维普资讯 http://www.cqvip.com 第２１卷第４期 ２００２年８月 实验室研究与探索 ＶＯｌ＿２１ ＮＯ．４ Ａｕｇ．２００２ ＬＡＢｏＲＡＴ０ＲＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＥＸＰＬ０ＲＡＴＩ（）Ｎ 均匀设计方法在泥浆选配中的应用 江 国， 于宗仁， 孙如华 （中国矿业大学资源学院，江苏徐州２２１００８） 摘 要：均匀设计是一种重要的试验设计方法，将这种方法运用到泥浆选配实验，并进行回归分析，能大 大减少试验次数，得出最佳泥浆配方，取得良好的效果。 关键词：均匀设计；泥浆选配；回归分析 中图分类号：ＴＤ４２１．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—７１６７（２００２）０４—００５８—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｗｅｌｌ—Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ Ｍｕｄ’Ｓ Ｏｒｄｏｎｎａｎｃｅ №一 ＪＩＡＮＧ Ｇｕｏ， ｙ（，Ｚｈｏｎｇ－ｒｅｎ， ＳＵＮ Ｒｕ—ｈｕａ ２ ３ ４ ５ ６ ７ （Ｍｉｎｉｎｇ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｘｕｚｈｏｕ ２２ １００８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｗｅｌｌ—ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ．Ｗｅ ａｐｐｌｙ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｍｕｄ ｏｒｄｏｎｎａｎｃｅ’Ｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅａｌ ｉｔ ｗｉｔｈ ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｍｕｄ’Ｓ ｒａｔｉｏｎｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｅｌｌ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｅｄ ｄｅｓｉｇｎ；ｍｕｄ’Ｓ ｏｒｄｏｎｎａｎｃｅ；ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｌ 前 言 泥浆是钻探工程的一个重要组成部分，要具备一 定的性能才能达到冷却钻头、携带岩屑、维护孔壁等功 用，这就需要选配处理剂。选配一种新型的处理剂，需 要在一定范围内寻找合适的加量。 正交设计方法进行泥浆选配，是根据正交准则挑 选代表点，被挑选的点要具有两个特点：①均匀分散， 使被挑选出的试验点具有代表性；②整齐可比，便于 数据分析。如处理剂加量范围大，因素水平多，运用本 方法实验次数太多。而均匀设计方法可以解决这个问题。 均匀设计提供了一个Ｖ （１０。）均匀设计表（见表 １）和一个Ｖ （１０。）使用表（见表２）。当试验有两个因 素时，选用均匀设计表Ｖ （１０。）的１、６两列来安排实 验，当试验有三个因素时，选用第１、５、６列来安排实 验，依次类推。 Ｖ １ ０ （１０ ） 平 试验 设计表 收稿日期：２００１—０６—１２ ２实 验 ２．１实验目的要求 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 江 国，等：均匀设计方法在泥浆选配中的应用 处理剂：水解度为３０ 的ＰＨＰ及ＫＨｍ； ５９ 通过实验分析ＰＨＰ—ＫＨｍ不分散低固相泥浆中 ＰＨＰ、ＫＨｍ对其流变特性的影响，并选出流变特性动 塑比（０．３６～０．４８）；动切力１５～３０Ｐａ；塑性粘度（０．５ ～因素的水平：即ＰＨＰ、ＫＨｍ的浓度范围的确定， 根据施工的经验及厂家推荐的数据，ＰＨＰ在（１Ｏ０～ １ ０００）×１０ 中均匀分为１０个水平；ＫＨｍ在０．８ ～ ２．６ 中均匀分为１０个水平。 ０．７）ｍＮｓ／ｍ ；表观粘度（０．７～１．Ｏ）ｍＮｓ／ｍ 的最佳 配方。 ２．２．１ 实验安排 基浆组成：４０ｇ膨润土＋２．４ｇ无 水Ｎａ ２ＣＯ ３制成１ Ｏ００ｍｌ基浆ｉ 选用Ｖ （１０ ）的第１、６两列来安排实验，见表３。 表３实验安排及测试结果 ２．２．２测试结果分析 利用计算机回归分析的方法 处理数据。