鉆井液常規(guī)性能測試、鹽侵、固相含量測定實(shí)驗(yàn)講義

1、實(shí)驗(yàn)四 鉆井液常規(guī)性能測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的使用方法以及鉆井液表觀粘度、塑性粘度和動切力的測定和計(jì)算方法； 2、掌握靜濾失儀的使用方法以及鉆井液濾失量、pH值和泥餅厚度的測定方法； 3、掌握鉆井液固相含量的測定方法和實(shí)驗(yàn)原理；4、掌握鉆井液密度的測定方法；5、掌握鉆井液漏斗粘度的測定方法。二、實(shí)驗(yàn)原理及測定方法1、六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的工作原理、使用方法及粘度和切力的計(jì)算 （1）六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（圖4-1）是以電動機(jī)為動力的旋轉(zhuǎn)型儀器。被測液體處于兩個(gè)同心圓筒間的環(huán)形空間內(nèi)。通過變速傳動外轉(zhuǎn)筒以恒速旋轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)筒通過被測液體作用于內(nèi)筒產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使同扭

2、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，于是液體粘度的測量轉(zhuǎn)為內(nèi)筒轉(zhuǎn)角的測量。記錄刻度盤的表針讀數(shù)，通過計(jì)算即為液體表觀粘度、塑形粘度和動切力。圖4-1 六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)及變速拉桿 （2）六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的使用方法接通電源，撥動三位開關(guān)至高速位置，待外筒轉(zhuǎn)動后，將變速拉桿的紅色球形手柄（手柄位置與轉(zhuǎn)速的選擇如圖4-1）放置在最低位置，此時(shí)外筒轉(zhuǎn)速即為600rpm。觀察刻度盤是否對零（若不對零，可松開固定螺釘調(diào)零后再擰緊）、外筒是否偏擺（若偏擺，應(yīng)停機(jī)重新安裝外筒）。檢查調(diào)速機(jī)構(gòu)是否靈活可靠。將剛高速攪拌過的鉆井液倒入泥漿杯中至刻度線（此處鉆井液的體積為350m

3、l），立即置于托盤限位孔上，上升托盤，使液面與外筒刻度線對齊，擰緊托盤手輪。迅速從高速（600rpm）到低速（300rpm）依次測量。待刻度盤讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄兩個(gè)轉(zhuǎn)速下的讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電源，松開托盤手輪，移開泥漿杯，倒出泥漿。左旋卸下外轉(zhuǎn)筒，將外轉(zhuǎn)桶和內(nèi)筒清洗后擦干，將外轉(zhuǎn)筒安裝在儀器上。（3）粘度和切力的計(jì)算方法表觀粘度AV0.5*600，單位：mPa.s；塑性粘度PV600300，單位：mPa.s；動切力YP0.511*（2*300600），單位：Pa。簡略計(jì)算時(shí)，可將0.511替換為0.5。2、靜濾失儀的工作原理、使用方法及濾失量、pH值和泥餅厚度的測定 （1）鉆井液濾失原理在濾

4、失介質(zhì)兩端施加一定的壓力差，在壓力差的作用下，鉆井液通過濾失介質(zhì)發(fā)生濾失。 （2）打氣筒靜濾失儀的結(jié)構(gòu)和工作原理打氣筒靜濾失儀（如圖4-2）是將一定量的鉆井液，注入筒狀鉆井液杯中，上緊杯蓋，接通氣源，調(diào)節(jié)減壓閥將壓力調(diào)至0.69MPa，打開放氣閥，氣源進(jìn)入鉆井液杯中。通過靜濾失儀可記下濾失時(shí)間、濾失量并可留取泥餅。 圖4-2 打氣筒靜濾失儀1-帶壓力表的打氣筒 2-減壓閥 3-底座 4-鉆井液杯 5-量筒圖4-3 減壓閥的操作示意圖圖4-4 放空閥的操作示意圖（左圖為進(jìn)氣、右圖為關(guān)閉或排空）圖4-5 鉆井液杯的安裝示意圖（3）打氣筒靜濾失儀的使用方法松開減壓閥（逆著圖4-3箭頭方向旋轉(zhuǎn)減壓閥手

5、柄，將手柄退出），使減壓閥處于關(guān)死狀態(tài)，此時(shí)無壓力輸出和顯示，然后關(guān)閉放空閥（如圖4-4右圖）。用力打氣使氣筒壓力表達(dá)1MPa 左右，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)減壓閥（如圖4-3箭頭方向），直到壓力表讀數(shù)為0.69MPa。用手指堵住鉆井液杯氣接頭小孔，倒入適量的泥漿，使液面與泥漿杯內(nèi)刻度線平齊（高度以低于密封圈1-1.5cm最好），放好干燥的密封圈，鋪一張干燥的濾紙，將干燥的泥漿杯蓋蓋好旋緊。然后裝入三通接頭并卡好（如圖4-5），將量筒放在泥漿杯下面，對準(zhǔn)出液孔。順著“進(jìn)氣”箭頭方向推通氣閥桿（如圖4-4左圖），同時(shí)觀察壓力表指示。當(dāng)壓力表稍有下降或聽到有進(jìn)氣聲后，即停止操作通氣閥，開始計(jì)時(shí)并微調(diào)減壓閥手

