原油流變性的測定

原油流變性的測定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^測量原有的粘度、屈服值、觸變性和剪切稀釋性，加深對原油流變性的流變測量的理解；熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的使用，掌握測量原油流變的方法；了解測定原油凝點(diǎn)和用U型管測屈服值的方法；學(xué)會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理分析方法。二、 儀器介紹和測量原理本實(shí)驗(yàn)使用的HAAKEVT550流變儀和BrookfieldDV-III+流變儀屬Searle型（外筒固定、內(nèi)同旋轉(zhuǎn)）同軸圓筒旋轉(zhuǎn)流變儀。HAAKEVT550流變儀可用于測量牛頓流體的動力粘度和非牛頓流體的流變性。Brookfield流變儀可用于測量牛頓流體的動力粘度。流變儀由四個(gè)主要部分組成：動力傳遞系統(tǒng)（在測量范圍內(nèi)可隨意設(shè)定剪速）、測量頭及自動控制系統(tǒng)、內(nèi)外圓筒及恒溫浴、底座。HAAKEVT550流變儀 測量粘度范圍：1?1.0X109mPa.s剪切速率范圍：0.01?4000S-1 牛頓流體的測量誤差：±2%M剪切應(yīng)力剪切速率T= (Pa)剪切應(yīng)力剪切速率2兀hR222R2丫=R2—R2①=b①(1/S)1 2粘度日=— (Pa.s).Y式中M為扭矩，①為轉(zhuǎn)速，h為圓筒高度。當(dāng)內(nèi)外筒系統(tǒng)安裝好后，HAAKEVT550會自動判定，并自動測量出以上剪切應(yīng)力、剪切速率、粘度及其他數(shù)據(jù)。BrookfieldDV-III+流變儀操作簡便精確，可通過菜單或計(jì)算機(jī)編程，測量流體在給定轉(zhuǎn)速下的剪切力及粘度。DV-III+的操作原理是通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游絲來轉(zhuǎn)動一個(gè)轉(zhuǎn)子（浸在被測液體里），測出流體對轉(zhuǎn)子的阻力，通過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換器測出游絲扭力，決定DV-III+測量范圍的因素是：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子形狀及尺寸、轉(zhuǎn)子所在容器，標(biāo)準(zhǔn)游絲的力矩范圍。DV-III+提供四組游絲力矩。三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作（三個(gè)剪速） （三個(gè)剪速）（三個(gè)剪速） （三個(gè)剪速）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法1、測定某條件下原油的非牛頓流體特性大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)油溫處于凝點(diǎn)T和T+3°C之間時(shí)，原油呈現(xiàn)非牛頓流體特性：①曲zz阜現(xiàn)象②觸變性③剪切稀釋性。此條件下的原油沒有確定的動力粘度值，其流變性不僅取決于溫度，而且與剪切時(shí)間、剪切速度和剪切“歷史”有關(guān)，要求實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述非牛頓現(xiàn)象。測定方法：調(diào)節(jié)超級恒溫水浴并加熱油樣至50r；裝配好流變儀的圓筒系統(tǒng)，調(diào)節(jié)恒溫水浴，接通循環(huán)水預(yù)熱圓筒系統(tǒng)至裝油溫度；裝油（按選用的內(nèi)外圓筒系統(tǒng)確定裝油量）；按0.5?1°C/min的降溫速率降至測量溫度（試樣凝點(diǎn)以上附近），并恒溫20分鐘。然后進(jìn)行如下的流變測量：屈服現(xiàn)象，測屈服值選剪切速率Y=5s-1，開始測試和計(jì)時(shí)，讀出最大剪切應(yīng)力讀數(shù)'及其對應(yīng)的粘度P和時(shí)間t。觸變性：在上述Y下，繼續(xù)剪切，從開始計(jì)時(shí)后每隔30秒讀一個(gè)數(shù)，讀至2分鐘；然后每隔1分鐘讀數(shù)，讀至6分鐘；然后每隔2分鐘讀數(shù)，直至平衡（即兩個(gè)讀數(shù)基本相同）。由此數(shù)據(jù)畫出剪切應(yīng)力T、^隨時(shí)間t變化的曲線。剪切稀釋性：換兩個(gè)較大的剪切速率（Y=50,200s-i），重復(fù)以上①?②步驟。再利用平衡時(shí)的表觀粘度Rop進(jìn)行比較。2、測定牛頓流體粘溫特性大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)油溫高于凝點(diǎn)T+10C以上時(shí)，原油呈現(xiàn)牛頓流體特性。因此要z求驗(yàn)證在指定溫度下，原油的流變性符合t=rY流變方程，粘度R僅僅是溫度t的單值函數(shù)，并確定R值。一般牛頓流體的粘度只與測量溫度有關(guān)，根據(jù)所測數(shù)據(jù)繪出該流體的粘溫曲線。測定方法：在上述非牛頓流體實(shí)驗(yàn)完畢后，加熱至50C（根據(jù)測量要求而定），恒溫20分鐘，測量粘度及剪切應(yīng)力。（或者利用Bookfield流變儀直接將試樣加熱至50C）。選定3個(gè)剪速，每個(gè)剪速測量3個(gè)讀數(shù)（間隔1分鐘），觀察是否還具有非牛頓流變性（屈服性、觸變性、剪切稀釋性）。求每個(gè)減速下的粘度平均值。再加熱至55、60C重復(fù)測量。數(shù)據(jù)處理：1.非牛頓流體t/s3060120180240300360420480540600T=20T/Pa14.310.98.457.717.196.736.516.326.176.075.88y=5sTu/Pa2.852.181.691.541.441.351.31.261.231.211.18I LT=20T/Pa17.814.813.41211.410.910.610.310.19.959.859.69v=50sT1/Pa.0.3560.2950.2670.2410.2270.2190.210.2070.20.1990.1960.194T=20T/Pa26.423.221.319.818.918.41817.917.917.917.717.5V=200s|+l/Pa0.1320.1160.1070.0990.0940.0920090.0890090.08950.0890.088依照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在剪切速率5s-1下做T、p隨時(shí)間t變化的曲線，如下圖

