油田化学钻井液部分讲义.docx
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油田化学钻井液部分讲义
实验一六速旋转粘度计测泥浆的流变曲线
一.实验目的
1.掌握六速旋转粘度计的使用方法。
2.掌握如何判断泥浆的流型及对应流变参数的计算方法。
3.比较宾汉模式、指数模式及卡森模式与实际流变曲线的吻合程度,弄清各种模式的特点。
二.实验原理
1.旋转粘度计工作原理
电动机带动外筒旋转时,通过被测液体作用于内筒上的一个转矩,使与扭簧相连的内筒偏转一个角度。
根据牛顿内摩擦定律,一定剪切速率下偏转的角度与液体的粘度成正比。
于是,对液体粘度的测量就转换为内筒的角度测量。
2.流变曲线类型、意义。
流变曲线是指剪切速率和剪切应力的关系曲线。
根据曲线的形式,它可以分为牛顿型、塑性流型、假塑性流型和膨胀性流型。
为了计算任何剪切速率下的剪切应力,常用的方法是使不同流变模式表示的理想曲线逼近实测流变曲线,这样,只需要确定两个流变参数,就可以绘出泥浆的流变曲线。
牛顿模式反映的牛顿液体,其数学表达式为:
=η·D
宾汉模式反映的是塑性液体,其数学表达式为:
=
0+ηp·D
指数模式反映的是假塑性流体,其数学表达式为:
=K·Dn或Lg
=lgK+n·lgD
卡森模式反映的是一种理想液体,其数学表达式为:
实际流变曲线与哪一种流变模式更吻合,就把实际液体看成哪种流型的流体。
三.实验仪器
1.仪器
ZNN-D6型旋转粘度计、高速搅拌器;
2.药品
350ml水、500ml泥浆。
四.实验仪器使用要点
1.检查好仪器,要求;
①粘度计刻度盘是否对零。
若不对零,可松开固定螺钉调零后再拧紧。
②检查粘度计的同心度。
高速旋转时,外筒不得有偏摆。
③检查高速搅拌机的搅拌轴是否偏摆。
若偏摆,则停止使用。
2.校正旋转粘度计
①倒350ml水于泥浆杯中,置于托盘上,上升托盘,使液面与外筒刻度线对齐,拧紧托盘手轮。
②迅速从高速到低速依次测量。
待刻度盘读数(基本)稳定后,分别记录各转速下的读数Ø.
要求:
Ø600=2.0格,Ø300=1.0格。
五.实验步骤
1.熟悉旋转粘度计的使用方法。
2.检查和校正旋转粘度计。
3.测量泥浆在各剪切速率下的剪切应力。
将待测泥浆高速搅拌10min后,把水换成待测泥浆,按四-2的方法操作,分别记录各转速下的读数。
泥浆剪切应力
与粘度计读数Ø对应关系:
=0.511Ø,单位:
Pa。
4.测量泥浆在1分钟和10分钟的静切力
将上一步骤结束后的泥浆继续在600rpm下旋转搅拌1分钟,然后将旋钮上提到3/6rpm位置,并同时关闭电源,静置1分钟后启动之,注意读取刻度盘的最大值,通过下面的公式计算初切力
s1。
再重新在600rpm下旋转搅拌1分钟,用同样的方法读取静置10分钟后3rpm下的最大值,通过下面的公式计算终切力
s10。
静切力计算公式:
s=0.511×Ø3,单位:
Pa。
5.实验后,关闭电源,倒出泥浆,洗净内、外筒,擦干装好。
注意:
停转后,由于静切力作用,刻度盘可能不回零,此时不需要再调零。
6.数据处理
计算钻井液的流变参数、绘制流变曲线并确定泥浆的流变模式。
实验二常用API泥浆仪器的使用
一.实验目的
1.掌握常用API泥浆仪器的使用和校正方法;
2.掌握现场测试泥浆性能的标准方法。
二.钻井液滤失原理
在滤失介质两端施加一定的压力差,在压力差的作用下,泥浆通过滤失介质发生滤失。
三.实验仪器
1.ZNS型打气筒失水仪一台
2.马氏漏斗粘度计一个
3.ZNB型泥浆密度计一个
4.高搅机一台
5.秒表一只
6.钢板尺一个
7.PH试纸一盒
8.20ml量筒1个
9.滤纸
10.待测泥浆约2000ml
四.仪器使用要点
1.ZNB型泥浆密度计
校正方法:
将清水注入杯中齐杯口为止,轻轻将盖旋转盖紧,擦去外溢清水,然后将杠杆主刀口置于底座的刀垫上,移动游码,使水平泡居于两根红线中间,游码左侧边线所对应刻度,即为该泥浆的密度。
测量清水密度应为1.00g/cm3,否则,须增减枰杆末端调节器中的铅粒。
泥浆密度的测定:
将清水换成搅拌均匀的待测泥浆,按校正时的方法测得的密度值即为该泥浆的密度。
注意:
1每测完样品都要把刀口放置于刀架上,保护好刀刃。
2每测完样品都要洗净泥浆杯。
