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水泥浆流变性能的测定

液体的流变性是指液体在外力作用下所产生的流动和变形的特性，即作用于液体的层间剪切应力与液体变形（流动）的特性，不同类型的液体，其流变性是不一样的，既使是同一种类型的液体，在不同的温度和压力下，以及外加剂的加量和搅拌的方法都对液体的流变性能有较大的影响，如粘滞性。动（静）切应力、触变性、剪切稀释性等等都属于液体的流变性能，它是液体的自身属性。
一、实验目的
   本次实验是在52℃、常压下测了两种不同的水泥浆的常规性能和流变性能，它包括手搅法配浆和API标准配浆法。该实验主要测定以下几项内容。
   １、水泥浆常现性能主要测定
     比重、流动度、夫水量。
   2、水泥浆流变性能的测定及部分流变参数的计算
   塑性粘度（）、动切力（）、流性指数（n）、稠度系数（K）、雷诺创（）
   通过本次实验，主要了解不同的搅拌方法以及外加剂对水泥浆常现性能及流变性能的影响，以及这些性能与团井施工有何关系，一采用这两种配浆方法测出的常现性能和流变性能，哪一种方法更符合水泥浆在井下的真实情况。
二、实验步骤和测量方法
   １水泥浆的制备
   水泥浆的配方有两种，即：
   ａ、原浆：G级水泥，水灰比（ｗ／Ｃ）＝0.44
   b、稀释浆：G级水泥，水灰比（ｗ／Ｏ）＝0.44
               分散剂 ＳＸＹ－Ⅱ0.3％
   两种方法采用手搅法配浆或ＡＰＩ规范配浆，详见实验一。
   将配好的水泥浆，首先测定其密度、检查水泥浆是否配制正确。然后再倒人常压稠度仪样品筒中，恒温52℃搅拌20分钟，取出测其流变性。
   ２．水泥浆流变性的测定
   采用ZNN-D6型（仿范氏）粘度计：测量转速为600、300、200、100、6、3转／分，弹簧扭矩系数Ｃ＝5.11达因／厘米2·格。使用时，可由高速到低速连续测量并记录有关数据。
   由于水泥浆在环空上返过程中，其剪切速率与旋转粘度的300、200、100转／分接近，因此，对于水泥浆，我们只测其300、200、100、６、３转／分的读数值，并用这些数据，推算出水泥浆的流变参数。
   测量前首先校正粘度计刻度盘是否对零。再将旋转粘度计的转速调到300转／分处，用浆杯盛清水检验，此时粘度计刻度盘读值应为１厘泊（即刻度盘旋转一格）。若大于或小于该值，应调整粘度计弹簧，直到符合要求方可进行流变性能的测量。                                                                                           
测量时，将水泥浆倒入粘度计浆杯的到线处，升高浆杯，使浆面与粘度计外筒刻线重合，固定浆杯。从300转/分开始，有高速到低速依次、连续测量。在取300转/分读值时，应在次转速下旋转60秒后读取，其余转速的读值,应按20秒间隔递减顺序读取。
三、实验数据处理
   １流变模式的选用
   由于水泥浆是非牛顿液体，而且不同性能的水泥浆，宾汉流变模式和幂律流变模式对其性能描述的准确性是不同的。因此，应根据实际的流变性能来选择*适合它的流变模式。
   选择原则，以实验水泥浆的剪切速率与剪切应力对两个模式的吻合程度为准，其方法可用线性回归中的相关系数或下面介绍的线性比较法（F比值法），F值用旋转粘度计300、200、100转/分的读值计算，具体公式为：
                                
      当F=0.5±0.03时，选用宾汉流变模式，反之则应选用幂律流变模式。
   a.宾汉模式流变参数的计算：
   b：幂律模式流变参数的计算：
式中：
    ——塑性粘度，(Pa.s)；
    ——动力应力，（Pa）
    ｎ——流性指数，（无四次）
    Ｋ——一稠度系数，(Pa.s)
    ——一旋转粘度计转速为300转／分的读值（格）
    ——旋转粘度计转速为200转／分的读值（格）
    ——一旋转粘度计转速为100转／分的读值（格）。
 四、实验要求
   1．根据旋转粘度汁测量的数据给出水泥浆的实际流变曲线。
   2．分析这两种水泥浆流变性能的差别及原因，讨论理论流变曲线与实际流变曲线吻合程度，验证Ｆ比值法的准确性。
   ３.根据测量的流变参数计算出水泥浆在环空流动时的雷诺数，按下式计算：
   
宾汉模式：
                                                                                               
   幂律模式：
式中：
----环空上返速度，(取=1.2m/s)
----水泥浆密度，（g/cm3）
---钻头（井眼）直径(cm)取=215mm
----套管外径(cm)，取=154.8mm
———塑性粘度，（Pa.s）；
一一动力应力，（Pa）；
——流性指数，（无因次）；
——稠度系数，（）
 ---环空雷诺数。
4.写出实验报告，并简要分析流变性能与固井施工的关系。
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