油井水泥漿基本性能測定12

1、實驗12油井水泥漿基本性能測定、實驗?zāi)康拿芏取⒘鲃佣?、濾失量、流變性稱為油井水泥漿的基本性能。通過本次實驗，主要讓同學(xué)們了解油井水泥漿基本性能的測定方法，掌握有關(guān)儀器的使用方法；對油井水泥漿基本性能的指標(biāo)范圍產(chǎn)生一定的印象。本實驗包括以下內(nèi)容：油井水泥漿密度的測定；油井水泥漿流動度的測定；油井水泥漿濾失量的測定；油井水泥漿流變性能的測定。二、實驗儀器設(shè)備水泥漿密度計，水泥漿流動度儀，油水泥漿濾失量測定儀，旋轉(zhuǎn)粘度計，高速攪拌器，天平、秒表等。三、實驗步驟1 .水泥漿的配制方法：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)水灰比過小時，水

2、泥漿難以攪拌和泵送，在環(huán)空流動將產(chǎn)生較高的摩擦阻力。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:水泥級別ABCDEFGH漿體密度g/cm31.871.871.781.971.961.941.8951.974W/C0.460.460.560.380.380.380.440.38(1)按實驗時要求的水灰比計算水泥和水的重量(如水灰比為0.5)(2)在臺秤或天平上稱取1400克水泥，用量筒量取相應(yīng)的水量700克；(3)若使用外加劑，則將稱好的外加劑放入水中并攪拌；(4)將量出的水倒入攪拌器的杯內(nèi)，啟動攪拌

3、機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)為4000r/min。將稱出的干水泥在15秒內(nèi)加入水中。然后調(diào)節(jié)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為12000r/min,繼續(xù)攪拌35秒；20分鐘即成(速度度在1.78-1.98擦凈溢出的水，(5)將攪拌后的水泥漿倒入常壓稠度儀的漿杯內(nèi)，在室溫下攪拌150r/min)。2 .測定水泥漿密度由于地層的承壓能力不同，在施工中必須控制水泥漿密度。正常密克/厘米3范圍內(nèi)。(使用加壓液體密度計測量較好)。(1)測定前，標(biāo)定密度計。將密度計漿杯中盛滿水，蓋好杯蓋，然后將其放在刀架上；(2)移動游碼至1.0處。這時秤臂應(yīng)呈水平狀態(tài)；如不準(zhǔn)確應(yīng)進(jìn)行調(diào)整；(3)標(biāo)定之后將水泥漿倒入密度計內(nèi)，蓋好杯蓋后擦去溢出的水泥漿。放置

4、于刀架上并調(diào)整游碼，使秤臂呈水平狀態(tài)。讀出秤臂上的數(shù)值，即水泥漿的密度。單位為g/cm3。3 .測定水泥漿流動度(本參數(shù)不在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定之內(nèi)，但由于現(xiàn)場仍有局部應(yīng)用，因此做為保留實驗項目)流動度是表示水泥漿沿管子流動的可能性(即表示水泥漿流動的難易程度)，是用定量的水泥漿所攤成餅后的平均直徑(厘米)來表示的。水泥漿流動度儀如圖7-11所示：(1)調(diào)整底盤的腳螺絲，使盤上玻璃管里的水珠居中，將底盤放置水平；(2)將截錐體放在底盤正中；(3)將已配制好的水泥漿迅速注入錐體內(nèi)，刮去錐體上口多余的水泥漿；(4)立即將截錐體沿豎直方向提起。水泥漿在底盤上攤開成圓餅狀；(5)測量圓餅相互垂直的兩條直徑的長

5、度；(6)取上述兩直徑的平均值，即水泥漿流動度。中空截錐2.玻璃板3.調(diào)平螺絲4.同心圓刻度盤圖10水泥漿流動儀結(jié)構(gòu)示意圖4 .測定水泥漿濾失量水泥漿中自由水通過井壁滲入地層的現(xiàn)象被稱為水泥漿的失水。水泥漿的濾失量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉆井液的濾失量。它是水泥漿的一個很重要的物理性能，對施工和固井質(zhì)量都有較大的影響.施工中，一般認(rèn)為50-200m1/30min的濾失量是最佳的控制失水標(biāo)準(zhǔn)。A級、C級水泥失水在4001000ml以上。國產(chǎn)120c水泥在14002000ml以上，較好的75c鐘山牌油井水泥在800-1400ml左右。控制水泥漿的濾失量，主要通過添加降失水劑而實現(xiàn)。常用的降夫水劑有LM-1、LM-

6、2、S-24(主要成份為CMC)等。不同的固井工藝對濾失量的要求不一樣。美國哈里伯頓公司的推薦值是：套管注水泥時，濾失量應(yīng)控制在100200ml/30min;尾管注水泥時，濾失量應(yīng)控制在50150ml/30min。實驗步驟：(1)將氣源連接到失水儀上；(2)(如不要求加溫，則跳過這一步)把加熱套電源接通，預(yù)熱儀器、將溫度計插入孔內(nèi)，調(diào)節(jié)恒溫器，使溫度要比所要求的溫度高6CO(3)關(guān)閉壓力總成，并倒置水泥漿杯，松開漿杯蓋上的緊固螺絲直至能取下鉆井液杯蓋。(4)用高速攪拌機(jī)將水泥漿樣品攪拌10分鐘，注入漿杯至刻線處以留出膨脹余地，注意不要流到“0型密封圈或各密封件上。(5)小心地在“O型圈上放一濾