2、ZNN型(马氏)漏斗粘度计
校正方法:
将用清水刷净的漏斗粘度计挂好,用手指堵住漏斗管口,把清水经筛网倒入漏斗,直至液面与筛网底部平齐,放开手指,记录清水自漏斗流满量杯所需的时间,即为清水的漏斗粘度。
20℃左右时,清水的漏斗粘度应为26±0.5s。
泥浆漏斗粘度的测定:
将清水换成搅拌均匀的待测泥浆,按校正时的方法测得的漏斗粘度值即为该泥浆的漏斗粘度。
注意事项:
1为了保护漏斗粘度计的管嘴,不得用铁丝等硬物穿通。
2测量时,漏斗应垂直放好。
3.打气筒失水仪
①松开减压阀,关死放空阀,打气使气筒压力达1MPa左右,然后顺时针旋转减压阀,直到压力表读数为0.7MPa。
②用手指堵住泥浆杯气接头小孔,倒入适量的泥浆,使液面与泥浆杯内刻度线平齐,放好干燥的密封圈,铺一张干燥的滤纸,将干燥的泥浆杯盖盖好旋紧。
然后装入三通接头并卡好,放好量筒。
3逆时针旋转放空阀,当压力表指针开始下降或有进气声时,开始计时并及时打气使压力保持为0.7MPa。
4记录7.5min时收集的滤液量,取开量筒,顺时针转放空阀,把泥浆杯中余气放尽后,取下泥浆杯。
打开泥浆杯,取下滤纸,放置在平整的桌面上。
5假设瞬时滤失量为零,量筒中滤液体积的2倍即为API滤失量。
6用钢板尺测量滤纸上泥饼的厚度。
7冲净、擦干泥浆杯及杯盖。
4.PH广泛试纸
将PH试纸放到待测酸碱度的泥浆中浸湿后取出,待其颜色稳定后(大约30s),把变色的试纸上侧颜色和标准色对照,估计出泥浆的PH值。
五、步骤
1.校正密度计和漏斗粘度计。
2.用高速搅拌器高速搅拌泥浆10分钟。
3.测量泥浆的密度、API滤失量、泥饼厚度和pH值。
7.数据处理
整理并计算所测得的数据。
实验三钻井液钙侵及处理
一.实验目的
1.了解一般淡水钻井液钙侵后性能的变化规律。
2.学会钙侵钻井液性能的调整。
二.实验原理
1.钻井液钙侵后,原来的钠质土变为钙质土,其ξ电位降低,水化膜变薄,粘土颗粒间形成或增强絮凝结构。
从而导致钻井液粘度、切力上升、失水增大。
当钙侵到一定程度后,粘土颗粒继续变粗而沉淀,此时粘土分散度明显降低,使粘度、切力转而下降,失水继续增大。
钻井液性能参数变化趋势见下图。
2.钙侵钻井液加入适量有机处理剂(稀释剂)后,一是拆散因钙离子作用形成较大较强的粘土絮凝结构,使钻井液处于适度絮凝状态,二是保护粘土颗粒使它保持适度尺寸,不至于结合而又变得过大,从而使钻井液性能得到改善。
三.仪器、药品
1.高速搅拌机一台;
2.六速旋转粘度计一台;
3.打气筒失水仪一台;
4.电子天平一台;
5.秒表一只;
6.吸管一支;
7.牛角勺两把;
8.25ml、500ml量筒各两支;
9.pH试纸、泥浆500ml、生石灰、降失水剂CMC、降粘剂等。
四.实验步骤
1.取泥浆450ml高搅10分钟后,测其六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值。
2.各组按下表向步骤1完成后的泥浆中加入一定量的生石灰,高速搅拌30分钟后测六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值。
组
1
2
3
4
5
生石灰,%
0.05
0.15
0.2
0.25
0.3
3.根据步骤2完成后的泥浆性能,加入适量的降粘剂和降失水剂,高速搅拌30分钟后测六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值,使其性能得到恢复。
降粘剂和降失水剂加量参考下表:
组
1
2
3
4
5
降粘剂,%
0.5
1
1.5
2
2.5
降失水剂,%
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
五.数据处理
1.将所得数据及计算结果整理列表。
2.绘制出钻井液表观粘度、动切力以及失水量随生石灰加量的变化曲线并简要解释。
实验四钻井液中固相含量的测定
一.实验目的
1.掌握固相含量测定仪的操作方法。
2.学会钻井液中固相含量的计算方法。
二.实验原理
根据蒸馏原理,取一定量钻井液用电热器将其蒸干,收集并测出冷凝液的体积,用减差法即可求出钻井液中固相含量。
也可通过称重方法算出其固相含量。
三.实验仪器
