水泥浆性能试验

1、中国石油大学（钻井工程）实验报告实验日期： 2014.12.04 成绩： 班级 学号： 姓名： 教师： 同组者： 油井水泥浆性能实验一、实验目的1通过实验掌握油井水泥浆密度、流变性能的测定方法，掌握有关仪器的使用方法，对油井水泥浆基本性能的指标范围有一定的认识。2通过实验掌握水泥浆稠化时间的测量方法及常压稠化仪的操作方法，了解常用油井水泥的稠化性能与有关标准，充分认识水泥浆稠化时间对固井作业的重要性。二、实验原理1YM 型钻井液密度计是不等臂杠杠测试仪器。杠杠左端为盛液杯，右端连接平衡筒。当盛液杯盛满被测试液体时，移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡位置，此时砝码左侧边所对应的刻度线就是所测试液体

2、的密度。2六转速粘度计是以电动机为动力的旋转型仪器。被测试液体处于两个同心圆筒间的环形空间内。通过变速传动外转筒以恒速旋转，外转筒通过被测试液体作用于内筒产生一个转矩，使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度。依据牛顿定律，该转角的大小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转变为内筒转角的测量。反应在刻度盘的表针读数，通过计算即为液体粘度、切应力。3水泥浆常压稠化仪中有一带固定浆叶的可旋转的水泥容器。浆杯由电机带动以150 转/分的转速逆时针转动，浆杯中的水泥浆给予浆叶一定的阻力。这个阻力与水泥浆的稠度变化成比例关系。该阻力矩与指示计的弹簧的扭矩相平衡，通过指针在刻度盘上指示出稠度值。三、实验仪器

3、、设备1电子天平2恒速搅拌器3钻井液密度计4六速旋转粘度计5油井水泥常压稠化仪四、实验步骤1标定常压稠化仪指示计实验前，应当在标定装置上对指示计进行标定，将铜套圈装在指示计上方；缺口对准指示计销轴，尼龙线一端系在指示的销轴上，另一端沿铜套圈沟槽绕一周，然后再沿滑轮的沟槽引下与吊钩连接。标定时，在吊钩上装上砝码，读出指示计数值。然后将吊钩、砝码用手托起，使指示计指针回到零。接着松手让吊钩、砝码慢慢落下，读数。如此反复几次，取平均值。2配制水泥浆配制水泥浆之前必须确定水灰比。合理的水灰比是保证水泥环具有足够的抗压强度和水泥浆良好的可泵性的前提。当水灰比过大时，水泥浆难以搅拌和泵送，在环空流动将产生

4、很高的摩擦阻力。如遇渗透性好的低压井段，则产生压差滤失，使水渗入地层，造成憋泵事故。水灰比过小，水泥环将达不到要求的抗压强度。API 标准推荐的水灰比见表1。表1 API 的水灰比（W/C）标准水泥级别ABCDEFGH浆体密度，g/cm3 1.871.871.781.971.961.941.8951.974水灰比W/C 0.460.460.560.380.380.380.440.38 按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比0.5）。 在天平上称取 600 克水泥，用量筒取相应的水量300 克。 加入促凝剂氯化钙24克，放入水中搅拌。 将量出的水倒入搅拌器的杯内，启动搅拌机，调节转数为

5、 4000 转/分。将称出的干水泥在15 秒内加入水中。然后调节搅拌器转数为12000 转/分，继续搅拌35秒。3测定水泥浆的稠化时间将浆杯轻轻放入杯套内，使浆杯、杯套的缺口对齐。打开总电源开关。按照实验中升温方案的初始值，设置温度拨码式调节器的下一排数字。然后接通加热器电源。在温度完全稳定后，再进行下列步骤。将调整好的指示计倒置，装上浆叶。将配好的水泥浆小心的倒入浆杯，直到水泥浆与杯内壁上的刻线相平。接通电机电源，电机带动浆杯转动。同时记住开机时间。每隔一定时间记录时间和稠度值。当指示计指针指到100Bc的时候，关闭电机电源。关闭加热器电源。取出指示计和浆杯，注意浆杯温度较高，切勿烫伤。将水

6、泥浆倒入桶内。用水冲洗浆杯和浆叶，擦干并涂上油脂，放在仪器右侧。4测定水泥浆的密度按2配置的水泥浆倒入样品杯，边倒边搅拌；倒满后再搅拌 25 次除去气泡。 盖好盖子并洗净从盖中间小孔溢出的水泥浆。 用滤纸或面巾纸将密度计上的水擦干净。 然后将密度计放在支架上，移动游码，使支架内气泡居中。 读出游码左侧所示的水泥浆密度值。 测定完毕，将样品杯中的水泥浆倒掉，用水彻底清洗各部件并将其擦干净。5测定水泥浆的流变参数液体的流变性是指液体在外力作用下所产生的流动和变形特性。 检查仪器各转动部件、电器及电源插头是否安全可靠。 向左旋转外转筒，取下外转筒。将内筒逆时针方向旋转并向上推与内筒轴锥端配合。向右旋

