水泥浆流变特性

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水泥浆性能试验

水泥浆性能试验

中国石油大学(钻井工程)实验报告实验日期:2014.12.04 成绩:班级学号:姓名:教师:同组者:油井水泥浆性能实验一、实验目的1.通过实验掌握油井水泥浆密度、流变性能的测定方法,掌握有关仪器的使用方法,对油井水泥浆基本性能的指标范围有一定的认识。

2.通过实验掌握水泥浆稠化时间的测量方法及常压稠化仪的操作方法,了解常用油井水泥的稠化性能与有关标准,充分认识水泥浆稠化时间对固井作业的重要性。

二、实验原理1.YM 型钻井液密度计是不等臂杠杠测试仪器。

杠杠左端为盛液杯,右端连接平衡筒。

当盛液杯盛满被测试液体时,移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡位置,此时砝码左侧边所对应的刻度线就是所测试液体的密度。

2.六转速粘度计是以电动机为动力的旋转型仪器。

被测试液体处于两个同心圆筒间的环形空间内。

通过变速传动外转筒以恒速旋转,外转筒通过被测试液体作用于内筒产生一个转矩,使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度。

依据牛顿定律,该转角的大小与液体的粘度成正比,于是液体粘度的测量转变为内筒转角的测量。

反应在刻度盘的表针读数,通过计算即为液体粘度、切应力。

3.水泥浆常压稠化仪中有一带固定浆叶的可旋转的水泥容器。

浆杯由电机带动以150 转/分的转速逆时针转动,浆杯中的水泥浆给予浆叶一定的阻力。

这个阻力与水泥浆的稠度变化成比例关系。

该阻力矩与指示计的弹簧的扭矩相平衡,通过指针在刻度盘上指示出稠度值。

三、实验仪器、设备1.电子天平2.恒速搅拌器3.钻井液密度计4.六速旋转粘度计5.油井水泥常压稠化仪四、实验步骤1.标定常压稠化仪指示计实验前,应当在标定装置上对指示计进行标定,将铜套圈装在指示计上方;缺口对准指示计销轴,尼龙线一端系在指示的销轴上,另一端沿铜套圈沟槽绕一周,然后再沿滑轮的沟槽引下与吊钩连接。

标定时,在吊钩上装上砝码,读出指示计数值。

然后将吊钩、砝码用手托起,使指示计指针回到零。

接着松手让吊钩、砝码慢慢落下,读数。

如此反复几次,取平均值。

混凝土中的流变性能原理及测试方法

混凝土中的流变性能原理及测试方法

混凝土中的流变性能原理及测试方法一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、道路、桥梁等领域的材料。

