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钻井液性能评价测试及设计指导书(1)

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钻井液性能评价测试及设计指导书(1)

第 1 页 共 48 页 钻井液性能评价测试及设计 指导书 郑秀华主编 中国地质大学(北京) 2005 年 03 月编制 第 2 页 共 48 页 前 言 钻井液性能评价测试及设计指导书 主要是为勘查技术与工程专业和相关专业四年制本科生编写的实践用教材,配合 材,为钻井液工艺原理课程提供实验和钻井液设计指导。本教材也可作为相关的现场技术人员,尤其是岩心钻探技术人员、管理人员的参考书。 目前,大学本科教学正在向素质教育转变,本教材理论联系实际,有助 于学生掌握知识和应用知识。本 教材有四 部分组成第一部分介绍钻井液基本性能及其测试方法, 第二部分钻井液用膨润土性能评价,第三部分钻井液碱处理及钙、盐污染 及 处理,第四 部分 钻井液添加剂及钻井液体系评价 。 本教材从钻井液基本性能出发,针对岩心钻探向深部发展,钻遇地层更加复杂,对钻井液性能要求更高等问题,结合近年来的钻井液研究成果,借鉴油气开发的一些先进钻井液技术,进行岩心钻探技术钻井液设计,为学生提供实践经验,同时为岩心钻探提供一些成功的钻井液技术。 钻井液基本性能包括钻井液密度、钻井液流变性能、 钻井液失水造壁性、钻井液固相含量、钻井液含砂 量、钻井液的润滑性。 膨润土性能评价包括 钻井液中膨润土含量、泥浆用膨润土品质评价。 钻井液处理包括泥浆碱处理,钙、盐侵污染和处理 钻井液添加剂及钻井液体系评价包括 水解聚丙烯酰胺的性能应用、钻井液的抑制性 评价以及各种添加剂在相应体系中作用原理的 分析与 评价。 本教材第一部分由郑秀华与杨浩编写,第二部分由郑秀华与李国民编写。全书由郑秀华负责统稿。在编写过程中,得到刘选朋、陈立敏、詹美萍、张天笑、刘翠娜等研究生的大力支持和帮助,在此向他们及其他未提及的研究生们表示衷心的感谢。 限于编者的水平,书中错误和不妥之 处在所难免,敬请读者批评指正。 第 3 页 共 48 页 目 录 前 言 ............................................................................................................................. 2 第一部分 钻井液基本性能及其测试方法 ......................................................................... 4 1 钻井液基本性能及其测试 ..................................................................................... 5 2 钻井液的润滑性 ................................................................................................. 10 第二部分 钻井液用膨润土性能评价 .............................................................................. 13 1 钻井液中膨润土含量 .......................................................................................... 14 2 泥浆用膨润土品质评价 ...................................................................................... 16 第三部分 钻井液碱处理及钙、盐污染及处理 ................................................................. 20 1 泥浆的碱处理 .................................................................................................... 21 2 泥浆的钙污染和处理 .......................................................................................... 23 3 泥浆的盐侵和处理 ............................................................................................. 25 第四部分 钻井液用添加剂及水基钻井液体系评价 ......................................................... 