水基钻井液配制及API失水的测定

1、实训一 水基钻井液配制及API 失水的测定一、实训目的要求1、了解和掌握钻井液的配制过程及方法，学会按所需比重配制一定量的水基钻井液。2、了解测定钻井液常规性能的各种仪器的测定原理，正确掌握测定钻井液常规性能的仪器设备的使用方法。3、正确掌握 API 失水仪的测定。二、实训仪器及药品高速搅拌机一台、高搅杯、API 失水试验仪、秒表、天平、膨润土等。三、实训内容与测定方法1、水基钻井液的配制钻井液 ( 泥浆 ) 的种类很多， 通常分为两种基本类型： 即水基钻井液和油基钻井液。 油基钻井液是以柴油 ( 或原油 ) 作分散介质， 水及有机土或其他的亲油粉末物质作分散相，加乳化剂等处理剂配制而成；水基

2、钻井液是以水为分散介质，其基本组分是粘土( 搬土 ) 、水、和化学处理剂，这类钻井液发展最早，使用最广泛。我们这里所要配制的钻井液只是其中一种最基本、最简单的水基钻井液，即般土原浆。它的配制要点是在选定粘土的基础上，加入适量纯碱或其它处理剂，以提高粘土的造浆率。 纯碱的加量依粘土中钙的含量而异，可通过小型实验求得，一般不超过泥浆体积的1%。加入纯碱的目的是除去粘土中的部分钙离子， 使钙质膨润土转化为钠质膨润土，从而提高它的水化分散能力，使粘土颗粒分散得更细。Ca(土 ) aCO=Na( 土) CaCO。因此，原浆加纯碱一般呈现粘度增大，失水量减小；如果随着纯碱加入失水量反而增大，就说明纯碱加过

3、量了。 有的粘土只加纯碱还不行，需要加少量烧碱，其作用是把粘土中氢质土转化为钠质土。计算出配制密度为1.05 的水基钻井液500ml 所需膨润土重量( 密度约为 2.20g/cm ）， 用天平称取所需膨润土。其计算公式如下：cVm ( m1)mcc1mc 配浆所需的膨润土粉重量g ；Vm 所配钻井液的密度g/cm ；m 膨润土粉的密度g/cm ；Vw 需配制的钻井液体积ml 。所需水量： VwVm mmc2、钻井液配制（配制1 杯）用量筒量 500ml 自来水放入高搅杯，将高搅杯放于高搅器下高速搅拌（11000 转/ 分钟），一边搅拌一边缓慢加入已称好的膨润土粉 ( 注意防止土粉在杯底堆积 )

4、 ，待土粉全部加完后，继续搅拌 35 分钟，按土粉重量的 2 5称取所需的纯碱粉边搅边加入钻井液中，继续搅拌 30 分钟，直到钻井液的温度基本接近室温即可。注：现场一般配浆是用自来水在常温下配制， 配好后需放置几天至十几天，以使土粉充分水化分散，钻井液性能稳定下来才能使用。本实验用热水配浆的目的是为了加快膨润土的水化分散， 配制的钻井液也应放置几天，性能才能稳定。 因时间限制本实验配制的钻井液没有放置陈放。由于配制的钻井液性能受到的影响因素很多，如水温、搅拌时间长短和强度、加土和碱的速度及时间、室温高低等，所以配制的钻井液性能各组可能有所不同。2、钻井液失水量测定钻井液的滤失量分为API 滤失

5、量 ( 静滤失量 ) ，是指室内在一定的压差 (690 35kP 相当于 70.35kg/cm 2）作用 30 分钟，通过截面积为 45.8 0.6( 直径 9cm)过滤面积的滤纸所渗透出来的失水量， 同时，在滤纸上沉积的固相颗粒的厚度称为泥饼厚度 ( 以 mm表示 ) ；高温高压滤失量，即在 1034.25KPa 及 150下测定的滤失量；动滤失量即指在一定剪切速率下测定的滤失量，滤失量均以ml 表示。一般规律是，同一钻井液，滤失量越大，泥饼愈厚。我们这里用国产仿 API 失水仪测定钻井液的滤失量就是钻井液的静滤失量。钻井液滤失量是一种渗滤现象， 它的特点是钻井液处于静止，作为渗滤介质的泥饼

