油井水泥浆性能实验课件

1、油井水泥浆性能实验课件一、实验目的一、实验目的1.1.掌握油井水泥浆的制备方法掌握油井水泥浆的制备方法 ; ;2.2.掌握测定水泥浆密度、流变性能和稠化时间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。的原理、实验流程及步骤。二、实验原理二、实验原理1 1、水泥浆密度、水泥浆密度 实验中使用实验中使用YMYM型钻井液密度计测量水泥浆的密度，该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

2、保持水平的平衡位置，此时砝码左侧边所对应的刻度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度。线就是所测试液体的密度。 水泥浆密度是由配制水泥浆的水泥、配浆水、外加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。剂和外掺料等材料的密度和掺量决定的。2 2、水泥浆流变性能、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。用的流变模式为宾汉塑

3、性模式和幂律模式。（1 1）宾汉塑性模式）宾汉塑性模式 （2 2）幂律模式）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，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

4、小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转变为内筒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。变参数。200100300100()/()F幂律模式流变参数宾汉塑性模式流变参数0.50.03首先，判别流变模式首先，判别流变模式 ：0.50.03宾汉塑性模式 幂律模式 然后，计算流变参数然后，计算流变参数：3 3、水泥浆稠化时间、水泥浆稠化时间 实验中使用常压稠化仪测量水泥浆的稠化时间。配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

5、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稠度值的大小。 稠化时间是指从水泥浆配浆开始到水泥浆注入稠化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，水泥浆稠度达到仪中，在

6、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。所经历的时间。三、实验流程三、实验流程水泥水泥+外掺料外掺料+外加剂外加剂+水水称量称量配制水泥浆配制水泥浆测定密度测定密度测定流变性能测定流变性能测定稠化时间测定稠化时间四、实验设备四、实验设备1 1、YMYM液体密度计液体密度计盛液杯盛液杯砝码砝码刻度标尺刻度标尺平衡桶平衡桶支架支架2 2、六转速粘度计、六转速粘度计底座底座可移动支座可移动支座调速按钮调速按钮电机电机转筒转筒传动装置传动装置3 3、稠化仪、稠化仪计时器计时器温度控温度控制面板制面板控制开关控制开关恒温水恒温水浴箱浴箱电位计电位计稠度实时显稠度实时显示面板示面板打

7、印机打印机4 4、其它仪器、其它仪器电子天平电子天平五、实验步骤五、实验步骤水泥级别水泥级别A AB BC CD DE EF FG GH H浆体密度，浆体密度，g/cmg/cm3 31.871.871.871.871.781.781.971.971.961.961.941.941.8951.8951.9741.974水灰比水灰比,W/C,W/C0.460.460.460.460.560.560.380.380.380.380.380.380.440.440.380.38表表1 API1 API的水灰比（的水灰比（W/CW/C）标准）标准1 1、确定水灰比步骤、确定水灰比步骤 配制水泥浆之前必须

8、确定水灰比。合理的水灰比是保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。提。2 2、水泥浆制备步骤、水泥浆制备步骤l 在电子天平上称一定质量的水（在电子天平上称一定质量的水（350 g350 g）、）、G G级油井水级油井水泥（泥（700 g700 g）和氯化钙（）和氯化钙（21g21g），并将氯化钙溶解于水中；），并将氯化钙溶解于水中；l 将将350 g350 g水倒入搅拌杯中，搅拌器以低速（水倒入搅拌杯中，搅拌器以低速（40004000转转/ /分）分）转动，并在转动，并在1515秒内

9、加完秒内加完700 g700 g水泥；水泥；l 盖上搅拌杯盖子，在高速（盖上搅拌杯盖子，在高速（1200012000转转/ /分）下继续搅拌分）下继续搅拌3535秒即制备得到水泥浆（即仪器秒即制备得到水泥浆（即仪器“标准标准1 1”程序）。程序）。3 3、水泥浆密度测试步骤、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；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；再用拇

10、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；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；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；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；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。测试完毕，将盛液杯中的水泥浆倒掉，清洗实验仪器。转速转速(r/min)(r/min)3 36 6100100200200300300600600粘度计读数粘度计读数表表2 2 粘度计读数粘度计读数4 4、水

11、泥浆流变性能测试步骤、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温度下先稠化2020分钟；分钟；l 然后将水泥浆倒入粘度计样品筒中，水泥浆液面达到外然后将水泥浆倒入粘度计样品筒中，水泥浆液面达到外筒刻度线标记高度；筒刻度线标记高度；l 先在先在600600转转/ /分下旋转分下旋转6060秒后读数，然后按秒后读数，然后按2020秒间隔依次秒间隔依次由高速到低速：由高速到低速：300300、200200、100100、6 6、3 3转转/ /分连续测量，依分连续测量，依次测其读数并记录在表次测其读数并记录

12、在表2 2中。中。l 测试完毕，将水泥浆倒掉，清洗实验仪器。测试完毕，将水泥浆倒掉，清洗实验仪器。5 5、水泥浆稠化时间测试步骤、水泥浆稠化时间测试步骤l 标定常压稠化仪指示计：标定常压稠化仪指示计： 将标定仪器与稠化仪连接；然后将电位计卡在标定仪器将标定仪器与稠化仪连接；然后将电位计卡在标定仪器插槽；再将标定仪器传输线与电位计连接；用尼龙绳的一端插槽；再将标定仪器传输线与电位计连接；用尼龙绳的一端系在电位计销轴上，另一端沿电位计沟槽绕一周，然后再沿系在电位计销轴上，另一端沿电位计沟槽绕一周，然后再沿滑轮的沟槽引下与吊钩连接；在吊钩上装上砝码，读出指示滑轮的沟槽引下与吊钩连接；在吊钩上装上砝码

13、，读出指示计数值并记录于表计数值并记录于表3 3中。中。表表3 3 砝码质量、稠度对应关系砝码质量、稠度对应关系砝码砝码 （克）（克）5050100100150150200200250250300300350350400400水泥浆稠度（伯登）水泥浆稠度（伯登）5 5、水泥浆稠化时间测试步骤、水泥浆稠化时间测试步骤时间（时间（minmin）0 0101020203030404050506060稠度（稠度（BcBc）表表4 4 不同时刻的水泥浆稠度不同时刻的水泥浆稠度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；进行稠化；l 设定稠化温度：参照稠化仪说明书；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记录不同时刻时水泥浆的稠度值于表4 4中，记录水泥浆稠度中，记录水泥浆稠度达到达到100 Bc100 Bc时所需要的时间（也即水泥浆稠化时间）。时所需要的时间（也即水泥浆稠化时间）。l 清洗实验仪器，