27 1 水解聚丙烯酰胺的性能应用 ............................................................................... 28 2 钻井液抑制性及抑制剂评价实验 ........................................................................ 31 3 细分散淡水泥浆体系 .......................................................................................... 34 4 不分散低固相淡水泥浆 ...................................................................................... 36 5 无固相聚合物泥浆 ............................................................................................. 38 6 硅酸盐钻井液 .................................................................................................... 40 7 无渗透抑制性泥浆 ............................................................................................. 42 8 阳离子聚合物钻井液 .......................................................................................... 45 9 可循环微泡沫钻井液 .......................................................................................... 47 第 4 页 共 48 页 第一部分 钻井液基本性能及其测试方法 钻井液( 称为钻井泥浆 泥浆( 在钻进过程中起着举足轻重的作用。 钻井液的循环是通过泥浆泵来维持的。从泥浆泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头,从钻头喷嘴喷出,以清洗井底并携带岩屑。然后再沿钻柱与井壁 或套管 形成的环形空间向上流动,在到达地面后经排出管线流人泥浆池,再经各种固控设备进行处理后返回上水池,最后进入泥浆泵循环再用。钻井液流经的各种管件、设备构成了一整套钻井 液循环系统。 钻井泥浆在钻进过程中主要 起到的 作用 有 力; 泥浆是钻井工程的血液,泥浆性能的好坏直接影响到钻井的质量。因此了解泥浆状况,及时进行处理,有利于实现安全优质的钻井。 按照 荐的钻井液性能测试标准,需检测的钻井液常规性能包括密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、 失量、失量、 、碱度、含砂量 、固相含量、膨润土含量和滤液中各种离子的质量浓度、 泥浆的润滑性 等。 下面将 逐一 介绍泥浆各种性能测试方法及 原理。 通过测试泥浆的性能指标,进一步掌握泥浆这些基本性能在钻进中所起的作用以及影响。做到依据现场情况合理的调配泥浆性能,从而达到安全快速钻进的 目标。 第 5 页 共 48 页 中国地质大学(北京)本科生实验报告 学号 姓名 课程 钻井液工艺原理 课程号 0201171 成绩 1 钻井液基本 性能及其 测试 一、实验目的 通过实验 1) 掌握 钻井液 基本性能指标及其测定方法; 2) 掌握常规 钻井液 性能测定仪器使用方法;理解钻井液性能对钻井作业 的影响。 二、实验内容 1、比重、 流变参数 (漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度、动切力 、 静切力、流行指数和稠度系数)、 失水造壁(失水量、泥饼) 、 固相含量、 含砂量、 等主要性能的测定仪器结构原理及操作方法。 2、 比重、粘度、切力、失水量、 固相含量、 含砂量、 等性能测定。 三、实验仪器、设备及药品 (一)仪器、设备 天平、 电动搅拌机、 高速搅拌机、量具、不锈钢尺、秒表、 1002 泥浆比重秤、 1006 型泥浆粘度计(漏斗粘度计)、 电动六速旋转粘度计、 多联中压滤失仪、 钻井液固相 含量测定仪 钻井液含沙量测定仪 泛 纸、定性滤纸等。 (二)药品 膨润土粉、碳酸钠( 钠羧甲基纤维素( 四、实验方法及步骤 (一)泥浆比重的测定 1、仪器 1002 型泥浆比重秤 2、测定步骤 a 校正比重秤先在泥浆杯中装满清水,盖好杯盖,将盖上及周围溢出的清水擦干后,再将比重秤横梁置于支架上,移动游码至比重为 刻度处。如水平泡位于中间,则仪器是准确的;否则应调整调重管内的重物,使水平泡处于正中位置。 b 泥浆比重的测定将校准好的比重秤擦干,把待测泥浆注入泥 浆杯中,加盖并将溢出的泥浆擦干,然后将其置于支架上。移动游码,使水平泡处于中间位置,此时读出横梁上的刻度值(精确到 是所测泥浆的比重。 