混凝土的流变性能是影响其性能和使用寿命的重要因素之一。

本文将详细介绍混凝土中的流变性能原理以及测试方法。

二、混凝土的流变性能原理1、混凝土的基本结构和组成混凝土由水泥、骨料、水和外加剂等组成。

其中,水泥是混凝土的胶凝材料,骨料是混凝土的骨架材料,水是混凝土的润湿剂,外加剂则用于改善混凝土的性能。

混凝土的基本结构由水泥胶体和骨料骨架组成。

2、混凝土的流变性能混凝土的流变性质是指它在受到外力作用时的变形及其与时间和应力的关系。

混凝土的流变性能直接影响其物理力学性质、抗震性能、耐久性、变形能力、渗透性等特性。

混凝土的流变性能主要包括:(1)抗压强度:混凝土在受到压缩力作用时的最大抗力。

(2)抗拉强度:混凝土在受到拉力作用时的最大抗力。

(3)抗弯强度:混凝土在受到弯曲力作用时的最大抗力。

(4)抗剪强度:混凝土在受到剪切力作用时的最大抗力。

(5)变形能力:混凝土在受到外力作用时的变形能力。

(6)渗透性:混凝土中孔隙的大小和分布决定了其渗透性能。

3、混凝土的流变模型混凝土的流变模型是描述其流变性质的数学模型。

常用的混凝土流变模型包括:(1)弹性模型:弹性模型假设混凝土在受到外力作用后会恢复到原始状态,不会有任何残余变形。

常用的弹性模型包括胡克定律和泊松比定律。

(2)粘弹性模型:粘弹性模型假设混凝土在受到外力作用后会有残余变形,但变形随时间逐渐减小,最终趋于稳定。

常用的粘弹性模型包括麦克弗森模型和邓肯-恩特芬格尔模型。

(3)塑性模型:塑性模型假设混凝土在受到外力作用后会有明显的塑性变形,但变形不随时间减小,且不会恢复到原始状态。

常用的塑性模型包括穆氏塑性模型和普通强度理论模型。

4、混凝土的流变性能测试方法混凝土的流变性能测试是评估其性能和使用寿命的重要手段。

常用的测试方法包括:(1)压缩试验:压缩试验是评估混凝土抗压强度的一种常用方法。

水泥浆流变性分析及其环空流动的数值模拟 (1)

水泥浆流变性分析及其环空流动的数值模拟 (1)

Experimental study on rheological property for cement slurry and numerical simulation on its annulus flow
SU N Bao jiang ,
1
GA O Yong hai ,
1
LIU Dong qing
vT ) ] + g
( 3)
320









2007 年第 3 期
式中: v 为流速, p 为流场压强 , 为动力黏度, g 为重 力加速度 , 为密度。 当流动为湍流时 , 采用 k ! 湍流模型封闭雷诺时 均方程使方程封闭: ( ui k ) = xi k ] + Gk + Gb - ! xj
A 辑第 22 卷第 3 期 2007 年 5 月
水 动 力 学 研 究 与 进 展 JOURNAL OF H YDRODYN AMICS
Ser . A , Vo l. 22, N o. 3 M ay, 2007
文章编号 : 1000 4874( 2007) 03 0317 08
水泥浆流变性分析及其环空 流动的数值模拟
水泥浆的流变性。这两个模式均不能充分反映水泥 浆的流变特性, 不能描述既有屈服值又有假塑性的水 泥浆体系, 特别是高温高压下的水泥浆体系 [ 1~ 3] 。由 于黏性作用, 属于非牛顿流体的钻井液和水泥浆在偏 心环空中的轴向流动规律 , 与同心环空时有很 大不 同[ 4, 5] 。偏心度等因素对非牛 顿流体环空流动 不均 匀性的影响, 国内外学者多从实验及理论方面进行研 究, 但他们研究的非牛顿流体大都局限于幂律流体及 宾汉流体[ 6~ 13] ; 对于赫切尔 巴尔克莱( H B) 流体 的环空流动研究 , 侧重于同心环空中的流动规律, 或 者做一定简化处 理后进行研究 [ 14] 。由于 H B 模式 在偏心环空中的流动方程表示复杂 , 精确的理论求解 比较困难 ; 同时水泥浆的环空流动实验研究条件难以 达到。数值模拟是解决这一问题的有效手段。本文 通过实验对海洋固井用到的水泥浆进行流变性分析, 得到了适合高温高压条件下水泥浆流变性的最佳模 式, 并在流变性分析的基础上对不同的水泥浆流变参 数在不同偏心度及流速条件下偏心环空内流速分布 的影响, 为水泥浆流变参数的优选提供了参考。

水泥浆流变特性18页PPT

水泥浆流变特性18页PPT
6、法律的基础有两个,而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力,那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序,有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起,可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的,因为好人用不着它们,而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
ThankLeabharlann you水泥浆流变特性6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂,怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿

新拌水泥混凝土流变特性模型综述

新拌水泥混凝土流变特性模型综述

水泥生产 Cement production14新拌水泥混凝土流变特性模型综述肖翔天(重庆交通大学材料科学与工程学院,重庆 400074)中图分类号:TQ172 文献标识码:B 文章编号1007-6344(2018)04-0014-01摘要:综述了新拌水泥混凝土流变性现有的流变模型,对新拌水泥混凝土流变模型的研究现状进行了梳理。

