HAAKE RS6000 流變儀的校準方法研究
安 琦,熊俊杰,張 宸
（ 中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300452）
摘要:針對 RS6000
流變儀在壓裂液耐溫耐剪切性能測試中遇到的溫度控制不準確、剪切速率波動及粘度測量有偏差等問題,采用實驗數據分析、測量單元測試原理分析及影響因素分析對
RS6000 流變儀測量過程中出現的上述問題進行了 校準,實驗結果顯示溫度誤差在 0 ~2. 5 ℃ 之間,測量間隙 Gap 值在 1 ~2.
9 mm 之間,受轉子與軸承的磨阻影響的粘度值可采用 “ stationary flow curve( CS／CR - rotation
step) ”方法擬合參數 a,b,c 進行校正。校準后 RS6000 流變儀測量的數據穩定性得到明顯改善。
關 鍵 詞:RS6000 流變儀;壓裂液;耐溫耐剪切
中圖法分類號:TE927 文獻標識碼:A 文章編號:2096 -0077( 2019) 01 -0086 -04
DOI：10. 19459 ／j. cnki. 61 -1500／te. 2019. 01. 022
Calibration Method of HAAKE RS6000 Rheometer
AN Qi, XIONG Junjie, ZHANG Chen
（ CNOOC EnerTech-Drilling ＆ Production Co. ,Tianjin 300452,China）
Abstract：The problems of temperature control imprecision, shear rate fluctuation and viscosity measurement deviation in the test of tempera-ture and shear resistance are summarized. The above problems occurring in RS6000 rheometer measurement are calibrated by the experimen-
tal data analysis, measurement unit test principle analysis and influencing factor analysis. The experiment results show that the temperature error is between 0 ~ 2. 5 ℃ , the measuring Gap is between 1 ~ 2. 9 mm, and the viscosity values influencingby rotor and bearing friction can be used " stationary flow curve （ CS／CR - rotation step） " method fitting parameters a, b, c. The data stability of RS6000 rheometer is sig-nificantly improved through the calibration, which provides some enlightenment and reference for the calibration of the rheometer.
Key words：RS6000;fracturing fluid;resistance to temperature and shearing
0 引 言
加砂壓裂技術是低滲透油氣田
勘探開發的關鍵技術之一,而壓裂液體系的性能關乎整個壓裂施工作業成敗及壓裂效果,壓裂過程中要求壓裂液具有高的攜帶支撐劑的能力,
及在不同的幾何空間、不同的流動狀態下優良的承受破壞的能力[1 - 2]。 因此, 壓裂液耐溫耐剪切性能 成為壓裂液評價中的重要指標[3 -
4] 。 HAAKE RS6000 流變儀是壓裂液測試的有效工具,能夠模擬壓裂液在地層溫度條件下的耐溫耐剪切性能測試。 筆者在采用 RS6000
進行壓裂液的測試當中, 發現經常出 現幾個問題：1） 測試溫度的控制有偏差;2）測試過程中剪切速率波動;3） 測試粘度存在偏差。
張翠林[5] 在 MCR 301流變儀使用過程中總結了油浴溫度要高于測量筒溫度的使用經驗, 實驗總結了流變儀溫度設置的修正值,
但由于流變儀結構的不同, 溫度的修正值仍存在一定差異。 本文對故障事例進行分析研究, 提出了解決方案,有效解決了上述問題。
1 RS6000 流變儀介紹及原理分析
RS6000 流變儀是一臺高溫高壓流變儀,用于壓裂液的流變特性研究。 RS6000 流變儀由 主機、油浴、壓力系統和計算機系統組成。 通過計算機或油浴上的溫控器進行溫度控制, 氮氣經減壓閥, 高壓管線直接連到測量筒,氮氣壓力的大小由手動調節減壓閥進行控制。壓裂液在耐溫耐剪切測試過程中要求在恒定剪切速率下進行測試,由表觀粘度計算公式（1） 可知, 流體表觀粘度與剪切應力成正比, 與剪切速率成反比。 在剪切速率出現波動的情況下, 壓裂液粘度曲線與速率曲線呈現鏡像對稱狀態,如圖 1 所示,因此測量結果誤差較大。
式中, η 為流體表觀粘度,Pa· s; τ 為剪切應力,Pa;γ 為剪切速率,s- 1 。
2 溫度校準
溫度是影響壓裂液性能的重要因素之一 [6] 。 流變儀測定壓裂液的粘度測試顯示, 隨著溫度升高, 流變儀相對誤差變大, 儀器間相對誤差在 ± 10％ 以內[7]。 在壓裂液耐溫耐剪切性能測試中, 溫度由 油浴單元控制,通過保溫管線對保溫套筒加熱。 油浴在循環過程中不可避免地存在著熱交換, 會有一定的熱量損失, 因此油浴溫度與測試壓裂液溫度存在一定的偏差。 對油浴溫度和測試壓裂液溫度分別進行了 20 ~ 160 ℃ 測試, 測試結果如表 1 所示。
從表 1 中可以看出, 壓裂液性能測試時油浴溫度要稍高于測定溫度,即 t設定 ＝ t測定 + △t ,根據測試結果,△t 在0 ~ 2. 5 ℃ 之間。
從安全的角 度考慮, 為了防止水和鹽酸的沸騰、揮發,當測試溫度超過 85 ℃ 時, 應當對測量筒加上氮氣進行保護,加上 1 MPa 的氮氣可以起到很好的保護作用[5] 。