油田化學實驗

1、實驗四 鉆井液常規(guī)性能測試一、實驗目的 1、掌握六速旋轉粘度計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、掌握鉆井液膨潤土含量的實驗原理和測定方法；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、實驗原理及測定方法1、六速旋轉粘度計的工作原理、使用方法及粘度和切力的計算 （1）六速旋轉粘度計的結構和工作原理六速旋轉粘度計（圖4-1）是以電動機為動力的旋轉型儀器。被測液體處于兩個同心圓筒間的環(huán)形空間內。通過變速傳動外轉筒以恒速旋轉，外轉筒通過被測液體作用于內筒產生一個轉矩，使同

2、扭簧連接的內筒旋轉了一個相應角度，依據牛頓定律，該轉角的大小與液體的粘度成正比，于是液體粘度的測量轉為內筒轉角的測量。記錄刻度盤的表針讀數，通過計算即為液體表觀粘度、塑形粘度和動切力。圖4-1 六速旋轉粘度計及變速拉桿 （2）六速旋轉粘度計的使用方法接通電源，撥動三位開關至高速位置，待外筒轉動后，將變速拉桿的紅色球形手柄（手柄位置與轉速的選擇如圖4-1）放置在最低位置，此時外筒轉速即為600rpm。觀察刻度盤是否對零（若不對零，可松開固定螺釘調零后再擰緊）、外筒是否偏擺（若偏擺，應停機重新安裝外筒）。檢查調速機構是否靈活可靠。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350

3、ml），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（3rpm）依次測量。待刻度盤讀數穩(wěn)定后，記錄各轉速下的讀數。實驗結束后，關閉電源，松開托盤手輪，移開泥漿杯，倒出泥漿。左旋卸下外轉筒，將外轉桶和內筒清洗后擦干，將外轉筒安裝在儀器上。（3）粘度和切力的計算方法表觀粘度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。簡略計算時，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失介

4、質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發(fā)生濾失。 （2）打氣筒靜濾失儀的結構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，調節(jié)減壓閥將壓力調至0.69MPa，打開放氣閥，氣源進入鉆井液杯中。通過靜濾失儀可記下濾失時間、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（左圖為進氣、右圖為關閉或排空）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箭頭方向旋轉減壓閥手柄，

5、將手柄退出），使減壓閥處于關死狀態(tài)，此時無壓力輸出和顯示，然后關閉放空閥（如圖4-4右圖）。用力打氣使氣筒壓力表達1MPa 左右，然后順時針旋轉減壓閥（如圖4-3箭頭方向），直到壓力表讀數為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，對準出液孔。順著“進氣”箭頭方向推通氣閥桿（如圖4-4左圖），同時觀察壓力表指示。當壓力表稍有下降或聽到有進氣聲后，即停止操作通氣閥，開始計時并微調減壓閥手柄，

6、使壓力表指示保持為0.69MPa。記錄7.5min時收集的濾液量，取開量筒，逆著“進氣”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鉆井液的瞬時濾失量為0，7.5min時量筒中濾液體積的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)定后和標準色對照，估計出泥漿的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靜濾失實驗結束后，打開泥漿杯，取下濾紙，用緩慢的水流小心的洗凈

7、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、鉆井液膨潤土含量的測定原理和方法 （1）亞甲基蘭溶液測定鉆井液膨潤土含量的實驗原理 亞甲基蘭是一種陽離子材料，在水中電離出氯離子和有機陽離子。當帶負電荷的粘土晶片與帶正電荷的亞甲基蘭染色離子結合生成蘭色水不溶物后，亞甲基蘭褪色，只有當溶液中有游離的亞甲基蘭時才呈綠蘭色。 （2）鉆井液膨潤土含量的測定方法用不帶針頭的注射器準確吸取2ml均勻泥漿置入三角瓶中，然后加入10ml蒸餾水稀釋。若所測鉆井液中有有機處理劑，需要使用氧化劑去除之。用0.01mol/l亞甲基蘭溶液滴定，每滴入1ml（或更少）亞甲基蘭后，旋搖