关键词:流变模型;新拌水泥混凝土0 引言流变学是一门研究物体由于各种原因所引起的流动和变形的学科,而对于新拌水泥混凝土,要研究其流动规律,就要研究其在某一瞬间应力与变形的定量关系,而其关系通常都要以流变方程式来表示,其流变参数主要有:屈服应力、塑性粘度合触变性。

从物理意义上来讲,屈服应力和塑性粘度与新拌水泥混凝土流变特性的关系就是浆体流动时剪切速率与剪切应力的关系,而触变性始终与时间这一因素有密切联系。

本文总结了新拌水泥混凝土流动性现有的流动模型,望为新拌水泥混凝土流变特性的测定提供思路。

1水泥基复合材料流变模型1.1牛顿流体模型Newton用平行平板剪切流动试验指出了两平行板之间的速度分布呈线性规律,得出:,式中,为剪切应力,为粘度,为剪切速率。

该模型粘度与剪切速率无关,只与温度有关。

Tatersall[1]将缓冲器和滑块并联,再与弹簧串联而成来表征流体粘-弹-塑性流变特征及其受力过程,提出了Bingham 模型:,式中,为Bingham 屈服应力。

,只发生弹性形变;,其弹性结构被破坏,之后遵循Newton 粘度定律。

该模型适用于有一定屈服应力的流体,也可以说牛顿流体模型是Bingham模型的一种特殊情况。

1.2 非牛顿流体模型1.2.1指数型模型随着混凝土流变性测试设备的改进,低水胶比混凝土不断发展,用Bingham 模型对低剪切速率下的-曲线进行拟合时,屈服应力出现负数, Bingham模型已不适用,故,F.de Larrard[2]提出了Herschel-Bulkley模型:,式中,是符合H-B模型的屈服应力,c为流动系数,p为HB流动指数或幂律指数。

固井水泥浆流变规律实验研究

固井水泥浆流变规律实验研究
第3 2卷 第 2 期
21 0 0年 3月
石 油 钻 采 工 艺
OI L DRI LLI NG & PR0DUCTI ON TECHNOLOGY
V0 . 2 1 3 No 2 . Ma .2 0 r 01
文章 编 号 : 0 0 3 3 2 1 0 —0 4 —0 1 0 —7 9 ( 0 0) 2 0 2 4
固 井 水 泥 浆 流 变 规 律 实 验 研 究
王 斌 王 斌 瑞和
( 中国石油大学石油工程 学院, 山东东营 27 6 ) 50 1
摘要 :应用不 同的水 泥浆体 系固井是 解决不 同地 层需要 的主要 手段 , 对其 流变性规 律 尚缺乏 系统的 实验研 究和理论分 但 析 。针对 目前常用的 4 水泥浆体 系, 种 利用流变性 实验分析方法 , 研究 了水泥浆在不 同水灰比、 温度和水化 阶段 的变化规律 , 建
立 了流 变参数随温度和时间的变化 关系式。结果表明 , 水泥浆的流变性 随着水灰 比的增大而得 以改善 , 随温度的 变化 具有 明显 的区间性 变化规 律 , 但不 同体 系的趋 势转变温度点不 同, 随着水泥浆的不断水化, 且 其流性指数减小 , 稠度 系数增大。该研 究可
为优 化 固井 注 水 泥设 计 方 案 提供 重要 的理 论 依 据 。
e e s t mp r t r n mei e tb ih d I h wn t a er e l g f e n l r esb t rwi ei c e s f ca d i t r ht wi e e a e a d t s sa l e . t ss o t h h o o y o c me t u r g t et t t r a eo w/ n u i s i h t s y e h h n t

泥浆流变模式

泥浆流变模式

泥浆的流变模式
在钻探工作中,选择合理的泥浆是钻探工作成功的重要条件之一,选取优良的泥浆性能,流变特性和水力特性,是提高钻井液效率的一个重要手段,其中,泥浆的流变性对钻进、排粉、孔壁稳定、钻孔漏失及流动阻力(压力损失)等均有重要影响。

