钻井液高剪切速率粘度测试仪及其初步试验

钻井液高剪切速率粘度测试仪及其初步试验 钻井液高剪切速率粘度测试仪及其初步试 验 石油钻采I艺1999年(第21卷)第3期 钻井液高剪切速率粘度测试仪 及其初步试验 9一,胡三清刘罡芳潘金山余维初丁E ——r夏蕊学院化学工程未) 器的剪切速率可达到lO',lOs的范围,洲出的实际粘度较卡森计算公式计算值更为准确,该 担器具有广阔的推广应用前景 主题词毫塾里隧运堕一\}』, 作者简介胡三清,1960年生.】982年大学毕业.一直从事油田花学研完工作,现任副教授 现在尽管有方法可测出低,中剪切速率(10/s)下的有效粘度,但这并不能满足目前的需 要.因为它还不能测试或直观地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示高剪切速率下(10s/s)钻头水眼处的粘度.目前现场测试 喷嘴粘度方法是将旋转粘度计的两读数代入卡森模式中,算出作为喷嘴粘度.但是钻井液 在不同剪切速率范围内,所适应的模式及参数是不同的.旋转粘度计的测试范围一般在10a/s 以内,这样用低剪切数据通过流变模式导出高剪切数据显然是不准确的.况且,尽管钻井液有 剪切稀释性,但并不是剪切速率增加到无穷大时,体系结构才彻底破坏,粘度达到最低.因为剪 切速率增到一定程度,体系流动即变成紊流,在此之前,粘度已降到层流的最低点,如继续增大 剪切速率,则发生紊流,使体系的粘度有可能回升.而从公式本身看,是剪切速率无穷大时 体系的粘度,是卡森直线无限延伸所得到的,这与实际情况不相符合因此,目前现场上测试喷 嘴粘度的方法存在极大弊病. 至于测粘的仪器,目前有压力毛细管粘度计,玻璃毛细管粘度计,锥板粘度计和旋转粘度 计目前高剪毛细管粘度仪以英美产品为主,价格昂贵,每台数万美元更为重要的是这种毛 细管粘度计对固相颗粒(0.5ram)和含量要求较高,不适于测量现场钻井液粘度.并且它在测 压,计量上很繁琐,操作使用不方便,清洁也较困难. 鉴于以上缺陷, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了一种更换不同毛细管,以模拟现场钻井液的循环管路,来测量不同 剪率下(10s,10./s)的钻井液粘度装置.采用相应传感器测压,测流量,并通过计算机处理数 据后输出粘度和切力的值,从而实现高剪切粘度仪的智能化 一 ,测粘理论依据 流体在圆管中流动时有 (1) (2) _1一 r 处 壁 管 胡三清等:钻井液高剪切速率粘度测试仪及其初步试验39 式中?P——压差,MPa; D——圆管直径,m; r——剪切应力,MPa; r——圆管半径,rll; ,J——圆管长度,m; —— 管壁处剪切应力,MPa 由于任一流体其剪切应力均是速梯的函数,则 ,(r)一--dr/dz 式中d/d——剪切速率,S. 经推导,化简得 f(rw)=(. 8V1+ 式中——平均流速,m/s. (4) 令(4)式中的dlnrw/dln(8/D)一n,则(4)式化简为 ,()一?8V(5) 式中n——校正参数,无量纲 式(5)即为液体管壁剪切速率的一般表达式可见,欲求(dv/dx)的真实值,则准确求 取n 为关键而n则是曲线lnr--In(8/D)的斜率,对此问题的关键已转化为如何求准lnrw —ln (8/D)曲线.通过试验,利用已知的Q,值,求出对应ln及in(8V/D)的值,绘出lnrw--in (8V/D)曲线,采用回归法求取n的值. 二,仪器组成与工作原理 1.仪器的组成智能型高剪毛细管粘度仪,主要由增压泵,传感器,信号采集器和微机 等 组成,见图 吸渡 容器增压泵氮气瓶 智能高剪毛知管粘度蟊L示意图 各部分作用为: (1)增压泵提供钻井液流动的动力,它是一种活塞泵,由气体驱动泵的大活塞,来带动小 活塞驱动钻井液,并提高流体的压力,起到增压的作用.该泵具有流量大,压力平稳,液体流动 好,体积小等优点. (2)毛细管根据水力学的要求,毛细管的最佳长径比在一定范围内(400~1000)使管长尽 量短,因此,取长径比为8oo.而毛细管的直径则是根据泵的动力情况,流体的固相大小,以及 40石油钻采I艺1999年(第21卷)第3期 毛细管的市场供应情况来选取的,设计时所选的毛细管直径分别为1.Omm,1.5ram,2.5ram, 试验时可以任意更换,粘度大时用小尺寸管,粘度小且固相含量大时4.Omm四种. 