油井水泥漿性能實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

石油工程(gōngchéng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心油井(yóujǐng)水泥漿性能實(shí)驗(yàn)鉆井工程實(shí)驗(yàn)(shíyàn)PreparationandTestingofCementSlurries

第一頁(yè)，共26頁(yè)。一、實(shí)驗(yàn)(shíyàn)目的第二頁(yè)，共26頁(yè)。1.掌握油井水泥漿的制備(zhìbèi)方法;2.掌握測(cè)定水泥漿密度、流變性能和稠化時(shí)間的原理、實(shí)驗(yàn)流程(liúchéng)及步驟。第三頁(yè)，共26頁(yè)。二、實(shí)驗(yàn)(shíyàn)原理第四頁(yè)，共26頁(yè)。1、水泥漿密度(mìdù)實(shí)驗(yàn)中使用YM型鉆井液密度計(jì)測(cè)量水泥漿的密度，該儀器(yíqì)是不等臂杠杠測(cè)試儀器(yíqì)，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。水泥漿密度是由配制水泥漿的水泥、配漿水(jiānɡshuǐ)、外加劑和外摻料等材料的密度和摻量決定的。第五頁(yè)，共26頁(yè)。2、水泥漿流變性能大多數(shù)水泥漿表現(xiàn)出復(fù)雜的非牛頓流體特征。一般來(lái)說(shuō)，水泥漿屬于剪切稀釋型流體，描述水泥漿流變性質(zhì)(xìngzhì)最常用的流變模式為賓漢塑性模式和冪律模式。（1）賓漢塑性(sùxìng)模式（2）冪律模式(móshì)第六頁(yè)，共26頁(yè)。實(shí)驗(yàn)中使用六轉(zhuǎn)速粘度計(jì)測(cè)量水泥漿的流變性能，該儀器是以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)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(guò)變速傳動(dòng)外轉(zhuǎn)筒以恒速旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)，外轉(zhuǎn)筒通過(guò)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)(xuánzhuǎn)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。記錄表盤參數(shù)，通過(guò)以下方法計(jì)算水泥漿的流變參數(shù)。第七頁(yè)，共26頁(yè)。冪律模式(móshì)流變參數(shù)賓漢塑性(sùxìng)模式流變參數(shù)首先(shǒuxiān)，判別流變模式：賓漢塑性模式冪律模式然后，計(jì)算流變參數(shù)：第八頁(yè)，共26頁(yè)。3、水泥漿稠化時(shí)間(shíjiān)實(shí)驗(yàn)中使用常壓稠化儀測(cè)量水泥漿的稠化時(shí)間。配制好水泥漿后，隨著水泥水化，水泥漿不斷變稠，稠化儀漿葉旋轉(zhuǎn)剪切水泥漿的阻力增大，使安裝在電位計(jì)上的彈簧扭矩及其指針旋轉(zhuǎn)角度也相應(yīng)增大，電位計(jì)的阻值及電壓也隨之增大。因此(yīncǐ)，電位計(jì)所反映出來(lái)的電壓值，不僅表示了彈簧扭矩的大小，也反映了測(cè)量水泥漿稠度值的大小。稠化時(shí)間是指從水泥漿配漿開始到水泥漿注入稠化儀中，在實(shí)際井溫和壓力(yālì)條件下，水泥漿稠度達(dá)到100Bc所經(jīng)歷的時(shí)間。第九頁(yè)，共26頁(yè)。三、實(shí)驗(yàn)(shíyàn)流程第十頁(yè)，共26頁(yè)。水泥+外摻料+外加劑+水稱量配制(pèizhì)水泥漿測(cè)定密度測(cè)定流變性能測(cè)定稠化時(shí)間第十一頁(yè)，共26頁(yè)。四、實(shí)驗(yàn)(shíyàn)設(shè)備第十二頁(yè)，共26頁(yè)。1、YM液體(yètǐ)密度計(jì)盛液杯砝碼刻度標(biāo)尺平衡桶支架第十三頁(yè)，共26頁(yè)。2、六轉(zhuǎn)速(zhuànsù)粘度計(jì)底座可移動(dòng)(yídòng)支座調(diào)速按鈕電機(jī)(diànjī)轉(zhuǎn)筒傳動(dòng)裝置第十四頁(yè)，共26頁(yè)。3、稠化儀計(jì)時(shí)器溫度控制面板控制開關(guān)恒溫水浴箱電位計(jì)稠度實(shí)時(shí)顯示面板打印機(jī)第十五頁(yè)，共26頁(yè)。