6、 ( 另一介质是地层 ) 的厚度是个变数， 它随渗滤时间的延长而增厚。影响静滤失量因素有渗滤时间、渗滤压力、固相的数量及类型、泥饼的渗透率、滤液粘度及温度等，根据钻井液静失水基本方程， 当其它不因素不变时， 钻井液的滤失量与渗滤时间的平方根成正比；渗滤压力 ( 钻井液液柱压力与地层孔隙内流体压力之差 ) 对钻井液滤失量的影响在其它条件相同的情况下，压差对钻井液的影响存在三种不同的情况： 一种是随压差增加而变大； 一种是不随压差而变化； 另一种是压差愈大滤失量反而变小， 说明泥饼具有较好的压缩性。钻井液中固相含量增加，滤失量减小，泥饼增厚。而泥饼的渗透率才是影响滤失量的主要因素， 因此，控制钻井

7、液滤失量的途径主要是降低泥饼的渗透率。 泥饼的渗透率取决于构成泥饼的粘土及其它颗粒的尺寸、形状与水化程度。颗粒越小，形状越呈扁平状，在压力下越易变形；水化膜越厚者，渗透性越小。由此可见，钻井液滤失量这个参数实际上反映了钻井液的胶体性质， 分散的、较细的胶体粒子占了相当数量， 才有可能把钻井液的滤失量控制在较小的数值之内。放空阀的工作原理 ( 见图 ) ：当放空阀关死时，即处于位置 1，减压阀输出 (A 室) 被密封圈堵死，气体无法进入泥浆杯内 (B 室) ，而泥浆杯 (B 室) 与大气 (C 室) 相通。当放空阀退回 1 圈时，即处于位置 2，(B 室) 与外界隔绝，而与泥浆杯相通，即气体由减

8、压阀输出，经过输出管道，进入泥浆杯。当放空阀恢复到位置 1 时，这时泥浆杯内压力被放空， 便可安全地卸下泥浆杯。放空阀原理图减压阀工作原理 ( 见图 ) ：(1) 当我们工作时，顺时针转动调压手柄 (6) 下压调压弹簧 (5) 及膜片组件 (4) 将阀芯打开，使高压室气体经过阀芯配合空隙处( 阻尼 )进入低压室。(2) 膜片组即产生向上推力， 企图将阀门关闭， 使输出压力下降，当作用在膜片的推力与弹簧压力平衡后， 减压阀便有一定大小的压力输出。(3) 当输入压力发生波动时，若压力在瞬时升高，输出压力也随之升高，而作用在膜片上推力也相应增大， 破坏了原来的力平衡状态，从而必然导致上压调压弹簧，

9、使膜片上移，此时靠高压室复位弹簧 (3)及阻尼的作用，使阀杆上移，从而使阀门开度减小，节流作用增大，使输出压力回降，直达到新的力平衡为止。 而重新平衡后的输出压力，基本上又回到原来的调压数值。(4) 反之当输入压力瞬时下降，膜片下移，阀门开度增大，节流作用减小输出压力又基本上回升到原来的数值。 这就是减压阀能稳压的工作原理。总之，减压阀的工作原理是靠进气阀芯处的节流作用减压， 靠膜片上力的平衡作用来稳压。1- 减压阀座； 2- 阀芯组件； 3- 高压复位弹簧； 4- 阻尼组件； 5- 调压弹簧； 6- 调压手柄； 7- 调压阀盖； 8- 输入气接头； 9- 1119 密封圈； 10- 输出气接