其中ＰＨＰ、ＫＨｍ对比重、ｐＨ无大影响，对 动塑比、动切力、塑性粘度、表观粘度进行分析。将塑性 粘度７ 、表观粘度 作为回归分析的变量，ＰＨＰ的浓 度（１０ ）和ＫＨｍ的百分比浓度作为自变量，可得到 两个回归方程： ｌｎｒ／＾一一３．０４９ ６６９＋０．４２６ ４４６ ９１ｎＰ一 ０．３０７ １１８１ｎＫ 一由方程（１）、（２）可以看出，ＫＨｍ有降粘作用， ＰＨＰ具有增粘作用。但两者究竟对泥浆的动切力和动 塑比有何影响，需进一步分析。 根据６速粘度计的原理和计算公式，即 ｒ／ 一 ６ｏｏ一 ３ｏ。（ｍＮｓ／ｍ ） ｒ／＾一÷ ６ｏｏ（ｍＮｓ／ｍ ） 一０．４８（２ 一 ６ｏｏ）（Ｐａ） 表观粘度，ｍＮＳ／ｍ。； 可得： 一Ｐ—ＰＨＰ浓度，１０； Ｋ—ＫＨｍ浓度，９／６； 方程检验Ｆ一４２。３０７ ３５￣Ｆ０．０５；系数检验Ｆ（１） 一０．９６（ 一ｏ．。６ 一７ｐ）（Ｐａ） （３） ㈩ ６２．０９１ ８１＞Ｆ０．０５；Ｆ（２）一９．１０９ １９５＞Ｆ０．０５；复 将上式简化为 将方程（１）、（２）简化，并代入（３）、（４）式中得 一０．４８（１．４７４Ｐ。 Ｋ。・ ２．４５４Ｐ。…Ｋ一。・ ）一 （５） （６） 相关系数Ｒ一０．９６３ ２５３ ３；根方差口一０．１１６ ４５１ Ｚ＂ｄ（Ｐａ） ４—２） 叩＾一０．７３７ １４７ ７３Ｐ。・ 。Ｋ ・ “ （１） 一０・４８（１．２０１Ｐ Ｋ ｌｎｑ 一０．２０４ ６６６ ６＋０．３１１ ０２９ ｌｌｎｐ一 ０．３０２ ８１１ ６１ｎＫ 由于在实验范围内Ｋ ・。。 ≈１，故（６）简化为 ４．ｄｐ一塑性粘度，ｍＮｓ／ｍ ； 一４．８（１．２０１Ｐ。・ 一２） （７） ｜ｐ Ｐ——ＰＨＰ浓度，１０＿’； Ｋ——ＫＨＭ浓度， ； 方程检验Ｆ一４５．０１４ ７４￣Ｆ０．０５；系数检验Ｆ（１） 一５８．１８２ ２１＞Ｆ０．０５；Ｆ（２）一１５．５８９ ５３＞Ｆ０．０５；复 相关系数Ｒ一０．９６３ ２５３ ３；根方差口一０．０８７ ７４０ ７２ 可以将上式简化为 一根据式（５）、（７）可以看出，腐植酸钾可以降低泥浆 的动切力，而不会改变泥浆的动塑比；聚丙烯酰胺能增 加泥浆的动切力和动塑比。 ２．４泥浆选优 不分散低固相泥浆的流性指标，一般要求动塑比 Ｏ．３６～０．４８；动切力１５～３０Ｐａ；塑性粘度（０．５～０．７） （下转第６３页） １．２２７ １１５ ９Ｐ。－。“。 。 Ｋ。－。。 “ （２） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 朱金芳：用于电气传动智能控制研究的实验装置 ／ 、 调用初始化子程序Ｉ ～ｌ一 ＋Ｙ 调用显示子程序 Ｊ 调用键值读入和分析子程序 调用测速子程序 ， ０．０００ Ｏ０ ｓ ２００ｍｓ／ｄｉｖ 图９ 直流电动机起动停止时的速度波形 Ｎ ｔＩＩ调用速度环ＰＩ控制子程序 ————一 ｒ ＼一 √ 、 ．，ｖ ｝ ｜ ｒ 用电流信号采样子程序 ● Ｉ电流环Ｐｌ参数自适应ｆ 用电流环ＰＩ控制子程序 用触发脉冲产生子程序 ０．０００ Ｏ０ ｓ １ Ｏ０ｍｓ／ｄｉｖ 图１０直流电动机正反转时的电流波形 ［１］ 孙涵芳．Ｉｎｔｅｌ １６位单片机［Ｍ］．北京：北京航空航天出版社， １９９５． 匿 图８控制程序流程图 Ｅ２１刘笃仁，扬焕海．在系统可编程技术及其器件原理与应用ＥＭ］．西 安：西安电子科技大学出版社，１９９９． 应用范围宽的特点；同时，数字控制器极强的信息处理 能力为实现智能控制提供了保证； （２）利用先进的单片机和微电子技术改造实验室 设备，既充分利用原有设备，又提高实验层次。 －Ｉ３］ 王顺晃，舒迪前．智能控制系统及其应用［Ｍ］．北京：机械工业出 版社，１９９８． Ｅ４３ 陈伯时．电气传动系统的智能控制ＥＪ］．电气传动，１９９７，（３）：３－８． 作者简介：朱金芳（１９６６一），女，讲师。 参考文献： ，，，，，，，ｍ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，＇，，，，，，，，，，，，ｍ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，， （上接第５５页） 带。这说明，随着盐浓度的增加，体系中离子对的相对 参考文献： ［１］Ｗａｎｇ Ｌ，Ｙａｎｇ Ｂ，Ｗａｎｇ Ｘ Ｌ，Ｔａｎｇ Ｘ ｚ．Ａ ｎｏｖｅｌ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃ— ｔｒｏｌｙｔｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｏｌｙｄｉｏｘｏｌａｎｅ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｗｉｔｈ Ｎａ ｓｉｎｇｌｅ—ｉｏｎｉｃ 比例增加，但由于聚合物基体对盐的良好的溶解能力， 体系中没有出现离子聚集体。