油田化學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四 鉆井液常規(guī)性能測(cè)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(dòng)切力的測(cè)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(cè)定方法； 3、掌握鉆井液膨潤(rùn)土含量的實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)定方法；4、掌握鉆井液密度的測(cè)定方法；5、掌握鉆井液漏斗粘度的測(cè)定方法；二、實(shí)驗(yàn)原理及測(cè)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(dòng)機(jī)為動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)型儀器。被測(cè)液體處于兩個(gè)同心圓筒間的環(huán)形空間內(nèi)。通過(guò)變速傳動(dòng)外轉(zhuǎn)筒以恒速旋轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)筒通過(guò)被測(cè)液體作用于內(nèi)筒產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使同

2、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)為內(nèi)筒轉(zhuǎn)角的測(cè)量。記錄刻度盤(pán)的表針讀數(shù)，通過(guò)計(jì)算即為液體表觀粘度、塑形粘度和動(dòng)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(dòng)三位開(kāi)關(guān)至高速位置，待外筒轉(zhuǎn)動(dòng)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(pán)是否對(duì)零（若不對(duì)零，可松開(kāi)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(guò)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(pán)限位孔上，上升托盤(pán)，使液面與外筒刻度線對(duì)齊，擰緊托盤(pán)手輪。迅速?gòu)母咚伲?00rpm）到低速（3rpm）依次測(cè)量。待刻度盤(pán)讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄各轉(zhuǎn)速下的讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電源，松開(kāi)托盤(pán)手輪，移開(kāi)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(dòng)切力YP0.511*（2*300600），單位：Pa。簡(jiǎn)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(cè)定 （1）鉆井液濾失原理在濾失介

4、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(guò)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(kāi)放氣閥，氣源進(jìn)入鉆井液杯中。通過(guò)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(kāi)減壓閥（逆著圖4-3箭頭方向旋轉(zhuǎn)減壓閥手柄，

5、將手柄退出），使減壓閥處于關(guān)死狀態(tài)，此時(shí)無(wú)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(duì)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(tīng)到有進(jìn)氣聲后，即停止操作通氣閥，開(kāi)始計(jì)時(shí)并微調(diào)減壓閥手柄，

6、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(kāi)量筒，逆著“進(jìn)氣”箭頭方向推通氣閥桿（如圖4-4右圖），聽(tīng)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(cè)定方法鉆井液濾失量的測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)定方法7.5min靜濾失實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開(kāi)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(cè)量的平均厚度值的2倍即為泥餅厚度。3、鉆井液膨潤(rùn)土含量的測(cè)定原理和方法 （1）亞甲基蘭溶液測(cè)定鉆井液膨潤(rùn)土含量的實(shí)驗(yàn)原理 亞甲基蘭是一種陽(yáng)離子材料，在水中電離出氯離子和有機(jī)陽(yáng)離子。當(dāng)帶負(fù)電荷的粘土晶片與帶正電荷的亞甲基蘭染色離子結(jié)合生成蘭色水不溶物后，亞甲基蘭褪色，只有當(dāng)溶液中有游離的亞甲基蘭時(shí)才呈綠蘭色。 （2）鉆井液膨潤(rùn)土含量的測(cè)定方法用不帶針頭的注射器準(zhǔn)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(cè)鉆井液中有有機(jī)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(diǎn)（粘土和亞甲基蘭的復(fù)合伍）外是否出現(xiàn)綠蘭色圈，若無(wú)色圈繼續(xù)滴加。若發(fā)現(xiàn)綠蘭色圈，繼續(xù)旋搖2min后又消失，說(shuō)明終點(diǎn)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(dá)到終點(diǎn)，紀(jì)錄所消耗的亞甲基蘭溶液的體積V亞。鉆井液膨潤(rùn)土含量=××1000=14.3× ， 單位：g/l。4、鉆井液密度的測(cè)定方法凡精度可達(dá)±0.01g/cm3的密度測(cè)量?jī)x器均可用來(lái)測(cè)定鉆井液的密度。通常使用鉆井液密度計(jì)（如圖4-6）測(cè)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