10、头减压阀图测量方法及步骤：(1) 逆时针旋转减压阀调压手柄 (6) 使之成自由状态 ( 此时减压阀高低压室关闭 ) ，使气瓶中的气源不能进入减压阀。同时顺时针旋紧放空阀旋钮 ( 见图 ) 。1- 支架组； 2- 减压阀装配； 3- 放气阀组； 4- 泥浆杯组； 5- 量筒挂架；6-20 毫升量筒图 ZNS 型中压失水仪图(2) 将泥浆杯及泥浆杯盖和 “”型密封圈等用干布擦拭干净，用手指堵住泥浆杯输气接头端面小输气孔， 慢慢倒入被测钻井液至泥浆杯高度的刻度线处 ( 注意钻井液不能装满泥浆杯 ) ，先把 “”型密封圈平放在泥浆杯台阶上 ( 若台阶上沾有钻井液须用布擦干净 ) ，然后再把一张定性干滤

11、纸平放在 “”型密封圈上 ( 注意不要浸湿滤纸 ) ，将泥浆杯盖放在滤纸上， 使杯盖的凸缘夹在泥浆杯的凹槽之间， 再顺时针用力拧紧，使杯与盖的凸缘重叠宽度在 1左右。注意不要拧的太紧， 以避免把滤纸擦破或实验完后难以打开杯盖， 但是也不能拧的太松使钻井液漏失或加压后杯盖滑脱， 造成实验失败。(3) 将泥浆杯倒过来，使泥浆杯的矩形公接头插入失水仪三通接头的矩形母接头下，向任意方向旋转 14 圈使之吻合。(4) 将 20ml 量筒对准泥浆杯盖下的滤水孔，平放在底座上。(5) 顺时针旋转调压手柄 (6)( 见图 ) ，使气瓶的气体进入低压室，同时观察减压阀压力表指针，调整压力至 56kg/cm。(6

12、) 按逆时针方向，慢慢旋转放空阀旋钮 ( 见图 ) ，使高压室气体进入低压室，同时观察压力表指示， 当压力表指针瞬时发生较大角度下降时，表示压力已经进入泥浆杯，待指针基本稳定后，迅速转动调压手柄调压至7kg/cm7kg/cm ，直至见到第一滴滤液流出开始计时。(7) 若测定时， 7.5 分钟时的滤失量小于 8ml，则应连续测量至30 分钟。 30 分钟的滤失量即为API 滤失量。若 7.5 分钟时的滤失量大于 8ml，则可用 7.5 分钟时的滤失量乘以2，即为该钻井液的滤失量，也即 API 的失水量。本实验为了验证泥浆静失水基本方程，要求测定和记录以下时间的失水量。1、 2、3、4、5、 6、

13、7.5 、10、12、14、16、18、20、 22、 25、30 分钟。附表累时间（分）1234567.510计滤液（ml）失时间（分）1214161820222530水滤液（ml）量泥饼厚度（毫米）蒸馏液体积固相固相W杯W杯+浆W杯 +固固相含量（ml）平均测定（g）（g）（g）重量% 体积% 比重水油s数据(8) 当测量时间到 30 分钟时，立即取出量筒， 读出量筒内滤液体积并记录。逆时针旋转调压手柄，将减压阀关闭 ( 若需要再次测定滤失量，可不需关闭减压阀 ) ，切断高低压室气源。 (9) 按顺时针旋转放空阀 ( 旋紧 ) ，将泥浆杯内气体放空， 即旋转到能够听到放空阀的出气小孔发出“咝咝”的响声为止 ( 表示杯内气体已放出 ) 。(10) 将放空后的泥浆杯旋转 90，取下泥浆杯并倒过来，按逆时针方向打开泥浆杯盖， 用较小的水轻轻冲洗掉滤纸上泥饼表面的钻井液，取出滤纸及泥饼平放在水平面上， 用钢板尺垂直插入泥饼测量泥饼厚度并记录。(11) 用 pH试纸测定滤液 pH值，记入表格。(12) 丢去泥饼及滤纸，清洗泥浆杯及盖、 “ O”型密封圈及量筒，特别是泥浆杯盖的金属网丝一定要