1.ZNC型固相含量测定仪一台
2.电子天平一台;
3.10ml注射器一支;
4.经充分搅拌的泥浆100ml。
四.实验步骤
1.拆开蒸馏器,称出蒸馏杯质量:
W杯(g)
2.用注射器取10毫升均匀钻井液样,注入蒸馏杯中,称重W杯+浆(g)。
3.将套筒及加热棒拧紧在蒸馏杯上,再将蒸馏器引流管插入冷凝器出口端。
4.将加热棒插头插入电线插头,通电加热蒸馏,并计时。
通电约5分钟后冷凝液即可滴入量筒,连续蒸馏至不再有液体滴出为止,切断电源。
5.用环架套住蒸馏器上部,使其与冷凝器分开,再用湿布冷却蒸馏器。
6.记下量筒中馏出液体体积(ml),若馏出物为水与油且分层不清时可加入1~3滴破乳剂。
油、水体积分别以V油、V水表示。
7.取出加热棒,用刮刀刮净套筒内壁及加热棒上附着的固体,全部收集于蒸馏杯中,然后称重W杯+固(g)。
注意事项:
1.操作时蒸馏器必须竖直。
2.蒸馏时间一般为20分钟,不应超过30分钟。
3.注意保护加热棒和用电安全。
4.若钻井液泡多,可加数滴消泡剂。
五.实验数据处理:
计算固相质量体积百分含量和固相体积百分含量。
对于淡水非加重钻井液:
固相质量体积百分含量=(W杯+固-W杯)×10单位:
g/100ml钻井液
固相体积百分含量=固相质量体积百分含量÷ρ土单位:
ml/100ml钻井液
注:
粘土密度ρ土=2.4~2.6g/cm3,数据处理时以2.5g/cm3计。
实验五钻井液中膨润土含量的测定
一.实验目的
学会用亚甲基兰测定钻井液中膨润土含量的方法,并了解其测定原理。
二.实验原理
亚甲基兰是一种阳离子材料,在溶液中离解。
当粘土中可交换阳离子水化时,带负电荷粘土晶片便与带正电荷的染色离子结合生成兰色水不溶物,此时亚甲基兰褪色,只有当溶液中有游离的亚甲基兰时才呈绿兰色。
三.实验仪器及药品
1.25ml酸式滴定管一支;
2.250ml三角瓶2个;
3.2ml注射器一支;
4.洗瓶一个;
5.25ml量筒一支;
6.玻璃棒;
7.滤纸;
8.经充分搅拌的泥浆100ml;
9.0.01mol/l亚甲基兰水溶液。
四.实验步骤
1.用不带针头的注射器准确吸取2ml均匀泥浆置入三角瓶中,然后加入10ml蒸馏水稀释。
2.用0.01mol/l亚甲基兰溶液滴定,为了减少误差,开始加5ml亚甲基兰,然后每滴入1ml(或更少)亚甲基兰后,旋摇30秒钟,用玻璃棒沾一滴液体至滤纸上,观察在染色固体斑点外是否出现绿兰色圈,若无色圈继续滴加。
3.若发现绿兰色圈,但旋摇2分钟后又消失,说明终点快到,小心加入0.5ml(或更少)亚甲基兰溶液,直至旋摇2分钟后色圈仍不褪色,则达到终点,纪录所耗的亚甲基兰溶液的体积V亚。
注:
若所测钻井液中有有机处理剂,需要使用H2SO4和H2O2并加热。
五.结果处理
钻井液膨润土含量=
×
×100=1.43×
单位:
g/100ml钻井液
六.思考题
1.为什么若所测钻井液中有有机处理剂,需要使用H2SO4和H2O2并加热?
2.为何当绿兰色圈出现后再搅拌两分钟色圈可能消失?
实验十钻井液综合性能评价
一、实验目的及要求
1、通过查阅相关文献资料并结合课堂学习内容,了解钻井液的基本性能,学会钻井液基本性能的测定方法。
2、设计实验方案,对钻井液的性能进行综合评价。
二.实验原理
钻井液主要性能包括密度、流变性能、滤失造壁性能、润滑性能和防塌性能等,对这些综合性能进行评价,有利于对钻井液整体性能做出综合评判,便于进一步改善钻井液的性能。
各种性能测定原理参考有关教材。
三、实验材料
高速搅拌机、六速粘度计、室温中压滤失仪、粘滞系数测定仪、膨胀仪、压力机、天平、量筒、干燥器、清水、膨润土、pH试纸、滤纸。
四.实验内容
1、掌握淡水膨润土钻井液的配制方法。
2、确定配制淡水钻井液时纯碱的加量(范围)并简述原因。
3、测定钻井液的流变性能。
4、测定钻井液的滤失造壁性能。
5、测定钻井液的润滑性能。
6、测定钻井液的膨胀性能。
五.实验要求
同学1-4人一组,查阅相关文献资料,设计实验方案;
以表格形式认真记录实验现象和数据;
写出实验报告,对实验现象进行讨论,并对实验数据进行处理及分析。
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- 油田 化学 钻井 部分 讲义