中国石油大学（钻井工程）实验报告

实验日期：   22        成绩：

班级：石工班学号 10021561  姓名：      教师：       

同组者：    贺    

实验四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。

2．配制水泥浆

配制水泥浆之前必须确定水灰比。合理的水灰比是保证水泥环具有足够的抗压强度和水泥浆良好的可泵性的前提。当水灰比过大时，水泥浆难以搅拌和泵送，在环空流动将产生很高的摩擦阻力。如遇渗透性好的低压井段，则产生压差滤失，使水渗入地层，造成憋泵事故。水灰比过小，水泥环将达不到要求的抗压强度。API 标准推荐的水灰比见表1。

表1 API 的水灰比（W/C）标准

① 按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比0.5）。

② 在天平上称取 600 克水泥，用量筒取相应的水量300 克。

③ 若使用外加剂，则将称好的外加剂放入水中搅拌（如加入2%的促凝剂氯化钙18克）。

④ 将量出的水倒入搅拌器的杯内，启动搅拌机，调节转数为 4000 转/分。将称出的干水泥在15 秒内加入水中。然后调节搅拌器转数为12000 转/分，继续搅拌35秒。

3．测定水泥浆的稠化时间

①将浆杯轻轻放入杯套内，使浆杯、杯套的缺口对齐。

②打开总电源开关。按照实验中升温方案的初始值，设置温度拨码式调节器的下一排数字。然后接通加热器电源。在温度完全稳定后，再进行下列步骤。

③将调整好的指示计倒置，装上浆叶。

④将配好的水泥浆小心的倒入浆杯，直到水泥浆与杯内壁上的刻线相平。

⑤接通电机电源，电机带动浆杯转动。同时记住开机时间。⑥每隔一定时间记录

时间和稠度值。当指示计指针指到预定数值的时候，关闭电机电源。

⑦关闭加热器电源。取出指示计和浆杯，注意浆杯温度较高，切勿烫伤。

⑧将水泥浆倒入桶内。用水冲洗浆杯和浆叶，擦干并涂上油脂，放在仪器右侧。

4．测定水泥浆的密度

①按2配置的水泥浆倒入样品杯，边倒边搅拌；倒满后再搅拌 25 次除去气泡。

② 盖好盖子并洗净从盖中间小孔溢出的水泥浆。

③ 用滤纸或面巾纸将密度计上的水擦干净。

④ 然后将密度计放在支架上，移动游码，使游梁处于平衡状态。

⑤ 读出游码左侧所示的水泥浆密度值。

⑥ 测定完毕，将样品杯中的水泥浆倒掉，用水彻底清洗各部件并将其擦干净。。

5．测定水泥浆的流变参数

液体的流变性是指液体在外力作用下所产生的流动和变形特性。

① 检查仪器各转动部件、电器及电源插头是否安全可靠。

② 向左旋转外转筒，取下外转筒。将内筒逆时针方向旋转并向上推与内筒轴锥端配合。向右旋转外转筒，转上外转筒。

③ 接通电源。

④ 拉动三位开关，调至高速或低速挡。

⑤ 仪器转动时，轻轻拉动变速杠杠的红色手柄，根据标示变换所需要的转速。

⑥ 将仪器以300r/min 和600r/min 转动，观察外转筒不得有摆动。如有摆动应停机重新安装外转筒。

⑦ 以300r/min，检查刻度盘指针零位是否摆动。如指针不在零位，应参照仪器校验的“空载零位校验”。

⑧ 将刚搅拌过的钻井液倒入样品杯内至刻度线处（350ml），立即置于托盘上，上升托盘使杯内液面达到外筒刻度线处。

⑨ 迅速从高速调整到低速进行测量，待刻度盘的读数稳定后，分别记录各速度梯度下的读数。对其他触变性流体应在固定速度梯度下，剪切一定时间，取最小的读数为准；也可以采用在快速搅拌后，迅速转为低速进行读数的方法。