7、转外转筒，转上外转筒。 接通电源。 拉动三位开关，调至高速或低速挡。 仪器转动时，轻轻拉动变速杠杠的红色手柄，根据标示变换所需要的转速。 将仪器以300r/min 和600r/min 转动，观察外转筒不得有摆动。如有摆动应停机重新安装外转筒。 以300r/min转动，检查刻度盘指针零位是否摆动。如指针不在零位，应参照仪器校验的“空载零位校验”。 将刚搅拌过的钻井液倒入样品杯内至刻度线处（350ml），立即置于托盘上，上升托盘使杯内液面达到外筒刻度线处。 由高速到低速：300、200、100、6、3r/min连续测量，待刻度盘的读数稳定后，分别记录各速度梯度下的读数。对其他触变性流体应在固定速度

8、梯度下，剪切一定时间，取最小的读数为准；也可以采用在快速搅拌后，迅速转为低速进行读数的方法。 样品的粘度、切应力等测试和计算参照“数据测试及计算”进行。 测试完毕后，关闭电源，松开扳板手轮，移开样品杯。 轻轻卸下外转筒，并将内筒逆时针方向旋转垂直向下用力，取下内筒。 清洗外转筒，并擦干，将外转筒安装在仪器上，清洗内筒时应用手指堵住锥孔，以免脏物和液体进入腔内，内筒单独放置在箱内固定位置。五、数据处理1.水泥浆配方（1）水泥400克+水灰比0.56（2）水泥500克+氯化钙3%+水灰比0.562.水泥浆密度为：1.705g/cm3（常温常压下进行）。3.流变参数计算(1)水泥浆的流变性能：实验温

9、度及压力条件：常温、常压。实验所测粘度计读数如表2所示：表2 粘度计度数转速（r/min）36100200300粘度计读数1018425869所以选用幂律模式，有：4.水泥浆的稠化时间实验温度及压力条件：75C、常压。实验所测数据如表2所示：表3 不同时刻的水泥浆稠度时间（min）5101520253035稠度（Bc）4.85.17.811.416.822.731.8由上表作水泥浆稠化曲线如下图：图1 水泥浆稠化曲线由上图可知：38分钟以后，曲线近似为直线，作趋势线得到水泥浆稠度达到100Bc时的时间为75min，故该实验所用的水泥浆稠化时间为75min。六、思考题1、除了以上测定的水泥浆密度

10、、流变参数和稠化时间外，还有其它哪些参 数来表征水泥浆的性能？答：水泥浆的失水、水泥浆的凝结时间、水泥石的强度和水泥石的炕蚀性也能表征水泥浆的性能。2除实验中所选用的两种流变模式外，调研现场使用的其它流变模式并对比分析各流变模式的优缺点？试结合资料推导流变参数的计算公式？3查阅12篇油井水泥浆研制及应用方面的文献，理解水泥浆体系的研制方法和过程，比较不同类型水泥浆所评价的性能参数的差异？（1）硅酸盐水泥比重和容重、细度、稠度用水量、凝结时间（2）普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的差别、仅在于其中台有少量混合材料，而绝大部分仍是硅吱盐水泥熟料，故其基本性能与硅酸盐水泥相同（3）矿渣硅酸盐

11、水泥由硅酸盐水泥熟料和粘化高炉矿渣，加入适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥。水泥中版化高炉矿渣掺加量按重量百分比1t为20一70%，矿渲硅酸盐水泥的纫度、凝结时间及体积安定性的要求与硅酸盐水泥相同。（4）火山灰质硅酸盐水泥在硅酸盐水泥熟料中，按水泥成品重量加入20一50%火山灰质混合材料和适量石膏，磨细后制成。（5）粉媒友硅酸盐水泥在硅酸盐水泥熟料中，按水泥成品重量加入20一40%的勒煤灰和适量石膏，磨细后制成。4、以下不同的水泥浆稠化曲线，哪种所代表的水泥浆性能好，为什么？答：水泥浆的调成之后，随着水化反应的进行，水泥浆变稠，流动性变差。在注水泥时用泵注入及顶底过程中，可能会出现水泥浆流动越来越困难，直到不能被 泵入，此时，虽然还没有达到水泥的凝固，但已无法用泵注入基顶替了。所以，对于施工周期长的深井注水泥，就应当有较长的水泥稠化时间为保证。因此，的泥浆性能好一些。图2 不同水泥浆稠化曲线七、实验总结 通过本次实验我掌握了油井水泥浆密度