然而泥浆的流变性能变化范围很大,不同的流变模式所具有的流变性能不同,其流变参数也不一样,泥浆流变模式的优秀选择不仅对于准确计算流变参数至关重要,而且对于评价处理剂性能、优选钻井水利参数、分析研究井内净化和井壁稳定等均有重要作用.
目前广泛采用的泥浆流变模式有宾汉模式、幂律模式、卡森模式、赫巴模式。

宾汉模式
塑性流体可称为宾汉流体,其流变曲线为不通过原点的一条直线,这种流体具有一定的颗粒浓度,在静止状态下形成颗粒之间的内部结构,加外力进行剪切时,要破坏结塑性黏度。

幂律模式
幂律流体的流变曲线为通过原点的曲线,可以用密函数或幂律模式来表示。

卡森模式
卡森模式能根据低剪切速率和中剪切速率的资料,较准确地预测高或极高剪切速率下的黏度变化。

卡森模式是假定凝聚成长条状的棒状物,在剪切速率下特别是在高剪切速率下能分解为原始颗粒。

赫巴模式
赫巴模式包括带屈服值的假塑流体及带屈服值的膨胀流体。

高温高压下水泥浆的流变模式

高温高压下水泥浆的流变模式
^ , "
增高, 向剪 切速 率轴弯 曲的趋 势时, 有 宾汉 模式正好 与幂 律模式 相反, 无论在 高 剪切速 率 还是 在低 剪切 速 率 下屈服 值 都偏 高 。在低 剪 切速率 下 , 量值 受液 测 体在 管 壁 上滑 动 现象 的影 响 。
为了 决上 题 人 提出j 如卡 Cs n4一 ,√பைடு நூலகம் 和赫 解 述问 , 们 - 诸 森( s ); ao - l , ’ l
学 论 坛
●I
高温 高压 下水泥 浆 的流变模 式
刘 东清
( 利石 油管 理局 海洋 钻井 公 司 1东 东 营 胜 【 1 27 6 ) 5 0 2
[ 摘 要] 文采 用美 国 C a d e 本 h n l r公 司生产 的 7 0 型 高温 高压流 变仪 , 40 针对 胜利 油 嘲固井 常用 水泥 浆体 系, 选取 了有 一定 代表 性 的三种 配方 水泥浆 分别 在 j 种 不 『 深相 应 的温 度 和 压 力下 拟 合 水泥 浆 流变 曲线 , 别采 用 宾 汉 、幂 律 、修 『 幂律 、卡 森 、反 线 性 、指 数 、双 曲线 以及对 数 等 形式 , 选 了符 合 在 井 分 F 优 用 水 泥 浆体 系 的流 变 模 式 。 [ 关键词 ] 水泥 浆体 系 流变 性 流 变参 数 流变 模式 温 度 压力 中图 分类 号 :E 2 + 3 T 9 7 . 文献标 识码 : A 文 章编 号 : 0 9 9 4 ( 0 0 0 0 2 2 1 0 1 X 2 1 ) 5 0 1 5 0
切尔 一巴尔 克莱 (e s h lB lly f f H r c e— u k e) .( ) 0+ i j 等模 式 。 } 卡森模 式常 用 于钻 井泥 浆, 此模 式 一 般不 用 于水泥 浆 。赫 切尔 巴尔 克莱 模式 ( 模式 ) HB 是带屈服 值 的幂律 模 式, 常称 为屈 服幂律 模 式或修 正幂 律模 式, 是 12年 通 它 96 针 对橡 胶 溶液 提 出的, 9 7年用 于 钻井 液 。此模 式 含有 三个 参数 , 以给 出 17 可 较 多 的流变 参数 , 而较 为充 分地 反映 水泥 浆高 温 高压下 的流变 性 。此 外, 从 双 曲线 、反线 性 等模 式 也 可 以用 来 描述 水 泥浆 的流 变特 性 。本 文将 对 实验 结 果 进行 分 析, 得到 适 合 高温 高压 条 件下 水泥 浆 流 变性 的 最佳 模式 。 3 实验 仪器 实验 采用 美 国C ad e 公 司生 产的 70 型高温 高压 流变 仪, 仪器是 专 hn lr 40 该 门用 f在高 温高 压 条件下 测 量钻 井液 、水 泥浆 、压裂 液 等液体 流变 性 能, 能 够测 量所 有 牛顿液 体和 非牛 顿液 体, 宾汉 、幂 律及 修正 幂律 等, 如 包括 剪切 相 关和 时 间相 关 的 液体 。该类 仪器 能够模 拟 钻 井液 、水泥 浆 等在 环 空 中的 流 动状态 , 较之 常压 流变仪 更真 实和可 靠, 现场施 工具 有重要 的指 导意义, 对 是进 行钻 井 液 、水泥 浆 等性 能 设 计 、流变 学 设 计及 提 高水 泥 浆顶 替 效 率研 究 的
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水泥浆流变特性 水泥浆流变特性,通常采用回转圆筒黏度计的方法测定 。粘度计的工作部分包括两个圆筒,在内外两个圆筒之间置 又要测定的式样。外筒的半径为R,内筒的半径为r,式样的 有效高度为h,当以不同的角速度旋转外筒时,通过水泥浆 式样的内摩擦可以使内筒旋转。根据内筒的璇转角度可以得 到扭矩。因此,在对水泥浆柳编特性进行测定时可以直接得 到角速度与扭矩两个参数,从而进行计算。 M.伊什-沙洛姆等人在研究水化时间分别为15min、 45min、3h的水泥浆的流变特性时,发现它们具有三种不同 的流变曲线。上升和下降流变曲线所包围的面积,称为滞后 圈,显示水泥浆得触变性。所谓触变性是指某些胶体体系在 外力作用下,流动性暂时增加,外力除去后,具有缓慢的可 逆复原的性能。这是一种等温下胶凝-溶胶可逆互变的现象。

