢模式流變參數(shù)的計(jì)算:
b:冪律模式流變參數(shù)的計(jì)算:
式中:
——塑性粘度,(Pa.s);
——?jiǎng)恿?yīng)力,(Pa)
n——流性指數(shù),(無(wú)四次)
K——一稠度系數(shù),(Pa.s)
——一旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分的讀值(格)
——旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分的讀值(格)
——一旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分的讀值(格)。
四、實(shí)驗(yàn)要求
1.根據(jù)旋轉(zhuǎn)粘度汁測(cè)量的數(shù)據(jù)給出水泥漿的實(shí)際流變曲線。
2.分析這兩種水泥漿流變性能的差別及原因,討論理論流變曲線與實(shí)際流變曲線吻合程度,驗(yàn)證F比值法的準(zhǔn)確性。
3.根據(jù)測(cè)量的流變參數(shù)計(jì)算出水泥漿在環(huán)空流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù),按下式計(jì)算:
賓漢模式:
冪律模式:
式中:
----環(huán)空上返速度,(取=1.2m/s)
----水泥漿密度,(g/cm3)
---鉆頭(井眼)直徑(cm)取=215mm
----套管外徑(cm),取=154.8mm
———塑性粘度,(Pa.s);
一一動(dòng)力應(yīng)力,(Pa);
——流性指數(shù),(無(wú)因次);
——稠度系數(shù),()
---環(huán)空雷諾數(shù)。
4.寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告,并簡(jiǎn)要分析流變性能與固井施工的關(guān)系。