⑩ 样品的粘度、切应力等测试和计算参照“数据测试及计算”进行。

? 测试完毕后，关闭电源，松开扳板手轮，移开样品杯。

? 轻轻卸下外转筒，并将内筒逆时针方向旋转垂直向下用力，取下内筒。

? 清洗外转筒，并擦干，将外转筒安装在仪器上，清洗内筒时应用手指堵住锥孔，以免脏物和液体进入腔内，内筒单独放置在箱内固定位置。

五、数据处理

1.水泥浆配方：

测定水泥浆密度和流变性的水泥浆配方是：水泥600克+水300克

测定水泥浆稠化时间用的水泥浆配方是：水泥600克+水300克+氯化钙24克。

2.水泥浆密度为：1.830g/cm³  （ 室温，常压）

3.流变参数计算

(1)水泥浆的流变性能：

实验温度及压力条件：（温度18℃，常压1.01×10⁵ Pa）

                             表2  粘度计度数

因为不在F = 0.5 ± 0.03范围之内，

则选用幂律模式，有：

流性指数

稠度系数

 即水泥浆流变性能可表示为：

（2）水泥浆的稠化时间

      实验温度及压力条件：75C、常压

表3  不同时刻的水泥浆稠度

 由上表数据作出水泥浆稠化曲线如下图：

由上图知前30分钟泥浆稠度变化很慢，30分钟后，泥浆的稠度开始急剧变化, 并且稠度呈现出指数型增长的趋势. 

    

六、思考题

  1、为什么要经常标定指示计？

 答：经常标定指示计是为了减小实验误差，使实验安全准确的进行。

2、常压稠化仪和高温高压稠化仪的不同作用是什么？

 答：常温稠化仪能测定地面常温常压条件下流体的稠化时间，而高温高压稠化仪主要是模拟地下条件（高温高压）来测定流体的稠化时间。

3、以下不同的水泥浆稠化曲线，哪种所代表的水泥浆性能好，为什么？

    答 ：水泥浆的调成之后，随着水化反应的进行，水泥浆变稠，流动性变差。在注水泥时用泵注入及顶底过程中，可能会出现水泥浆流动越来越困难，直到不能被 泵入，，此时，虽然还没有达到水泥的凝固，但已无法用泵注入基顶替了。所以，对于施工周期长的深井注水泥，就应当有较长的水泥稠化时间为保证。因此，③的泥浆性能好一些。

七、实验总结

          本次实验是一个开放性实验，需要小组内的各成员之间的合作，集思广益 ，最终确立了实验方案。成员各司其职，最终，我们小组顺利的完成了本次实验。最后谢谢老师的悉心指导，使我们完成了本次实验。这种开放性实验很有实验价值，我建议应该多增加此类实验。谢谢！

第二篇：实验一 泥浆性能实验

实验一泥浆性能实验

一、实验目的

通过实验了解泥浆稀释剂的种类和稀释剂用量的选择，了解测定泥浆性能的原理，掌握泥浆性能测验方法，熟悉并了解泥浆性能生产工艺的影响和掌握控制泥浆性能的方法。

二、实验原理

日用瓷、化学瓷、美术瓷及空心制品等形状复杂的陶瓷制品必须采用浇注成型。如果简单地用水将陶瓷坯泥稀释，这样制得的悬浮液(泥浆)含水会达到50～60%以上，这就使浇注成型，制品干燥等发生困难，如果加入适量的某种电介质，就可以使陶瓷坯在含水量少的情况下，获得良好的流动性和悬浮性，这对于加速陶瓷的注浆速率，使泥浆沿管道畅通的流动，在浇注时很好的充满石膏模型，减少干燥收缩和开裂，提高生坯强度等都有极其重要的意义。