9、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(lái)調(diào)整。倒出清水，擦干，將待測(cè)泥漿注入杯中，蓋好杯蓋，讓多余泥漿溢出，擦凈泥漿杯周?chē)哪酀{，移動(dòng)游碼使橫梁成水平狀態(tài)（水平泡位于中間），游碼左側(cè)邊線所對(duì)應(yīng)刻度，即為該泥漿的密度。 注意：對(duì)于混有空氣或天然氣的鉆井液不能使用該儀器測(cè)定。5、鉆井液漏斗粘度的測(cè)定方法通常使用馬氏漏斗粘度計(jì)（圖4-7）測(cè)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94

10、6ml（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(kāi)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)行必要的校驗(yàn)。按照測(cè)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

11、用鐵絲等硬物穿通；測(cè)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）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(jì)；（15）馬氏漏斗粘度計(jì)；（17）電子天平；（18）注射器：5ml。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(cè)定并計(jì)算鉆井液表觀粘度、塑性粘度和動(dòng)切力； 3、使用打氣筒濾失儀

12、測(cè)定鉆井液濾失量、泥餅厚度和pH值； 4、測(cè)定并計(jì)算鉆井液膨潤(rùn)土含量；5、學(xué)習(xí)并掌握測(cè)定鉆井液密度的方法；6、學(xué)習(xí)并掌握測(cè)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(cè)得的數(shù)據(jù)。鉆井液常規(guī)性能測(cè)試數(shù)據(jù)記錄與處理表項(xiàng)目600/mPa·s300/mPa·s濾失量/mL泥餅厚度/mmpHV漿/mLV亞/mL表觀粘度AV/mPa·s塑性粘度PV/mPa·s動(dòng)切力/Pa膨潤(rùn)土含量g/L數(shù)據(jù)13.08.027.02.082.06.06.55.01.53342.9表觀粘度AV=0.5×600=0.5×13=6.5mPa·s。塑性粘度P

13、V=600-300=13.0-8.0=5.0mPa·s。動(dòng)切力=0.511×（2×300-600）=0.511×（2×8.0-13.0）=1.533Pa。膨潤(rùn)土含量=××1000=14.3×=14.3×(6.0÷2.0)=42.9g/L。六、思考題1、鉆井液的粘度測(cè)定前，為什么通常都需要使用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌？答：實(shí)驗(yàn)之前用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌是為了讓鉆井液更為均勻，防止因鉆井液沉降導(dǎo)致鉆井液各部分的組成，密度，粘度等性質(zhì)不同。2、使用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)得的表觀粘度和馬氏漏斗粘度有沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系？為什

14、么？答：沒(méi)有。因?yàn)轳R氏漏斗粘度計(jì)是測(cè)量一定量的鉆井液通過(guò)漏斗自由流出所需的時(shí)間，單位為s，表征鉆井液在低剪切速率下的粘度。所測(cè)數(shù)據(jù)與鉆井液中的膠體含量與密度有關(guān)，因此馬氏漏斗粘度計(jì)與流速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)所測(cè)的粘度沒(méi)有關(guān)系。3、靜濾失量測(cè)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(cè)量，請(qǐng)結(jié)合靜濾失方程進(jìn)行解釋。答：根據(jù)靜濾失方程：，要準(zhǔn)確地測(cè)定泥餅厚度h，便于計(jì)算，需要保證為恒定的值，要保證為恒定的值，就要先準(zhǔn)備好工作壓力，再倒入鉆井液后迅速加壓測(cè)量。如果邊測(cè)量邊加壓，會(huì)使測(cè)量過(guò)程中壓差不斷變化，影響測(cè)量結(jié)果。4、未知成分的鉆井液，測(cè)定膨潤(rùn)土含量時(shí)，需要使用氧化劑以減少試驗(yàn)誤差，為什么？答

