石工油井水泥漿性能實(shí)驗(yàn)

中國石油大學(xué)（鉆井工程）實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期：22成績(jī)：班級(jí)：石工班學(xué)號(hào)10021561姓名：教師：同組者：賀實(shí)驗(yàn)四油井水泥漿性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．通過實(shí)驗(yàn)掌握油井水泥漿密度、流變性能的測(cè)定方法，掌握有關(guān)儀器的使用方法，對(duì)油井水泥漿基本性能的指標(biāo)范圍有一定的認(rèn)識(shí)。2．通過實(shí)驗(yàn)掌握水泥漿稠化時(shí)間的測(cè)量方法及常壓稠化儀的操作方法，了解常用油井水泥的稠化性能與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，充分認(rèn)識(shí)水泥漿稠化時(shí)間對(duì)固井作業(yè)的重要性。二、實(shí)驗(yàn)原理1．YM型鉆井液密度計(jì)是不等臂杠杠測(cè)試儀器。杠杠左端為盛液杯，右端連接平衡筒。當(dāng)盛液杯盛滿被測(cè)試液體時(shí)，移動(dòng)砝碼使杠杠主尺保持水平的平衡位置，此時(shí)砝碼左側(cè)邊所對(duì)應(yīng)的刻度線就是所測(cè)試液體的密度。2．六轉(zhuǎn)速粘度計(jì)是以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)型儀器。被測(cè)試液體處于兩個(gè)同心圓筒間的環(huán)形空間內(nèi)。通過變速傳動(dòng)外轉(zhuǎn)筒以恒速旋轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)筒通過被測(cè)試液體作用于內(nèi)筒產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使同扭簧連接的內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)了一個(gè)相應(yīng)角度。依據(jù)牛頓定律，該轉(zhuǎn)角的大小與液體的粘度成正比，于是液體粘度的測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)筒轉(zhuǎn)角的測(cè)量。反應(yīng)在刻度盤的表針讀數(shù)，通過計(jì)算即為液體粘度、切應(yīng)力。3．水泥漿常壓稠化儀中有一帶固定漿葉的可旋轉(zhuǎn)的水泥容器。漿杯由電機(jī)帶動(dòng)以150轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，漿杯中的水泥漿給予漿葉一定的阻力。這個(gè)阻力與水泥漿的稠度變化成比例關(guān)系。該阻力矩與指示計(jì)的彈簧的扭矩相平衡，通過指針在刻度盤上指示出稠度值。三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備1．電子天平2．恒速攪拌器3．鉆井液密度計(jì)4．六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)5．油井水泥常壓稠化儀四、實(shí)驗(yàn)步驟1．標(biāo)定常壓稠化儀指示計(jì)實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)當(dāng)在標(biāo)定裝置上對(duì)指示計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，將銅套圈裝在指示計(jì)上方；缺口對(duì)準(zhǔn)指示計(jì)銷軸，尼龍線一端系在指示的銷軸上，另一端沿銅套圈溝槽繞一周，然后再沿滑輪的溝槽引下與吊鉤連接。標(biāo)定時(shí)，在吊鉤上裝上砝碼，讀出指示計(jì)數(shù)值。然后將吊鉤、砝碼用手托起，使指示計(jì)指針回到零。接著松手讓吊鉤、砝碼慢慢落下，讀數(shù)。如此反復(fù)幾次，取平均值。2．