4、其它(qítā)儀器電子天平第十六頁(yè)，共26頁(yè)。五、實(shí)驗(yàn)(shíyàn)步驟第十七頁(yè)，共26頁(yè)。水泥級(jí)別ABCDEFGH漿體密度，g/cm31.871.871.781.971.961.941.8951.974水灰比,W/C0.460.460.560.380.380.380.440.38表1API的水灰比（W/C）標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)1、確定(quèdìng)水灰比步驟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(jùyǒu)足夠的抗壓強(qiáng)度和水泥漿良好的可泵性的前提。第十八頁(yè)，共26頁(yè)。2、水泥漿制備(zhìbèi)步驟在電子天平上稱一定(yīdìng)質(zhì)量的水（350g）、G級(jí)油井水泥（700g）和氯化鈣（21g），并將氯化鈣溶解于水中；將350g水倒入攪拌杯中，攪拌器以低速（4000轉(zhuǎn)/分）轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完700g水泥；蓋上攪拌杯蓋子，在高速（12000轉(zhuǎn)/分）下繼續(xù)攪拌35秒即制備得到水泥漿（即儀器“標(biāo)準(zhǔn)1”程序）。第十九頁(yè)，共26頁(yè)。3、水泥漿密度(mìdù)測(cè)試步驟移開泥漿杯上的蓋子，將配好的水泥漿注入密度計(jì)漿杯內(nèi);將杯蓋慢慢向下旋轉(zhuǎn)讓多余的水泥漿從流孔溢出，保證水泥漿充滿(chōngmǎn)整個(gè)漿杯；再用拇指堵住流孔，用清水沖洗漿杯外部并擦干；然后將密度計(jì)放置在支架上，使刀口邊緣位于支架上；移動(dòng)游碼使支架內(nèi)氣泡居中；讀數(shù)，游碼所標(biāo)示數(shù)值即為水泥漿密度；記錄水泥漿密度數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)溫度條件；測(cè)試完畢，將盛液杯中的水泥漿倒掉，清洗實(shí)驗(yàn)儀器。第二十頁(yè)，共26頁(yè)。轉(zhuǎn)速(r/min)36100200300600粘度計(jì)讀數(shù)表2粘度計(jì)讀數(shù)(dúshù)4、水泥漿流變性能測(cè)試步驟將制備好的水泥漿倒入常壓稠度儀樣品筒中，于所測(cè)試溫度下先稠化20分鐘；然后將水泥漿倒入粘度計(jì)樣品筒中，水泥漿液面達(dá)到外筒刻度線標(biāo)記高度；先在600轉(zhuǎn)/分下旋轉(zhuǎn)60秒后讀數(shù)，然后按20秒間隔依次由高速到低速：300、200、100、6、3轉(zhuǎn)/分連續(xù)測(cè)量，依次測(cè)其讀數(shù)并記錄在表2中。測(cè)試完畢，將水泥漿倒掉，清洗(qīngxǐ)實(shí)驗(yàn)儀器。第二十一頁(yè)，共26頁(yè)。5、水泥漿稠化時(shí)間(shíjiān)測(cè)試步驟標(biāo)定常壓稠化儀指示(zhǐshì)計(jì)：將標(biāo)定儀器與稠化儀連接；然后將電位計(jì)卡在標(biāo)定儀器插槽；再將標(biāo)定儀器傳輸線與電位計(jì)連接；用尼龍繩的一端系在電位計(jì)銷軸上，另一端沿電位計(jì)溝槽繞一周，然后再沿滑輪的溝槽引下與吊鉤連接；在吊鉤上裝上砝碼，讀出指示(zhǐshì)計(jì)數(shù)值并記錄于表3中。表3砝碼(fǎmǎ)質(zhì)量、稠度對(duì)應(yīng)關(guān)系砝碼（克）50100150200250300350400水泥漿稠度（伯登）第二十二頁(yè)，共26頁(yè)。5、水泥漿稠化時(shí)間(shíjiān)測(cè)試步驟時(shí)間（min）0102030405060稠度（Bc）表4不同時(shí)刻(shíkè)的水泥漿稠度安裝好電位計(jì)及稠化漿葉，將制備好的水泥漿倒入稠化儀樣品筒中，安裝電位計(jì)，然后放入稠化儀水浴中，啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行稠化；設(shè)定(shèdìnɡ)稠化溫度：參照稠化儀說(shuō)明書；記錄不同時(shí)刻時(shí)水泥漿的稠度值于表4中，記錄水泥漿稠度達(dá)到100Bc時(shí)所需要的時(shí)間（也即水泥漿稠化時(shí)間）。清洗實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。第二十三頁(yè)，共26頁(yè)。六、思考(sīkǎo)第二十四頁(yè)，共26頁(yè)。1