则用大尺寸 管. (3)压力传感器.由泵压和排量的计算结果知,最大泵压为3.05MPa,因此选用电阻应变 式压力传感器,量程为O~5MPa. (4)流量传感器的选取要求体积小,流量范围应在O,lOOmL/s内因此,选取了涡轮流 量传感器,流量范围11,67mL/s内,工作压力6.3MPa 2.仪器I作原理收容器内试验液经吸入管吸入增压泵内后,在排出过程中,首先经过流 量传感器把脉冲信号转化为频率信号,由于频率与流量存在着f=KQ的关系,从而把脉冲信 号转化为流量信号贮入信号采集器中;再次经过压力传感器,由于其输入与输出信号之间存在 着一定的比例关系,量程为O,4MPa,而输出为O,5V,于是可由压力值转化为电压值输出, 贮入信号采集器中.再经微机进行数据处理,求出1n与1n(8/D.)值,绘出lnrw1n(8V/ D)曲线,求出值,利用测粘原理公式求出实测的值及相应的dv/dx值,画出dv/dx关系 曲线,进一步 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 dv/dx在高剪下对粘度的影响. 三,初步试验 1.n的求取以及的实测试验利用lnrw--ln(8V/D)曲线,由一元线性回归方法,求取 曲线的直线段的斜率即为值,再根据n一(1+3n)/(4n)求一,结果见表1.. 表1各试验液的一及一值 2.88mm1.98mm1.34ram0.95ram 毛细詈 1PAC0.9611.030.99O.651.10.67ll1 试 0.5PHP1.80.892.20.861.6O.92.70.84 验 0.5CMC1.70.892.2O.89l_5O.91l_50.91 液 0.5HEC3.1O.832.6O.8S2.2O.862.7O.84 由表1可知的变化范围是比较大的,如果取为1,则引起一值近2O的误差,因此为 了准确求取真实的dv/dx应进行实测. 2.与,及旋转粘度计回归值比较与及旋转粘度计回归值的大小列于表 2.由表2可以看出,在高剪切速梯下时,以及回归值均大于值,且值的大小变化较大, 这是由于卡森模式对不同的区域应有不同的计算公式,用同一公式求出的晃动较大.而实测值 比较平稳,波动小.说明实测出的值比由卡森公式计算准确得多. 3.长径比对的影响表3列出了1.5mm毛细管的长径比对实测值的影响.由表 3可以看出,随着长径比(对同一管径)的减小,粘度在下降;当长径比小于700时,粘 度随长径 比减小而减小的幅度较大:而长径比在700至1000时,长径比对粘度影响较小.故 试验所用的 长径比应在700,1000之间较好. 胡三清等:钻井液高剪切速率粘度测试仪及其初步试验41 表2rt,嘈与{及他日值比较 dv/dxrt,o一十目口 试验液Re (s一)(mPa?s)(mPa?s)(mPa?s) 155209.6103610.0 1PAC253619.41735l1.111 348639.5181317 153977.215607.2 0.5CMC167587.017393.715 179536.918884.4 167587.017383.60 .5HEC52 56756.9192610 155726.318198.60 . 5PHP10 175406.619567.1 3膊河土辈189155.918125.86 表3长径比对的影响单位:mPa?s dv/da:长径比 (s一)838743673 (4.3,6.0)×10'6.0,5,55.7,5.55,4.6 (5.9,6.9)×10'6.2,6.06.0,5.65.2,5 (6.9,9,0)×10'6.8,6.06.7,5,76.O,5.0 (8.0,9.O)×10'6.7,6.46.5,6,25.7,5.5 (9.0,l0)×1.|6.8,6,76.4,6.1 四,结论 1.试验的dv/dx达到10,10/s的范围,运用d口/dx的校正值法所测试的实测值是可靠 的,本试验的测粘原理是正确的,可推广应用于现场. 2.卡森模式由于其对不同的范围有不同的计算公式,运用其测试的不够准确. 3.毛细管对粘度的影响表现为随长径比减小女在减小,长径比在700~1000范围内对 实测最好;相同长径比的不同管径对粘度的影响作用极小. 参考文献 1唐善法.聚夸物钻井'廑刹试与计算方法.钻井I廑与完井液,1994,11(2) (收锚日期1998—08—11) [编辑张振清]