6、柄，使壓力表指示保持為0.69MPa。記錄7.5min時(shí)收集的濾液量，取開量筒，逆著“進(jìn)氣”箭頭方向推通氣閥桿（如圖4-4右圖），聽到放氣聲后表示泥漿杯中余氣放盡，取下泥漿杯。沖洗擦干泥漿杯、杯蓋和密封圈。（4）鉆井液濾失量、pH值和泥餅厚度的測定方法鉆井液濾失量的測定方法假設(shè)鉆井液的瞬時(shí)濾失量為0，7.5min時(shí)量筒中濾液體積的2倍即為靜濾失量。鉆井液pH值的測定方法將pH試紙放到濾液中浸濕后取出，待其顏色穩(wěn)定后和標(biāo)準(zhǔn)色對照，估計(jì)出泥漿的pH值。注意：此方法只有在濾液顏色較淺的水基鉆井液中才可使用。鉆井液泥餅厚度的測定方法7.5min靜濾失實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開泥漿杯，取下濾紙，用緩慢的水流小心的

7、洗凈泥餅上的浮漿，把濾紙放置在平整的桌面上，用鋼板尺測量的平均厚度值的2倍即為泥餅厚度。3、鉆井液中固相含量的測定根據(jù)蒸餾原理，取一定量鉆井液用電熱器將其蒸干，收集并測出冷凝液的體積，用減差法即可求出鉆井液中固相的含量。也可通過稱重方法算出固相的含量。固相含量的測定步驟如下：拆開蒸餾器，稱出蒸餾杯質(zhì)量W杯；用注射器取10ml均勻鉆井液，注入蒸餾杯中，稱重W杯+漿。將套筒及加熱棒擰緊在蒸餾杯上，再將蒸餾器引流管插入冷凝器出口端。將加熱棒插頭插入電線插頭，通電加熱蒸餾，并計(jì)時(shí)。通電約5分鐘后冷凝液即可滴入量筒，連續(xù)蒸餾至不再有液體滴出為止，切斷電源。用環(huán)架套住蒸餾器上部，使其與冷凝器分開，再用濕布

8、冷卻蒸餾器。記下量筒中餾出液的體積，若餾出物為水與油且分層不清時(shí)可加入13滴破乳劑。油、水體積分別以V油、V水表示。取出加熱棒，用刮刀刮凈套筒內(nèi)壁及加熱棒上附著的固體，全部收集于蒸餾杯中，然后稱重W杯+固。測定過程中須注意：操作時(shí)蒸餾器必須豎直；注意用電安全，避免電源線與蒸餾器筒接觸，以防燙壞絕緣層；為了保護(hù)加熱棒，蒸餾時(shí)間一般為20分鐘左右，不應(yīng)超過30分鐘；若鉆井液泡多，可加數(shù)滴消泡劑。對于淡水非加重鉆井液，計(jì)算固相質(zhì)量體積百分含量和固相體積百分含量時(shí)，固相質(zhì)量體積百分含量（W杯+固W杯）×10，單位為g/100ml；固相體積百分含量=固相質(zhì)量體積百分含量÷土 ，單位為

9、g/100ml（土取 g/cm3）。4、鉆井液密度的測定方法凡精度可達(dá)±0.01g/cm3的密度測量儀器均可用來測定鉆井液的密度。通常使用鉆井液密度計(jì)（如圖4-6）測定鉆井液的密度。 圖4-6 鉆井液密度的結(jié)構(gòu)示意圖鉆井液密度計(jì)的使用方法如下：將清水注入杯中齊杯口為止，輕輕將蓋旋轉(zhuǎn)蓋緊，使多余清水從蓋上小孔溢出，擦去外溢清水，然后將刀口置于刀承上，把游碼左側(cè)邊線移到刻度1.00g/cm3位置，如水平泡位于中間，則儀器是準(zhǔn)確的；否則，可在平衡柱內(nèi)取出或加入重物來調(diào)整。倒出清水，擦干，將待測泥漿注入杯中，蓋好杯蓋，讓多余泥漿溢出，擦凈泥漿杯周圍的泥漿，移動游碼使橫梁成水平狀態(tài)（水平泡位于

10、中間），游碼左側(cè)邊線所對應(yīng)刻度，即為該泥漿的密度。 注意：對于混有空氣或天然氣的鉆井液不能使用該儀器測定。5、鉆井液漏斗粘度的測定方法通常使用馬氏漏斗粘度計(jì)（圖4-7）測定鉆井液的漏斗粘度。馬氏漏斗被標(biāo)定為：21±3時(shí)，從漏斗中流出946ml（1quart）淡水的時(shí)間為26±0.5s。圖4-7 馬氏漏斗粘度計(jì)馬氏漏斗粘度計(jì)的使用方法如下： 將用清水刷凈的漏斗粘度計(jì)掛好，用手指堵住漏斗管口，將泥漿經(jīng)濾網(wǎng)注入漏斗錐體內(nèi)直到泥漿的水平面至篩網(wǎng)底面止（此刻剛好是1500ml）。放開手指，同時(shí)記時(shí)，直到流滿946ml量杯時(shí)止，記錄消耗的時(shí)間，單位為s。 馬式漏斗使用一段時(shí)間后，必須進(jìn)