由圖可以更清楚的表達(dá)非牛頓流體的觸變性，即在恒定剪切速率下，剪切應(yīng)力隨時(shí)間連續(xù)下降，最終達(dá)到某個(gè)平衡值，也表現(xiàn)為表觀粘度隨時(shí)間連續(xù)下降。由左圖剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系可以看出，非牛頓流體的剪切應(yīng)力與剪切速率的比值逐漸減小，即隨著剪切速率的增加，非牛頓流體的表觀粘度逐漸降低，存在剪切稀釋性。2牛頓流體轉(zhuǎn)速扭矩/%轉(zhuǎn)速扭矩/%粘度/(mP.s)541.5498.5T=45865.3489.610 81.8 490.7533398T=50852.5393.7106563941527.5328.7T=55843.3324.7105383233度度度_.ooL度度度_.ooL04LOLO由上圖可知牛頓流體的粘度只是溫度的單值函數(shù)，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)時(shí)均未記錄儀器的尺寸參數(shù)，故只是做了扭矩與轉(zhuǎn)速的定性曲線，由于剪切應(yīng)力與扭矩成正比，剪切速率與轉(zhuǎn)速成正比，故扭矩-轉(zhuǎn)速關(guān)系定性反應(yīng)剪切應(yīng)力-剪切速率的線性關(guān)系，溫度一定，牛頓流體的粘度與剪切速率、剪切歷史無關(guān)。線性關(guān)系服從牛頓內(nèi)摩擦定律。如何實(shí)現(xiàn)流變測量？流變測量是選擇簡單流動方式來測定在特定歷史條件下流體的物料函數(shù)，即應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率、及粘度、模量等流變響應(yīng)特性。對于具體的流變測量，首先應(yīng)設(shè)計(jì)或選用適合工程

或工藝要求的流變儀，尋求流變儀的測量原理。然后提供反應(yīng)工程或工藝性質(zhì)的測量方法，再次尋求無聊的流變方程，發(fā)展和檢驗(yàn)本構(gòu)方程。具體做法是對流體施加穩(wěn)態(tài)剪切，可測量剪切應(yīng)力剪切速率、粘度之間的關(guān)系；對流體施加瞬態(tài)或動態(tài)的剪切，在小變形或小振幅條件下，可測量粘彈性體系的粘彈性等。4動平衡流變曲線與全粘溫曲線的聯(lián)系及物理意義？（T-Y-t曲線、T-Y曲線）非牛頓流體剪切應(yīng)力隨時(shí)間變化，但最終會達(dá)到平衡，把各剪切速率和所對應(yīng)的平衡剪切應(yīng)力描繪在圖上，就可得一條動平衡流變曲線。而T-Y-t曲線是再初次剪切剪切應(yīng)力迅速下降，隨著剪切時(shí)間的延長，剪切應(yīng)力不斷下降最終達(dá)到平衡值，得一條剪切應(yīng)力衰減曲線，再對應(yīng)不同剪切速率得到不同衰減曲線。他們都反映了非牛頓流體的觸變性，只不過T-Y曲線為消除了時(shí)間效應(yīng)的流變曲線，只有最終的平衡值和剪切應(yīng)力的關(guān)系，更直觀。實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次試驗(yàn)，我們親自動手操作了流變儀，對流變儀的使用和原理有了深入了解