15、：未知成分的鉆井液，其中可能含有有機(jī)處理劑，加入氧化劑可以防止有機(jī)處理劑與亞甲基藍(lán)反應(yīng)影響滴定結(jié)果。5、分析膨潤(rùn)土含量的計(jì)算公式，在不考慮測(cè)量誤差的前提下，指出該公式可能產(chǎn)生誤差的主要原因。答：膨潤(rùn)土含量的計(jì)算公式為：膨潤(rùn)土含量=××1000=14.3×，由于V漿是固定為2mL的,因此產(chǎn)生誤差的主要為V亞，即滴定所消耗的亞甲基藍(lán)的體積，主要產(chǎn)生誤差的原因可能有滴定過(guò)快，使得記錄的亞甲基藍(lán)消耗的體積大于實(shí)際體積；也可能鉆井液中的有機(jī)處理劑與亞甲基藍(lán)反應(yīng)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6、測(cè)定鉆井液膨潤(rùn)土含量時(shí)，首次出現(xiàn)綠蘭色圈后，繼續(xù)旋搖色圈可能會(huì)消失，為什么？答：首次出現(xiàn)綠蘭色圈，

16、代表亞甲基藍(lán)與鉆井液中帶負(fù)電的可交換陽(yáng)離子反應(yīng)，但鉆井液體系可能不均勻，使得鉆井液中的可交換陽(yáng)離子并沒(méi)有完全消耗亞甲基藍(lán)，因此旋搖后色圈可能會(huì)消失。7、漏斗粘度計(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(duì)測(cè)量結(jié)果的有無(wú)影響？為什么？答：無(wú)影響，因?yàn)樵跍y(cè)量之前需要用鉆井液杯裝水，然后校準(zhǔn)。再用同一個(gè)鉆井液杯裝鉆井液進(jìn)行測(cè)量，杯中的異物在校準(zhǔn)過(guò)程中就已經(jīng)處理掉，不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)五 無(wú)機(jī)電解質(zhì)對(duì)鉆井液的污染及調(diào)整（以CaCl2為例）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、認(rèn)識(shí)并掌握CaCl2對(duì)鉆井液污染后性能的變化規(guī)律。 2、了解CaCl2

17、對(duì)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(jiàn)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，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(guò)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(tái)；2、六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)一臺(tái)；3、打氣筒失水儀一臺(tái)；4、電子天平一臺(tái)； 5、秒表一

18、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(shí)驗(yàn)步驟1、取泥漿450ml高攪5分鐘后，測(cè)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(cè)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1/23/45/67/89/10CaCl2,%0.300.550.700.850.95五、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。第七組CaCl2對(duì)鉆井液的污染及調(diào)整數(shù)據(jù)表項(xiàng)目600/mPa·s300/mPa·s濾失量/mL泥餅厚度

19、/mmpH基漿13.08.027.02.08基漿+0.7%CaCl216.012.078.06.06污染實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)班級(jí)匯總表加量%組別600/mPa·s300/mPa·s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(dòng)切力以及失水量隨CaCl2加量的變化曲線，并簡(jiǎn)要解釋。計(jì)算舉例，以加量0.3% CaCl2時(shí)的數(shù)據(jù)為例計(jì)算：表觀粘度：AV = 0.5 * 600 = 0.5 * 16 = 8 mPa·s動(dòng)切力：YP = 0.511 * (2 * 300 - 600) = 0.511 * (2 * 11 -16) = 3.066 Pa失水量等于實(shí)驗(yàn)中的濾失量分析：鉆井液鹽侵壓縮粘土的擴(kuò)散雙電層，使其所帶負(fù)電量降低，水化膜變薄，粘土顆粒間形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致表觀粘度與動(dòng)切力增大，濾失增加。但當(dāng)鹽侵程度達(dá)到一定值后，粘土顆粒便出現(xiàn)面面聯(lián)結(jié)，粘土分散度明顯降低，導(dǎo)致表觀粘