稀释剂与粘土发生离子交换反应后，钠离子容易产生电离，使粘土胶团溶剂化膜半径增大，动电电位增加，质点间斥力增加促进泥料的稳定性和流动性。稀释剂可单独或几种混合使用，其加入量必须适当，若过少，稀释作用不完全，过多又反而引起聚凝，其加入量根据制品技术要求，一般控制在＜0.5%(对于物料而言)范围内，采用复合电解质时，必须必须注意加入顺序对稀释效果的影响。如采用碳酸钠和水玻璃时，就先加入碳酸钠，后加入水玻璃，对于不的粘土，应仔细的通过实验，选择最宜的稀释剂的种类和数量，实际生产中，电解质加入量不一定是使黏度达最小值之量。

三、实验仪器设备及原料

（一）本实验采用NDJ－8S型数显粘度计

NDJ－8S型数显粘度计主要技术指标是：(1)测量范围 0.01～2000Pa?s (2)转子转速 0.3r/min，0.6 r/min，1.5 r/min，3 r/min，6 r/min，12 r/min，30 r/min，60 r/min (3)测量误差 ±5%(牛顿液体) (4)电源 200V±10V

（二）电动搅拌器

（三）天平（百分之一、万分之一）

（四）直径不小于70mm的烧杯或直筒形容器、玻璃棒、量筒（100ml）

（五）高岭土、碳酸钠（化学纯）

四、实验操作步骤

1、 准备被测泥浆

称取40g粉料，按粉料重量0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 wt%称取碳酸钠，置于直径不小于70mm的烧杯或直筒形容器中，按按粉料重量的60%加水，然后将其在搅拌器上搅拌5min。

2、 将保持架安装在仪器上。

3、 安装转子

将选配好的转子旋入连接螺杆。旋转升降旋钮，使仪器缓慢地下降，转子逐渐浸入被测液体中，直至液体的表面与转子的液面线相平为止(尽量居中)。再次调整仪器的水平。

4、 通上电源

本仪器有八档不同转速，分别为0.3r/min，0.6 r/min，1.5 r/min，3 r/min，6 r/min，12 r/min，30 r/min，60 r/min。在仪器的背面装有二个执手。左边的为执手高低档转速切换执手。其上刻有R、L标志。右边为变速执手，上面刻有各档转速的数字，当左边执手H标志向上时，旋转右边的变速执手，使表示各档转速的数字向上，可扫换6 r/min，12 r/min，30 r/min，60 r/min，四档不同转速。反之，若L标志向上，右边的执手则切换低四档转速。

上述工作完毕，请依次接通电源，打开电机电源开关，显示屏即显示本仪器的型号nd－8。

5、 测量

a． 输入仪器当前使用的转子代号。如果你现在选用1号转子进行测量，请先按面板S键，放手后，显示器即显示S，然后按数字键1，放手后显示S1，至此，转子代号输入完毕，其他类推。

b． 输入仪器当前运转的速度。假如你的仪器正运转在60r/min时，请先按面板上R键，松手后。即显示R，然后按数字键60，放开手，即显示R60，至此，转速输入完毕，其他类推。

c． 在确定转子号及转速已经键入计算机后，按RUN键，仪器进行测量工作。在整个测量过程中，显示器一直显示0000。测量结束，显示器显示被测液体的粘度值(单位：Pa.s)，同时粘度指示器。显示时间持续3秒钟，然后仪器进入等待测量状态，显示nd－8。在此期间，如果你按下%键，仪器立刻将本次被测液体的百分比读数告诉你。如果你按下η键，则再次显示本次被测液体的粘度值，显示时间均为3秒钟，如果你按下RUN键，仪器将进入下一次的测量工作，重复前次测量过程。这里需说明一点，当你在操作上述键(%，η，RUN)时，务必等到显示nd－8后进行。

d． 符号“H”为超量程显示。当你在测量中看见显示屏显示此符号时，请变换转子或转速重新测量。

e． 在测量中，如遇停电，操作错误及其他原因引起计算机不能正常运行，或者你想中途终止某次测量，可以使用AC键，或者切断电源，重新接通。

五、数据处理

1． 根据粘度计读出绝对粘度数据；

2． 将泥浆绝对粘度与电解质加入量的关系绘成曲线，根据转折点判断最佳电解质加入量；