7、紙，然后慢漫地將漿杯蓋推進(jìn)漿杯內(nèi)，使蓋子的各個螺絲孔與本體上的螺釘對準(zhǔn)，擰緊固定螺釘，關(guān)閉漿杯上的連通閥桿。(6)將漿杯放入加熱套中，置于底部定位銷上關(guān)閉所有閥稈，把溫度計插入孔內(nèi)。(7)關(guān)閉下連通閥桿裝上回壓接收器。(8)松開調(diào)壓器手柄，打開中氣瓶總開關(guān)手柄，再擰緊手柄及壓桿手柄，給預(yù)定回壓使壓力表指示為0.7MPa。(用扳手打開上進(jìn)氣連通閥桿四分之一轉(zhuǎn)，按實驗溫度給回壓0.7MPa,維持這個壓力，直至達(dá)到試驗溫度并穩(wěn)定。)(9)(如不要求加高壓，跳過這一步)調(diào)節(jié)調(diào)壓器使頂部壓力至4.2MPa。用扳手打開漿杯的下連通閥桿二分之一轉(zhuǎn)，開始濾失，收集30分鐘的濾液維持溫度波動不超過上3.0C左右

8、，如回壓升高可打開接收器的三通閥，放出部分濾液至量筒。30分鐘后關(guān)閉總壓力源手柄、下連通閥桿及上連通閥桿。放壓、冷卻5分鐘以上。然后打開放液閥將濾液收集到量筒里，記錄濾液體積、試驗溫度及壓力、時間。(10)(如要求加高壓，跳過這一步)用扳手打開漿杯的下連通閥桿四分之一轉(zhuǎn)，開始濾失收集濾液并啟動秒表計時。水泥漿失水完畢，聽到氣響時停表、拿開量筒。按下式計算濾失量：Qt*5.477Q30二t其中：Q30-30分鐘的濾失量(毫升/30分)；Qt-t分鐘的濾液量(毫升)；t-實測濾失量所用的時間(分)(11)取下固定銷卸下回壓接收器總成。取出漿杯冷卻。倒出鉆井液，洗凈擦干。記錄泥餅厚度。5 .測定水泥

9、漿流變性能；液體的流變往是指液體在外力作用下所產(chǎn)主的流動和變形的特性。即作用于液體的層間剪切應(yīng)力與液體變形(流動)的特性。不同類型的液體，其流變性是不一樣的。即使是同一類的液體，不同的溫度和壓力，以及外加劑加量和攪拌的方法都對液體的流變性能有較大的影響。如粘滯性，切應(yīng)力、觸變性、剪切稀釋性等等都屬于液體的流變性能參數(shù)。它是液體的自身屬性。水泥漿對環(huán)空鉆井液的有效頂替，除了套管居中度、頂替排量、鉆井液與水泥漿的靜切力、密度差值外，頂替效率是一個重要因素。當(dāng)排量一定時，水泥槳流體的流動剖面取決于流動狀態(tài)，而流動狀態(tài)又取決于流變參數(shù)。因此測量和調(diào)整水泥漿流變參數(shù)是施工設(shè)計的一個重要步驟。了解水泥漿的

10、流變性能及其他基本性能，對理解掌握固井工藝有很大好處。具體操作如下：（1）校正旋轉(zhuǎn)粘度計。打開旋轉(zhuǎn)粘度計的開關(guān)，指示燈亮。將調(diào)速旋扭鈕調(diào)到低速檔（電機(jī)車專數(shù)為750r/min）。變換變速手把，將轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速調(diào)至300r/min。用漿杯盛清水進(jìn)行測試，此時旋轉(zhuǎn)粘度計刻度盤上的讀值應(yīng)為1毫帕秒（即旋轉(zhuǎn)一格）。若有誤差，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整；（2）將剛攪拌過的水泥漿倒入樣品杯刻線處（350ml）并立即放在托盤上。上升托盤使液面恰到外筒刻線處，擰緊托盤手輪（3）迅速從600r/min、300r/min、200r/min,100r/min、6r/min、3r/min。依次測定，注意換檔！并應(yīng)在指針穩(wěn)定時讀數(shù)。（4）實

11、驗后，關(guān)閉電源、松開托盆、移開量杯。輕輕卸下外筒，相互不得擦傷，避免碰壞連接內(nèi)筒的軸。洗凈外筒，并擦干上好外筒。（5）整理數(shù)據(jù)，書寫實驗報告。油井水泥及其試驗項目的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對于石油工業(yè)所應(yīng)用的水泥，國外有關(guān)制定標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)主要有ASTM（美國材料試驗學(xué)會），API（美國石油學(xué)會）。美國石油學(xué)會油井水泥標(biāo)準(zhǔn)化委員會主要進(jìn)行兩項標(biāo)準(zhǔn)化工作，即油井水泥與水泥外加劑標(biāo)準(zhǔn)及推薦試驗操作的修改或補(bǔ)充工作。目的是為了保證API油井水泥標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性、適應(yīng)性和有效性。但其標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范本身并不具有任何法律性質(zhì)，僅由生產(chǎn)者及其用戶自愿承認(rèn)和遵守。國內(nèi)主要為建筑材料科學(xué)研究院。ASTM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了五種硅酸鹽水泥：I、n、出、IV和V類。對油井水泥要求溫度、壓力變化范圍很大。API標(biāo)準(zhǔn)10種中把油井水泥分為A、B、C、D、E、F、G、H和J九個級別。目前，已有27個國家采納API標(biāo)準(zhǔn)為生產(chǎn)油井水泥的標(biāo)準(zhǔn)，自愿認(rèn)可API油井水泥使用范圍的權(quán)威性。我國于1989年頒布了“GB89,油井水泥及其試驗方法”的油井水泥國家標(biāo)準(zhǔn)，基本上