配制水泥漿配制水泥漿之前必須確定水灰比。合理的水灰比是保證水泥環(huán)具有足夠的抗壓強(qiáng)度和水泥漿良好的可泵性的前提。當(dāng)水灰比過大時(shí)，水泥漿難以攪拌和泵送，在環(huán)空流動(dòng)將產(chǎn)生很高的摩擦阻力。如遇滲透性好的低壓井段，則產(chǎn)生壓差濾失，使水滲入地層，造成憋泵事故。水灰比過小，水泥環(huán)將達(dá)不到要求的抗壓強(qiáng)度。API標(biāo)準(zhǔn)推薦的水灰比見表1。表1API的水灰比（W/C）標(biāo)準(zhǔn)水泥級(jí)別ABCDEFGH漿體密度，g/cm31.871.871.781.971.961.941.8951.974水灰比W/C0.460.460.560.380.380.380.440.38①按實(shí)驗(yàn)時(shí)要求的水灰比計(jì)算水泥和水的重量（如水灰比0.5）。②在天平上稱取600克水泥，用量筒取相應(yīng)的水量300克。③若使用外加劑，則將稱好的外加劑放入水中攪拌（如加入2%的促凝劑氯化鈣18克）。④將量出的水倒入攪拌器的杯內(nèi)，啟動(dòng)攪拌機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)為4000轉(zhuǎn)/分。將稱出的干水泥在15秒內(nèi)加入水中。然后調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)為12000轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)攪拌35秒。3．測(cè)定水泥漿的稠化時(shí)間①將漿杯輕輕放入杯套內(nèi)，使?jié){杯、杯套的缺口對(duì)齊。②打開總電源開關(guān)。按照實(shí)驗(yàn)中升溫方案的初始值，設(shè)置溫度撥碼式調(diào)節(jié)器的下一排數(shù)字。然后接通加熱器電源。在溫度完全穩(wěn)定后，再進(jìn)行下列步驟。③將調(diào)整好的指示計(jì)倒置，裝上漿葉。④將配好的水泥漿小心的倒入漿杯，直到水泥漿與杯內(nèi)壁上的刻線相平。⑤接通電機(jī)電源，電機(jī)帶動(dòng)漿杯轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)記住開機(jī)時(shí)間。⑥每隔一定時(shí)間記錄時(shí)間和稠度值。當(dāng)指示計(jì)指針指到預(yù)定數(shù)值的時(shí)候，關(guān)閉電機(jī)電源。⑦關(guān)閉加熱器電源。取出指示計(jì)和漿杯，注意漿杯溫度較高，切勿燙傷。⑧將水泥漿倒入桶內(nèi)。用水沖洗漿杯和漿葉，擦干并涂上油脂，放在儀器右側(cè)。4．測(cè)定水泥漿的密度①按2配置的水泥漿倒入樣品杯，邊倒邊攪拌；倒?jié)M后再攪拌25次除去氣泡。②蓋好蓋子并洗凈從蓋中間小孔溢出的水泥漿。③用濾紙或面巾紙將密度計(jì)上的水擦干凈。④然后將密度計(jì)放在支架上，移動(dòng)游碼，使游梁處于平衡狀態(tài)。⑤讀出游碼左側(cè)所示的水泥漿密度值。⑥測(cè)定完畢，將樣品杯中的水泥漿倒掉，用水徹底清洗各部件并將其擦干凈。。5．測(cè)定水泥漿的流變參數(shù)液體的流變性是指液體在外力作用下所產(chǎn)生的流動(dòng)和變形特性。①檢查儀器各轉(zhuǎn)動(dòng)部件、電器及電源插頭是否安全可靠。②向左旋轉(zhuǎn)外轉(zhuǎn)筒，取下外轉(zhuǎn)筒。將內(nèi)筒逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)并向上推與內(nèi)筒軸錐端配合。向右旋轉(zhuǎn)外轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)上外轉(zhuǎn)筒。③接通電源。④拉動(dòng)三位開關(guān)，調(diào)至高速或低速擋。⑤儀器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輕輕拉動(dòng)變速杠杠的紅色手柄，根據(jù)標(biāo)示變換所需要的轉(zhuǎn)速。