油井水泥浆性能试验

1、中国石油大学（钻井工程）实验报告实验日期： 2015.11.24 成 绩： 姓 名： 班 级： 石工12-1 学 号： 教 师： 郭辛阳 同组者： 油井水泥浆性能实验一、实验目的1.掌握油井水泥浆的制备方法 ;2.掌握测定水泥浆密度、流变性能和稠化时间的原理、实验流程及步骤。二、实验原理1、水泥浆密度水泥浆密度是由配制水泥浆的水泥、配浆水、外加剂和外掺料等材料的密度和掺量决定的。实验中使用YM型钻井液密度计测量水泥浆的密度，该仪器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的密

2、度。2、水泥浆流变性能大多数水泥浆表现出复杂的非牛顿流体特征。一般来说，水泥浆属于剪切稀释型流体，描述水泥浆流变性质最常用的流变模式为宾汉塑性模式和幂律模式。（1）宾汉塑性模式 （2）幂律模式 实验中使用六转速粘度计测量水泥浆的流变性能，该仪器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。记录表盘参数，通过以下方法计算水泥浆的流变参数。幂律模式流变参数宾汉塑性模式流变参数首

3、先，判别流变模式 ：宾汉塑性模式 幂律模式 然后，计算流变参数：3、水泥浆稠化时间稠化时间是指从水泥浆配浆开始到水泥浆注入稠化仪中，在实际井温和压力条件下，水泥浆稠度达到100 Bc所经历的时间。实验中使用常压稠化仪测量水泥浆的稠化时间。配制好水泥浆后，随着水泥水化，水泥浆不断变稠，稠化仪浆叶旋转剪切水泥浆的阻力增大，使安装在电位计上的弹簧扭矩及其指针旋转角度也相应增大，电位计的阻值及电压也随之增大。因此，电位计所反映出来的电压值，不仅表示了弹簧扭矩的大小，也反映了测量水泥浆稠度值的大小三、实验设备1、YM液体密度计；2、六转速粘度计；3、稠化仪；4、其它仪器；四、实验步骤1、确定水灰比步骤配

4、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。表1 API的水灰比（W/C）标准水泥级别ABCDEFGH浆体密度，g/cm31.871.871.781.971.961.941.8951.974水灰比,W/C0.460.460.560.380.380.380.440.382、水泥浆制备步骤l 在电子天平上称一定质量的水（300g）、G级油井水泥（600 g）和氯化钙（18g），并将氯化钙溶解于水中；l 将300 g水倒入搅拌杯中，搅拌器以低速（4000转/分）转动，并在15秒内加完600g水泥；l 盖上搅拌杯盖子，在高速（12000转/分）下继

5、续搅拌35秒即制备得到水泥浆（即仪器“标准1”程序）。3、水泥浆密度测试步骤l 移开泥浆杯上的盖子，将配好的水泥浆注入密度计浆杯内;l 将杯盖慢慢向下旋转让多余的水泥浆从流孔溢出，保证水泥浆充满整个浆杯；l 再用拇指堵住流孔，用清水冲洗浆杯外部并擦干；l 然后将密度计放置在支架上，使刀口边缘位于支架上；l 移动游码使支架内气泡居中；l 读数，游码所标示数值即为水泥浆密度；l 记录水泥浆密度数据及实验温度条件；l 测试完毕，将盛液杯中的水泥浆倒掉，清洗实验仪器。4、水泥浆流变性能测试步骤l 将制备好的水泥浆倒入常压稠度仪样品筒中，于所测试温度下先稠化20分钟；l 然后将水泥浆倒入粘度计样品筒中，

6、水泥浆液面达到外筒刻度线标记高度；l 先在600转/分下旋转60秒后读数，然后按20秒间隔依次由高速到低速：300、200、100、6、3转/分连续测量，依次测其读数并记录在表2中。l 测试完毕，将水泥浆倒掉，清洗实验仪器。5、水泥浆稠化时间测试步骤l 标定常压稠化仪指示计：l 安装好电位计及稠化浆叶，将制备好的水泥浆倒入稠化仪样品筒中，安装电位计，然后放入稠化仪水浴中，启动电机进行稠化；l 设定稠化温度：参照稠化仪说明书；l 记录不同时刻时水泥浆的稠度值于表4中，记录水泥浆稠度达到100 Bc时所需要的时间（也即水泥浆稠化时间）。l 清洗实验仪器，实验结束。五、数据处理 （1） 水泥浆配方

7、水泥浆的流变性能: 水泥400g+水灰比0.56（测密度和流变性能）水泥浆的稠化时间：水泥500g+CaCl215g+水灰比0.56（测稠化性能）（2）水泥浆密度 实验温度及压力：常温常压 水泥浆密度：1.66g/cm3（3） 水泥浆的流变性能 实验温度及压力：常温常压 水泥浆的流变参数：表2 粘度计读数转速(r/min)36100200300600粘度计读数1319455972 粘度计读数1118446072粘度计读数（平均）1219456072水泥浆的流变模式： = (60-45)/(72-45)=0.556所以，该水泥浆为幂律模式 n=2.092lg（300/100) =2.0

8、921lg（72/45）=0.427 k=0.511* /=0.511*72/=2.566=*g =1.66*9.8=16.268 =k*=2.566*=8.44(4）测定水泥浆的稠化时间 实验温度及压力：75，0.1MPa表3不同时间的水泥浆稠度时间（min）051015202528稠度（Bc）1.73.96.77.78.711.514.7时间（min）303233353637稠度（Bc）17.721.223.826.528.930.8做时间-稠度图：由上图知，前20分钟泥浆稠度缓慢增加，20分钟后，泥浆的稠度增加逐渐趋于线性变化。六 思考题1、 实验室测定的各项水泥浆性能与现场施工中有无差

9、别，试分析答：现场施工中水泥浆的密度最好为1.801.90g/cm3，实验室测定为1.66g/cm3，接近于现场要求。 API标准中要求在初始的1530min时间内，稠化值应当小于30BC，实验测定也符合此要求。 水泥浆的流变参数和性能与水灰比和加入的CaCl2的量也有关系。 2、 常压稠化仪与高温高压稠化仪的不同作用是什么？ 答：常温稠化仪能测定地面常温常压条件下流体稠化时间，而高温高压稠化仪主要是模拟地下条件（高温高压）测定流体稠化时间。3、 测试水泥浆的性能对固井施工有什么意义？答：对于施工来说，固井水泥浆最重要的性能就是稠化时间，足够长的稠化时间一般大于施工总时间加6090分钟，过短的

10、稠化时间可能导致后期替泥浆憋泵、留水泥塞过多。再有就是流变性，这个影响水泥浆的泵送，流变性能好，流动度高的水泥浆更容易泵送，施工压力相对低一些，安全系数就高。还有最基础的水泥浆的密度，符合设计的密度对施工、对固井质量都有很大的影响。水泥浆的失水也对施工安全影响很大，特别是当水泥浆进入裸眼段后，在底层孔隙的失水会使水灰比增大，密度增加，稠化时间缩短。像析水、稳定性等主要是对固井质量有影响，对工程施工性影响不大。4、为什么要经常标定常压稠化仪电位计？答：经常标定指示计是为了减小实验误差，使实验安全准确的进行。5、除了以上测定的水泥浆密度、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。6、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