油井水泥漿性能實驗

油井水泥漿性能實驗一、 實驗原理1?YM型鉆井液密度計是不等臂杠桿測驗儀器。杠桿左端連接平衡筒。當盛液杯盛滿被測試液體時，移動砝碼使杠桿主尺保持水平的平衡位置，此時砝碼左側邊所對應的刻度就是所測試液體的密度。六轉速粘度計是以電動機為動力的旋轉型儀器。被測試液體處于兩個同心圓筒間的環(huán)形空間內。通過變速傳動外筒以恒速旋轉，外傳筒通過被測試液體作用于內筒產(chǎn)生一個轉矩，使同扭簧連接的內筒旋轉了一個相應角度。依據(jù)牛頓定律，旋轉角的大小于液體的粘度成正比，于是液體粘度的測量轉變?yōu)閮韧厕D角的測量。反應在刻度盤的表針讀數(shù)，通過計算即為液體粘度、切應力。水泥漿常壓稠化儀中有一帶固定漿葉的可旋轉的水泥容器。漿杯由電機帶動以150轉/分得轉速逆時針轉動，漿杯中的水泥給予槳葉一定的阻力。這個阻力與水泥漿的稠化變化成比例關系。該阻力矩與指示計的彈簧的扭矩相平衡，通過指針在刻度盤上指示出稠度值。二、 實驗儀器、設備電子天平恒速攪拌器鉆井液密度計六速旋轉粘度計油井水泥常壓稠化儀三、實驗步驟1.標定常壓稠化儀指示計實驗前，應當在標定裝置上對指示計進行標定，指示計機構示意圖見圖1。如圖1所示，將銅套圈裝在指示計上方；缺口對準指示計銷軸，尼龍線一端系在指示的銷軸上，另一端沿筒套圈繞一周，然后再沿滑輪的溝槽引下與吊鉤連接。標定時，在吊鉤上裝上砝碼，讀出指示計數(shù)值。然后將吊鉤、祛碼用手托起，是指示計指針回到零。接著松手讓吊鉤、砝碼慢慢落下，讀數(shù)如此反復幾次，取平均值。2.配置水泥漿配置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)具有足夠的抗壓強度和水泥漿良好的可泵性的前提。 當水灰比過大時，水泥漿難以攪拌和泵送，在環(huán)空流動將產(chǎn)生很高的摩擦阻力。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)將達不到要求的抗壓強度。API標準推薦的水灰比見表2API的水灰比（W/C）標準表2API的水灰比（W/C）標準

