HAAKE哈克RheoStress6000流变仪正确的校准测量方法（一）

HAAKE RS6000 流变仪的校准方法研究

安 琦,熊俊杰,张 宸

（ 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452）

摘要:针对 RS6000 流变仪在压裂液耐温耐剪切性能测试中遇到的温度控制不准确、剪切速率波动及粘度测量有偏差等问题,采用实验数据分析、测量单元测试原理分析及影响因素分析对 RS6000 流变仪测量过程中出现的上述问题进行了 校准,实验结果显示温度误差在 0 ~2. 5 ℃ 之间,测量间隙 Gap 值在 1 ~2. 9 mm 之间,受转子与轴承的磨阻影响的粘度值可采用 “ stationary flow curve( CS／CR - rotation step) ”方法拟合参数 a,b,c 进行校正。校准后 RS6000 流变仪测量的数据稳定性得到明显改善。
 

关 键 词:RS6000 流变仪;压裂液;耐温耐剪切

中图法分类号:TE927    文献标识码:A    文章编号: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

加砂压裂技术是低渗透油气田 勘探开发的关键技术之一,而压裂液体系的性能关乎整个压裂施工作业成败及压裂效果,压裂过程中要求压裂液具有高的携带支撑剂的能力, 及在不同的几何空间、不同的流动状态下优良的承受破坏的能力[1 - 2]。 因此, 压裂液耐温耐剪切性能 成为压裂液评价中的重要指标[3 - 4] 。 HAAKE RS6000 流变仪是压裂液测试的有效工具,能够模拟压裂液在地层温度条件下的耐温耐剪切性能测试。 笔者在采用 RS6000 进行压裂液的测试当中, 发现经常出 现几个问题：1） 测试温度的控制有偏差;2）测试过程中剪切速率波动;3） 测试粘度存在偏差。 张翠林[5] 在 MCR 301流变仪使用过程中总结了油浴温度要高于测量筒温度的使用经验, 实验总结了流变仪温度设置的修正值, 但由于流变仪结构的不同, 温度的修正值仍存在一定差异。 本文对故障事例进行分析研究, 提出了解决方案,有效解决了上述问题。
 

1 RS6000 流变仪介绍及原理分析

RS6000 流变仪是一台高温高压流变仪,用于压裂液的流变特性研究。 RS6000 流变仪由 主机、油浴、压力系统和计算机系统组成。 通过计算机或油浴上的温控器进行温度控制, 氮气经减压阀, 高压管线直接连到测量筒,氮气压力的大小由手动调节减压阀进行控制。压裂液在耐温耐剪切测试过程中要求在恒定剪切速率下进行测试,由表观粘度计算公式（1） 可知, 流体表观粘度与剪切应力成正比, 与剪切速率成反比。 在剪切速率出现波动的情况下, 压裂液粘度曲线与速率曲线呈现镜像对称状态,如图 1 所示,因此测量结果误差较大。

式中, η 为流体表观粘度,Pa· s; τ 为剪切应力,Pa;γ 为剪切速率,s- 1 。
 

2 温度校准

温度是影响压裂液性能的重要因素之一 [6] 。 流变仪测定压裂液的粘度测试显示, 随着温度升高, 流变仪相对误差变大, 仪器间相对误差在 ± 10％ 以内[7]。 在压裂液耐温耐剪切性能测试中, 温度由 油浴单元控制,通过保温管线对保温套筒加热。 油浴在循环过程中不可避免地存在着热交换, 会有一定的热量损失, 因此油浴温度与测试压裂液温度存在一定的偏差。 对油浴温度和测试压裂液温度分别进行了 20 ~ 160 ℃ 测试, 测试结果如表 1 所示。

从表 1 中可以看出, 压裂液性能测试时油浴温度要稍高于测定温度,即 t设定 ＝ t测定 + △t ,根据测试结果,△t 在0 ~ 2. 5 ℃ 之间。

从安全的角 度考虑, 为了防止水和盐酸的沸腾、挥发,当测试温度超过 85 ℃ 时, 应当对测量筒加上氮气进行保护,加上 1 MPa 的氮气可以起到很好的保护作用[5] 。