11、行必要的校驗(yàn)。按照測定鉆井液漏斗粘度的方法，在21±3條件下將1500ml清潔淡水注于漏斗內(nèi)，若流出946ml淡水為26±0.5s（或流出1000ml淡水為28±0.5s），即為合格。 注意：為了保護(hù)漏斗的管嘴，不得用鐵絲等硬物穿通；測量時(shí)，漏斗應(yīng)垂直放好。三、儀器、器皿和材料 （1）鉆井液：400ml；（2）高速攪拌機(jī)；（3）六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)；（4）打氣筒失水儀；（5）濾紙：90；（6）量筒：20ml；（7）秒表；（8）鋼板尺：精度1mm；（9）pH廣泛試紙；（10）注射器：10ml；（11）ZNC型固相含量測定儀；（12）電子天平；（13）馬氏漏斗粘度計(jì)；（14

12、）鉆井液用密度計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、用高速攪拌器高速攪拌鉆井液10min。 2、使用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定并計(jì)算鉆井液表觀粘度、塑性粘度和動切力； 3、使用打氣筒濾失儀測定鉆井液濾失量、泥餅厚度和pH值； 4、測定并計(jì)算鉆井液的固相含量；5、學(xué)習(xí)并掌握測定鉆井液密度的方法；6、學(xué)習(xí)并掌握測定鉆井液漏斗粘度的方法。五、數(shù)據(jù)處理整理并計(jì)算所測得的數(shù)據(jù)。六、思考題1、鉆井液的粘度測定前，為什么通常都需要使用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌？2、使用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測得的表觀粘度和馬氏漏斗粘度有沒有對應(yīng)關(guān)系？為什么？3、靜濾失量測定時(shí)，要求先準(zhǔn)備好工作壓力，然后再倒入鉆井液后迅速加壓測量，請結(jié)合靜濾失方程進(jìn)行解釋。4、漏

13、斗粘度計(jì)為了保護(hù)管嘴的內(nèi)徑，即使出現(xiàn)堵塞也不允許使用鐵絲等硬物穿通，假如密度計(jì)的鉆井液杯附著水泥等難以溶解去除的異物，對測量結(jié)果的有無影響？為什么？實(shí)驗(yàn)五 無機(jī)電解質(zhì)對鉆井液的污染及調(diào)整（以NaCl為例）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、認(rèn)識并掌握NaCl對鉆井液污染后性能的變化規(guī)律。 2、了解NaCl對鉆井液污染后性能的調(diào)整方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、鉆井液鹽侵后，壓縮粘土的擴(kuò)散雙電層，其電位降低，水化膜變薄，粘土顆粒間形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鉆井液粘度、切力上升，失水增大。當(dāng)鹽侵到一定程度后，粘土顆粒面-面聯(lián)結(jié)，粘土分散度明顯降低，使粘度、切力轉(zhuǎn)而下降，失水繼續(xù)增大，見圖5-1。圖5-1 鉆井液性能隨氯化鈉加量的變化

14、曲線2、鹽侵鉆井液加入適量處理劑后，一是拆散較強(qiáng)的粘土網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使鉆井液處于適度絮凝狀態(tài)，二是保護(hù)粘土顆粒使它保持適度尺寸，不至于結(jié)合變的過大，從而使鉆井液濾失性能得到改善。三、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品1、高速攪拌機(jī)一臺；2、六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)一臺；3、打氣筒失水儀一臺；4、電子天平一臺； 5、秒表一只；6、吸管一支；7、牛角勺兩把；8、量筒兩支；9、pH試紙、泥漿500ml、NaCl、降失水劑、降粘劑等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、取泥漿450ml高攪5分鐘后，測其六速粘度、濾失量、泥餅厚度和pH值。2、各組按表5-1向步驟1完成后的泥漿中加入一定量的NaCl，高速攪拌15分鐘后測六速粘度、濾失量、泥餅厚度和pH值。表5-1 氯化鈉分組加量表組12345NaCl,%0.10.50.75233、根據(jù)步驟2完成后的泥漿性能，加入適量的降粘劑和降失水劑，高速攪拌30分鐘后測六速粘度、濾失量、泥餅厚度和pH值，使其性能得到恢復(fù)。降粘劑和降失水劑加量參考下表：表5-2 鉆井液處理劑分組加量表組12345降粘劑,%0.10.20.40.30.1降失水劑,%0.10.20.30.50.6五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理1、將所得數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果整理列表。2、繪出鉆井液粘度、動切力以及失水量隨NaCl加量的變化曲線，并簡要解釋。六、思考題1、有同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，加量比氯化鈉