水灰0.46 0.4610.560.380.380.380.440.38比W/C1） 按實驗時要求的水灰比計算水泥和水的重量（如水灰比0.5）。2） 在天平上稱取1400克水泥，用量筒取相應的水量700克。3） 若使用外加劑，則將稱好的外加劑放入水中攪拌（如加入2%的促凝劑氯化鈣）。4） 將量出的水倒入攪拌器的杯內，啟動攪拌機，調節(jié)轉速為4000轉/分。將稱出的干水泥在15秒內加入水中。然后調節(jié)攪拌器轉數(shù)為12000轉/分，繼續(xù)攪拌35秒。3.測定水泥漿的密度1）將水泥漿倒入樣品杯，邊倒邊攪拌；倒?jié)M后再攪拌 25次除2） 蓋好蓋子并洗凈從蓋中間小孔溢出的水泥漿。3） 用濾紙或面巾紙將密度計上的水擦干凈。4） 然后將密度計放在支架上，移動祛碼，使游梁處于平衡狀態(tài)。5） 讀出游碼左側所示的水泥漿密度值。6） 測定完畢，將樣品杯中的水泥漿倒掉，用水徹底清洗各部件并將其作用下所產(chǎn)生的流動和變形特性。也即作用于流體的層間剪切應力與液體變形（流動）特性。擦干凈。4.擦干凈。4.測定水泥漿的流變參數(shù)液體的流變性是指液體在外力1） 檢查儀器各轉動部件、電器及電源插頭是否安全可靠。2） 向左旋轉外傳筒，取下外傳同。將內轉同逆時針方向旋轉并向上推與內轉筒軸錐端配合。向右旋轉外傳筒，轉上外傳筒。3） 接通電源220V/50Hz。4）拉動三位開關，調節(jié)高速或低速檔。5） 儀器轉動時，輕輕拉動變速杠桿的紅色手柄，根據(jù)標示變換所需要的轉速。6） 將儀器以300r/min和600r/min轉動，觀察外筒不得有擺動。如有擺動應停機重新安裝外傳筒。7） 以300r/min，檢查刻度盤指針零位是否擺動。如指針不在零位，應參照儀器校驗的“空載零位校驗”。8） 將剛攪拌過的鉆井液倒入樣品杯內至刻度線處（ 350ml），立即置于托盤上，上升托盤使杯內液面達到外筒刻度線處。9） 迅速從高速跳到低速進行測量，待刻度盤的讀數(shù)穩(wěn)定后，分別記錄各速度梯度下的讀數(shù)。 對其他觸變性流體應在固定速度梯度下，剪切一定時間，取最小的讀數(shù)為準；也可以采用在快速攪拌后，迅速轉為低速進行讀數(shù)的方法。10） 樣品的粘度、切應力等測試和計算參照“數(shù)據(jù)測試及計算”進行。11） 測試完畢后，關閉電源，松開板板手輪，移開樣品杯。12） 輕輕卸下外傳筒，并將內筒逆時針方向旋轉垂直向下用力，取下內筒。13）清洗外傳筒，并擦干，將外傳筒安裝在儀器上，清洗內筒時應用手指堵住錐孔，以免贓物和液體進入腔內，內筒單獨放置在固定位置。表3粘度計讀數(shù)轉速（r/min）36100200300600粘度計讀數(shù)5.測定水泥漿的稠化時間油井水泥在規(guī)定壓力和溫度條件下， 從攪拌開始至水泥稠化達到100個稠化度單位（Be伯登）時所需要的時間，稱為水泥的稠化時間。它是模擬現(xiàn)場注水泥過程所得到的室內試驗值。即從攪拌水泥漿開始計起，直到水泥沿套管到達井底、而后由環(huán)空返至預定的高度為止的全部時間。1） 將獎杯輕輕放入杯套內，使?jié){杯、杯套的缺口對齊。2） 打開總電源開關。按照實驗中升溫方案的初始值，設置溫度拔碼式調節(jié)器的下一排數(shù)字。然后接通加熱器電源。在溫度完全穩(wěn)定后，再進行下列步驟。3） 將調整好的指示計倒置，裝上槳葉。4）將配好的水泥漿小心的倒入漿杯，直到水泥漿與杯內壁上的刻度線相平。5） 接通電機電源，電機帶動漿杯轉動。同時記住開機時間。6） 每隔一定時間記錄時間和稠度值。當指示計指針指到預定數(shù)值的時候，關閉電機電源。7） 關閉加熱器電源。取出指示計和漿杯，注意漿杯溫度較高，切勿燙傷。8） 將水泥漿倒入桶內。用水沖洗漿杯和漿葉。擦干并涂上油脂，旋轉儀器右側。四、流變參數(shù)計算流變模式判別F二(9200-9100)/(9300-9100)式中，F(xiàn)-流變模式判別參數(shù)，無量綱；9詼-轉速為300r/min的儀器讀數(shù)；92oo-轉速為200r/min時的儀器讀數(shù)；9頗-轉速為300r/min時的儀器讀數(shù)。當F二0.5土0.03時選用賓漢模式，否則選用幕律模式。賓漢模式nr=0.0015(9300-9100)T=0.5119頒-511nr式中，n"塑性粘度，Pa.s；T-動切應力，Pa；幕律模式n=2.0921g(9300/9皿) k=0.511930c/511n式中，n-流性指數(shù)，無量綱；k-稠度系數(shù)，Pa.s。五、實驗數(shù)據(jù)處理水泥漿配方稠化實驗：水泥600g+水300g+CaCb18g（2）水泥漿的密度實驗溫度及壓力條件： 20°C/atm水泥漿密度：1.83g/cm3（3）水泥漿的流變性能實驗的溫度及壓力條件： 20°C/atm表1粘度計讀數(shù)轉速（r/min）36100200300600粘度計讀數(shù)283745（4）水泥漿的稠化時間實驗的溫度及壓力條件：75°C/atm表2不同時刻的水泥漿稠度時間（min）5101520252831

稠度1.11.11.72.12.93.66.7(5)流變參數(shù)計算F=(Q頗-9ioo)/(93oo-9i0o)=(37-28)/(45-28)=0.53選用賓漢模式nr=0.0015(93oo-9詼)=0.0015*(45-28)=0.0255(mPa.s)T=0.5119300-511n「0.511*45-511*0.0255二9.964(Pa)水泥漿稠化時間曲線由圖可見，38分鐘開始線性變化，取38分鐘后數(shù)據(jù)做曲線水泥漿稠化時間曲線40 41 42 43 44 45 4€時間/min當稠度為100BC時，稠化時間為54.78min六、思考為什么要經(jīng)常標定指示針？答：經(jīng)常標定是為了校準，進而減小實驗誤差，保證實驗安全準確進行。常溫稠化儀與高溫稠化儀的不同作用是什么？答：常溫稠化儀能測定地面常溫常壓下流體稠化時間，而高溫高壓稠化儀主要是模擬地下條件（高溫高壓）測定流體稠化時間。附稠化實驗溫度條件J標準）深度（M）井底靜溫（°C）套管注水泥（°C）擠水泥作業(yè)（°C）尾管注水泥