8、30s，用玻璃棒沾一滴液體沾至濾紙上，觀察在染色固體斑點（粘土和亞甲基蘭的復合伍）外是否出現綠蘭色圈，若無色圈繼續(xù)滴加。若發(fā)現綠蘭色圈，繼續(xù)旋搖2min后又消失，說明終點快到，小心加入0.5ml（或更少）亞甲基蘭溶液，直至旋搖2min后色圈仍不褪色，則達到終點，紀錄所消耗的亞甲基蘭溶液的體積V亞。鉆井液膨潤土含量=1000=14.3 ， 單位：g/l。4、鉆井液密度的測定方法凡精度可達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（如圖4-6）測定鉆井液的密度。 圖4-6 鉆井液密度的結構示意圖鉆井液密度計的使用方法如下：將清水注入杯中齊杯口為止，輕輕將蓋旋轉蓋

9、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，把游碼左側邊線移到刻度1.00g/cm3位置，如水平泡位于中間，則儀器是準確的；否則，可在平衡柱內取出或加入重物來調整。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)（水平泡位于中間），游碼左側邊線所對應刻度，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（圖4-7）測定鉆井液的漏斗粘度。馬氏漏斗被標定為：213時，從漏斗中流出946ml（1quart）淡水的時間為260.5s。圖4-7 馬

10、氏漏斗粘度計馬氏漏斗粘度計的使用方法如下： 將用清水刷凈的漏斗粘度計掛好，用手指堵住漏斗管口，將泥漿經濾網注入漏斗錐體內直到泥漿的水平面至篩網底面止（此刻剛好是1500ml）。放開手指，同時記時，直到流滿946ml量杯時止，記錄消耗的時間，單位為s。 馬式漏斗使用一段時間后，必須進行必要的校驗。按照測定鉆井液漏斗粘度的方法，在213條件下將1500ml清潔淡水注于漏斗內，若流出946ml淡水為260.5s（或流出1000ml淡水為280.5s），即為合格。 注意：為了保護漏斗的管嘴，不得用鐵絲等硬物穿通；測量時，漏斗應垂直放好。三、儀器、器皿和材料 （1）鉆井液：400ml；（2）高速攪拌機；

11、（3）六速旋轉粘度計；（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）亞甲基蘭溶液：0.01mol/l；（11）酸式滴定管：25ml；（12）三角瓶：250ml；（13）玻璃棒；（14）鉆井液用密度計；（15）馬氏漏斗粘度計；（17）電子天平；（18）注射器：5ml。四、實驗步驟 1、用高速攪拌器高速攪拌鉆井液10min。 2、使用六速旋轉粘度計測定并計算鉆井液表觀粘度、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、測定并計算鉆井液膨潤土含量；5、學習并掌握測定鉆井液密度的方法；6

12、、學習并掌握測定鉆井液漏斗粘度的方法。五、數據處理整理并計算所測得的數據。鉆井液常規(guī)性能測試數據記錄與處理表項目600/mPas300/mPas濾失量/mL泥餅厚度/mmpHV漿/mLV亞/mL表觀粘度AV/mPas塑性粘度PV/mPas動切力/Pa膨潤土含量g/L數據13.08.027.02.082.06.06.55.01.53342.9表觀粘度AV=0.5600=0.513=6.5mPas。塑性粘度PV=600-300=13.0-8.0=5.0mPas。動切力=0.511（2300-600）=0.511（28.0-13.0）=1.533Pa。膨潤土含量=1000=14.3=14.3(6.0

13、2.0)=42.9g/L。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進行攪拌？答：實驗之前用高速攪拌機進行攪拌是為了讓鉆井液更為均勻，防止因鉆井液沉降導致鉆井液各部分的組成，密度，粘度等性質不同。2、使用六速旋轉粘度計測得的表觀粘度和馬氏漏斗粘度有沒有對應關系？為什么？答：沒有。因為馬氏漏斗粘度計是測量一定量的鉆井液通過漏斗自由流出所需的時間，單位為s，表征鉆井液在低剪切速率下的粘度。所測數據與鉆井液中的膠體含量與密度有關，因此馬氏漏斗粘度計與流速旋轉粘度計所測的粘度沒有關系。3、靜濾失量測定時，要求先準備好工作壓力，然后再倒入鉆井液后迅速加壓測量，請結合靜濾失方程進行解