⑥將儀器以300r/min和600r/min轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察外轉(zhuǎn)筒不得有擺動(dòng)。如有擺動(dòng)應(yīng)停機(jī)重新安裝外轉(zhuǎn)筒。⑦以300r/min，檢查刻度盤指針零位是否擺動(dòng)。如指針不在零位，應(yīng)參照儀器校驗(yàn)的“空載零位校驗(yàn)”。⑧將剛攪拌過的鉆井液倒入樣品杯內(nèi)至刻度線處（350ml），立即置于托盤上，上升托盤使杯內(nèi)液面達(dá)到外筒刻度線處。⑨迅速從高速調(diào)整到低速進(jìn)行測(cè)量，待刻度盤的讀數(shù)穩(wěn)定后，分別記錄各速度梯度下的讀數(shù)。對(duì)其他觸變性流體應(yīng)在固定速度梯度下，剪切一定時(shí)間，取最小的讀數(shù)為準(zhǔn)；也可以采用在快速攪拌后，迅速轉(zhuǎn)為低速進(jìn)行讀數(shù)的方法。⑩樣品的粘度、切應(yīng)力等測(cè)試和計(jì)算參照“數(shù)據(jù)測(cè)試及計(jì)算”進(jìn)行。?測(cè)試完畢后，關(guān)閉電源，松開扳板手輪，移開樣品杯。?輕輕卸下外轉(zhuǎn)筒，并將內(nèi)筒逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)垂直向下用力，取下內(nèi)筒。?清洗外轉(zhuǎn)筒，并擦干，將外轉(zhuǎn)筒安裝在儀器上，清洗內(nèi)筒時(shí)應(yīng)用手指堵住錐孔，以免臟物和液體進(jìn)入腔內(nèi)，內(nèi)筒單獨(dú)放置在箱內(nèi)固定位置。五、數(shù)據(jù)處理1.水泥漿配方：測(cè)定水泥漿密度和流變性的水泥漿配方是：水泥600克+水300克測(cè)定水泥漿稠化時(shí)間用的水泥漿配方是：水泥600克+水300克+氯化鈣24克。2.水泥漿密度為：1.830g/cm3（室溫，常壓）3.流變參數(shù)計(jì)算(1)水泥漿的流變性能：實(shí)驗(yàn)溫度及壓力條件：（溫度18℃，常壓1.01×105Pa）表2粘度計(jì)度數(shù)轉(zhuǎn)速（r/min）36100200300粘度計(jì)讀數(shù)13.517.548.063.573.0因?yàn)椴辉贔=0.5±0.03范圍之內(nèi)，則選用冪律模式，有：流性指數(shù)稠度系數(shù)

即水泥漿流變性能可表示為：（2）水泥漿的稠化時(shí)間實(shí)驗(yàn)溫度及壓力條件：75C、常壓表3不同時(shí)刻的水泥漿稠度時(shí)間/min011015203031稠度/BC6.28.08.38.39.59.615.1時(shí)間/min34363840414243稠度/BC15.619.023.325.326.628.830.3由上表數(shù)據(jù)作出水泥漿稠化曲線如下圖：由上圖知前30分鐘泥漿稠度變化很慢，30分鐘后，泥漿的稠度開始急劇變化,

并且稠度呈現(xiàn)出指數(shù)型增長(zhǎng)的趨勢(shì).

六、思考題1、為什么要經(jīng)常標(biāo)定指示計(jì)？答：經(jīng)常標(biāo)定指示計(jì)是為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，使實(shí)驗(yàn)安全準(zhǔn)確的進(jìn)行。常壓稠化儀和高溫高壓稠化儀的不同作用是什么？答：常溫稠化儀能測(cè)定地面常溫常壓條件下流體的稠化時(shí)間，而高溫高壓稠化儀主要是模擬地下條件（高溫高壓）來測(cè)定流體的稠化時(shí)間。3、以下不同的水泥漿稠化曲線，哪種所代表的水泥漿性能好，為什么？答：水泥漿的調(diào)成之后，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥漿變稠，流動(dòng)性變差。在注水泥時(shí)用泵注入及頂?shù)走^程中，可能會(huì)出現(xiàn)水泥漿流動(dòng)越來越困難，直到不能被泵入，，此時(shí)，雖然還沒有達(dá)到水泥的凝固，但已無法用泵注入基頂替了。所以，對(duì)于施工周期長(zhǎng)的深井注水