三种理想物体及其流变方程
1、胡可弹性固体。它是指这样一种弹性 固体,当其在外力作用下,变性立即发生 ,变形的大小与作用力成正比,当外力取 消以后,物体能恢复原来的形状。 为了形象地表述上述流变方程,可以用 一个完全弹性的弹簧(A)作为理想弹性体 的模型原件。 当作用力超过极限剪力时,固体就失去 弹性而产生不能消失的塑性变形。
流变学及流变方程
流变学是研究物体中的质点因相对运动 而产生流动和变形的科学。因为流变学 能够表述材料的内部结构和宏观特性之 间的关系,所以它逐渐成为材料科学基 础理论的一个重要部分,并且涉及到各 类类型的材料。 流变学把三种理想物体,各用一些参数 将应力与应变的关系联系起来,表述为 流变方程式。



宾汉姆体 宾汉姆在研究硅藻土、瓷土、油漆等弹-塑-粘性 物体的变形过程时,当所加的外力较小,它所产 生的剪应力小于极限剪应力或 屈服应力t时, 物体将保持原状不发生流动.而当剪应力超过t时, 物体就产生流动形变.这类物体称之为宾汉姆体. 一些实验表明,沥青、土壤、水泥浆和水泥混凝 土混合物等都属于宾汉姆体。因此,研究水泥浆 的流变特性主要是确定应变速率遇剪应力之间的 关系,从而确定表征水泥浆特性等值。


3、牛顿粘性液体。当液体流动时,在 流动着的液体中,可以沿着流动的方向 将其分成流速不同的若干层,则相邻的 两层之间存在着与流动方向相反的阻力 ,这种阻力称为粘性或内摩擦力。牛顿 粘性液体就是这样一种理想的粘性液体 ,其剪应力与应变速率之比为一个常数 。 牛顿液体的模型是用一个带孔的活塞 在装满具有粘性的液体的圆筒形粘壶内 运动。