14、釋。答：根據靜濾失方程：，要準確地測定泥餅厚度h，便于計算，需要保證為恒定的值，要保證為恒定的值，就要先準備好工作壓力，再倒入鉆井液后迅速加壓測量。如果邊測量邊加壓，會使測量過程中壓差不斷變化，影響測量結果。4、未知成分的鉆井液，測定膨潤土含量時，需要使用氧化劑以減少試驗誤差，為什么？答：未知成分的鉆井液，其中可能含有有機處理劑，加入氧化劑可以防止有機處理劑與亞甲基藍反應影響滴定結果。5、分析膨潤土含量的計算公式，在不考慮測量誤差的前提下，指出該公式可能產生誤差的主要原因。答：膨潤土含量的計算公式為：膨潤土含量=1000=14.3，由于V漿是固定為2mL的,因此產生誤差的主要為V亞，即滴定所消

15、耗的亞甲基藍的體積，主要產生誤差的原因可能有滴定過快，使得記錄的亞甲基藍消耗的體積大于實際體積；也可能鉆井液中的有機處理劑與亞甲基藍反應影響實驗結果。6、測定鉆井液膨潤土含量時，首次出現綠蘭色圈后，繼續(xù)旋搖色圈可能會消失，為什么？答：首次出現綠蘭色圈，代表亞甲基藍與鉆井液中帶負電的可交換陽離子反應，但鉆井液體系可能不均勻，使得鉆井液中的可交換陽離子并沒有完全消耗亞甲基藍，因此旋搖后色圈可能會消失。7、漏斗粘度計為了保護管嘴的內徑，即使出現堵塞也不允許使用鐵絲等硬物穿通，假如密度計的鉆井液杯附著水泥等難以溶解去除的異物，對測量結果的有無影響？為什么？答：無影響，因為在測量之前需要用鉆井液杯裝水，

16、然后校準。再用同一個鉆井液杯裝鉆井液進行測量，杯中的異物在校準過程中就已經處理掉，不會對實驗結果產生影響。實驗五 無機電解質對鉆井液的污染及調整（以CaCl2為例）一、實驗目的 1、認識并掌握CaCl2對鉆井液污染后性能的變化規(guī)律。 2、了解CaCl2對鉆井液污染后性能的調整方法。二、實驗原理1、鉆井液鹽侵后，壓縮粘土的擴散雙電層，其電位降低，水化膜變薄，粘土顆粒間形成網架結構，導致鉆井液粘度、切力上升，失水增大。當鹽侵到一定程度后，粘土顆粒面-面聯結，粘土分散度明顯降低，使粘度、切力轉而下降，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曲線2、鹽侵鉆井液加入適量處理劑后，

17、一是拆散較強的粘土網架結構，使鉆井液處于適度絮凝狀態(tài)，二是保護粘土顆粒使它保持適度尺寸，不至于結合變的過大，從而使鉆井液濾失性能得到改善。三、實驗儀器及藥品1、高速攪拌機一臺；2、六速旋轉粘度計一臺；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、CaCl2、降失水劑、降粘劑等。四、實驗步驟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CaCl2，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 氯化鈣分組加量表組1/23

18、/45/67/89/10CaCl2,%0.300.550.700.850.95五、實驗數據及處理1、將所得數據及計算結果整理列表。第七組CaCl2對鉆井液的污染及調整數據表項目600/mPas300/mPas濾失量/mL泥餅厚度/mmpH基漿13.08.027.02.08基漿+0.7%CaCl216.012.078.06.06污染實驗數據班級匯總表加量%組別600/mPas300/mPas濾失量/mL0.301/2161138.00.553/4201552.00.705/6181375.00.857/8171186.50.959/1016992.0基漿11730.02、繪出鉆井液粘度、動切力以及失水量隨CaCl2加量的變化曲線，并簡要解釋。計算舉例，以加量0.3% CaCl2時的數據為例計算：表觀粘度：AV = 0.5 * 600 = 0.5 * 16 = 8 mPas動切力：YP = 0.511 * (2 * 300 - 600) = 0.511 * (2 * 11 -16) = 3.066 Pa失水量等于實驗中的濾失量分析：鉆井液鹽侵壓縮粘土的擴散雙電層，使其所帶負電量降低，水化膜變薄，粘土顆粒間形成網架結構，導致表觀粘度與動切力增大，濾失增加。但當鹽侵程度達到一定值后，粘土顆粒便出現面面聯結，粘土分散度明顯降低，導致表觀粘與動切力開始下降，而濾失量繼續(xù)增加。六、