事实上，体系中离子对的 相对比例的增加，将不利于离子迁移（有效离子的相对 比例减少），从而不利于体系的离子导电性能。 总之，结合上述有关红外光谱分析和拉曼光谱分 析的结果可以看出，随着盐浓度的增加，体系中的聚合 物一离子相互作用以及离子聚集状态将会产生某些有 ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９９，７１ （１０）：１７１１—１７１９． Ｅｚｌ Ｗａｎｇ Ｘ Ｌ，Ｌｉ Ｈ，Ｔａｎｇ Ｘ ｚ，Ｃｈａｎｇ Ｆ Ｑ，Ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃ— ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔ－ｓｅｇｍｅｎｔ ｉｏｎｉｃ ｐｏｌｙｕｅｔｈａｎｅＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｌｙ— ｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｐａｒｔ Ｂ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９９９，３７（８）：８３７—８４５． －Ｉ３］ 徐海生，刘益军，杨昌正，程锫时．羧酸型聚乙二醇聚氨酯离聚物 及其导电性能ＥＪ］．高分子学报，１９９６，（３）：２３１—２３５． Ｅ４３ ｘｕ Ｈ Ｓ，Ｙａｎｇ Ｃ ｚ． Ｉｏｎｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｉｏｎｏｍｅｒｓ［Ｊ］ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｃｅｎｃｅ，Ｐａｒｔ Ｂ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９９５，３３（５）：７４５—７５１． 利于体系离子导电性能的变化，但是同时又会产生某 些对体系离子导电性能不利的变化，因而可以预料，针 对于离子导电性能而言，体系可能存在最优盐浓度，在 该盐浓度下，体系的离子导电性能将达到最佳。 对于本文研究的聚氨酯固体电解质体系，随着盐 浓度的递增，钠离子优先与醚氧基发生络合，当盐浓度 达到较高水平后，钠离子与醚氧基的络合趋于饱和，钠 离子将主要与羰基发生络合。随着温度的升高，有更多 的金属离子参与了与羰基和醚氧基团的络合。在较高 温度下醚氧基团对盐的溶剂化能力进一步加强。 ［５］ Ｖｉｒａｓ Ｋ，Ｔｈａｔｃｈｅｒ Ｊ Ｈ，Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ｃ Ｖ，Ｂｏｏｔｈ Ｃ．Ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃ— ｔｒｏｌｙｔｅｓ ｆｏｒｍｅｄ ｆｒｏｍ ｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ—ｌｉｎｋｅｄ ｐｏｌｙ（ｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）ａｎｄ ａｌｋａｌｉ ｍｅｔａｌ ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］ Ｓｏｌ— ｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｉｏｎｉｃｓ，１９９４，６８（１—２）：４９—５６． ［６］ Ｃｌａｎｃｙ Ｓ，Ｓｈｒｉｖｅｒ Ｄ Ｆ，Ｏｃｈｒｙｍｏｗｙｃａ Ｌ Ａ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｓｏｌｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ ｆｒｏｍ Ｐｏｌｙ（ａｌｋｙ— ｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅｓ）ａｎｄ ｓｉｌｖｅｒ ｓａｌｔｓＥＪ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１９８６，１９（３）： ６Ｏ６—６１１． 第一作者简介：竺品芳（１ ９４９一），女，高工。