2、圣*维南塑性固体。它是指这样一种理 想塑性体,当其固体产生变形的力超过屈 服应力后,在应力不变的情况下,物体产 生塑性流动。如果这个外加应力等于屈服 应力时,物体以匀速流动。 理想塑性体的模型,可以用一个静置于 桌面上的重物(B)表示。重物与桌面间 存在摩擦力。当作用力P达到并超过静摩 擦力时重物开始移动.当P减少到与动摩擦 力相等时,重物即以匀速移动.这个元件就 是圣*维南塑性体模型.
0 0 0 0
水化时间
γ

0
(Pa
η
0
(Pa·S
min 2h 3h
44.5 56 99 134

2. 水灰比的影响 水灰比对水泥浆的流变特性影响较大,图437表示不同水灰比的水泥浆,塑性粘度和极限 剪应力与水化时间为15min的比值随时间变化 的规律,它表明随着水会比变低时,塑性粘度和 极限剪应力均提高。
γ
( Pa)
0
30
35 25 30 35
50
48 2.4 2.5 3.3
124
134 5.4 15 15.7
太大
太大 9.3 太大 太大
η
( Pa·S)
0
4. 水泥熟料矿物组成的影响 试验证明,水泥熟料矿物对水泥流变性也有影响, 但是其中最重要的是C3A的含量。图4-38表示。水泥 浆的水灰比为0.5,在常温下水化,水泥浆的流变性 与C3A含量的关系。它表示水泥熟料中C3A的含量提 高,水泥浆的塑性黏度和极限应力也随之提高,这 种影响在水化2h后表现得特别明显。
影响水泥浆的流变特性的因素很多,主要有 水灰比、水化温度、水泥的矿物组成、搅拌制度 等。为了探讨这些 因素的影响程度,M.伊沙-沙 洛姆等人曾对熟料组成为C3S44.8%、C2S26.9% 、C3A13.6%、C4AF6.7%的波兰水泥在不同条件 下进行了比较,根据试验结果归纳如下:
1. 水化龄期的影响 表4-24的试验结 果表明,水泥浆在 45min以前,η 、γ 的 变化不大,超过这个 时间, η 、γ 增长比较 大,两小时后增长更 大。
水泥浆的工艺特性

水泥浆与水泥混凝土混合物的工艺特性,特别 是通常所说的工作性或和易性,是从事混凝土施工 和水泥制品工艺的技术人员十分关心的问题.水泥 浆或水泥混凝土混合物的和易性是评定其工艺性 质的一个综合指标.它是流动性、可塑性、稳定性 、易密性等多种互相矛盾的工艺要求的统一。到 目前为止,对它还没有一个准确的统一的描述, 随着流变学在水泥浆和混凝土混合物中的应用, 有可能对它做出科学的描述。
3. 水化温度的影响 水化温度对水泥浆流变特性的影响如 表4-25所 示。从所列试验结果可知,随着水化温度的提高 ,浆体的流变特性增大。但是在45min以前增大不 显著,超过45min以后增长特别快。
指标 温度 (℃) 25
水化时间
15min 44.5 45min 56 68 2.5 3.2 3.5 2h 99 3h 134
示意图



在图4-36中,1为水化15min的浆体,其下降曲 线(2)在上升曲线(1)的右方,第二次测定也在 第一次测定的右方,它说明在同样转矩下,力矩增加 即粘度增加,这个现象属于反触变现象.11 为水化 45min的浆体,它表现为可逆曲线。 111为3h的浆体,其下降曲线在上升曲线的左方且成 直线,第二次循环也移至第一次的左方,它表明在同 样转速下,力矩减小即粘度减小,这种现象属于触变 现象。 反触变现象是某些粗粒子悬浮体的特性,而触变现 象是某些胶体体系的特性。水泥浆随着水化过程进行 而逐渐形成水化物胶凝体,因而,水泥浆的流变特性也 从反触变现象过度到触变现象,这是水泥粒子从初始 分散体系向胶体尺寸粒子的水泥悬浮体以及凝聚结构 转变的过程。
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