c 测定结果后,将泥浆杯中的泥浆倒出,洗净,擦干放置,不应把横梁长期置于支架上。 (二)泥浆粘度、切力的测定 1、漏斗粘度的测定 ( 1)仪器 马氏漏斗 ( 2)测定步骤 a 将漏斗垂直,用手握紧漏斗,并用手指堵住漏斗下部的流出口,将新取的钻井液样品经筛网注入干净并直立的漏斗中,直到钻井液样品液面达到筛网底部为止。 b 移开手指并同时启动秒表,测量钻井液流至量杯中的 946 毫升 (一 夸脱)刻度线所需要的时间。 c 以秒为单位记录马氏漏斗粘度。 第 6 页 共 48 页 ( 3)仪器校正 由于 漏斗粘度是泥浆相对水的粘度,在使用前应对粘度进行校正。校正的方法是用漏斗粘度计测量清水的粘度。清水标准的漏斗粘度为 26s。误差在 1 秒内,泥浆的实际粘度应根据下列公式校正  秒清水实测粘度 泥浆实测粘度泥浆实际粘度  26如果误差超过 1 秒,该漏斗粘度计应停止使用。 2、旋转粘度计测泥浆流变性能 ( 1)仪器 速旋转粘度计 ( 2)工作原理 电机经传动装置带动外筒恒速旋转,借助于被测液体 的粘滞性作用于内筒一定的矩,带动与扭力弹簧相连的内筒旋转一个角度。该转角的大小与液体的粘性成正比。于是,液体粘度的测量转换为内筒转角的测量。 ( 3)测定步骤 a 将刚搅拌好的泥浆倒入样品杯刻度线处( 350 毫升)立即放置在托盘上,上升托盘使液面至外筒刻度线外,拧紧手轮,固定托盘。 b 迅速从高速到低速进行测量,待刻度盘读数稳定后分别记录 600 、 300 、 200 、 100 、6 、 3 的读数。 c 上述测定完成后,用 600 转 /分的转速将杯中泥浆搅拌 10 秒,静置 10 秒后,开始用 3 转 /分测量,读出刻度盘的最大值 31 。重新搅拌后,静置 10 分钟,同样以 3转 /分测量,小心的读出刻度盘的最大值 32 。 d 计算流变参数 视粘度 (厘泊 塑性粘度 (厘泊 动切力 ( 流性指数 n 00300 稠度系数 00( 静切力(初切) 初 31 ( 静切力(终切) 终 32 ( (三)泥浆失水量及泥皮厚度的测定 1、仪器 多联中压滤失仪 2、原理 泥浆失水量的测定是按美国石油学会标准( 行的,即在 60021  P25 1 5 1 003003000   7 页 共 48 页 气体压力 下,记录 30 分钟时的失水量。 3、测定步骤 a 用左手拿住泥浆杯,用食指堵住泥 浆杯的气接头小孔,倒入被测泥浆,高度以低于密 封圈 2~ 3 毫米为最好,放好密封圈,铺平一张滤纸,拧紧泥浆杯盖,然后将泥浆杯连接在三通接头上,将 20筒放在泥浆杯下面,对准出液孔。 b 打开 气源,使压力表指示保持在 见到第一滴滤液时开始计时。 c 当测量时间在 钟时,如果失水量小于 8 毫升,可继续测量至 30 分钟,如果失水量大于 8 毫升,则用 钟的失水量乘以 2 作为泥浆 30 分钟的失水量。 d 当测量时间到时,随意取下量筒,关闭气源,放出余气。待泥浆杯中的空气放尽后,取下泥浆杯并倒转后拧开杯盖,取出滤纸 ,洗掉泥饼上的浮层,用不锈钢尺测量其厚度,并观察泥饼的特征,记录结果。 (四) 固相含量 的测定 1、仪器 泥浆固相含量测定仪 ( 1)原理 该仪器依据蒸馏原理设计,取一定量( 20 毫升)泥浆,用高温将其蒸干,然后进行固相称重,算出固相成份之含量。 ( 2)组成 泥浆固相含量测定仪主要由蒸发器、加热棒、电线街头、冷凝器、量筒组成(见图 一 ) 图三 固相含量测试仪 1、蒸馏器 2、加热棒 3、 电线接头 4、冷凝器 5、量杯 2、操作步骤 ( 1)拆开蒸馏器、放平泥浆杯;充分搅拌泥浆,将其倒满泥浆杯。轻轻的将泥浆杯盖放在杯口上,使多出的泥浆溢出并擦干净,此时泥浆杯内泥浆为 20 毫升。轻轻的抬起杯盖,将黏附在杯盖底部的泥浆刮回到泥浆杯中。为防止蒸馏过程中泥浆溢出,向泥浆杯中加入3~ 5 滴消泡剂,然后扭上套筒。 ( 2)将加热棒旋紧在套筒上部(后直立放置),将蒸馏器插入泥浆箱后面小孔内,并将20 毫升百分刻度量筒夹在冷凝器倒流管口处,以收集冷凝液。 ( 3)连接电路进行蒸馏,同时记时,通电 3~ 5 分钟,第一滴 冷凝液流出,直到泥浆被蒸干不再有冷凝液流出(大约 20~ 40 分钟)。 第 8 页 共 48 页 ( 4)拔出电线插头,切断电源,用环架取下蒸馏器,用刮刀刮下泥浆杯及加热棒、套筒上固相成分,然后称重,计算出固相含量。 ( 5)记下量筒内冷凝液的体积,用于计算或作为参考。若冷凝液水油分层不清,可加入 2~ 3 滴破乳剂。 3、注意事项 ( 1)用完应清洗蒸馏器和冷凝器孔,擦干加热棒,然后将其风干。 ( 2)电源电压为 220 伏交流,波动范围可在 180~ 230 伏,注意不能超压。 ( 3)通电时间不要太长,一般 30 分钟左右。 ( 4)使用一段时间后,应检查线路。 ( 五 )泥浆含砂量的测定 1、仪器 1 型泥浆含砂量测定仪 2、原理 泥浆含砂量是指泥浆中不能通过 200 目筛网(相当于颗粒直径大于 74 微米)的砂子体积和泥浆体积的百分数。 3、测定方法 a 在玻璃量筒中加入钻井液 20 毫升,再加入适量清水(总体积小于 100 毫升),用手指堵住筒口,用力摇晃,使钻井液与水充分混合。 b 将玻璃量筒中的混合液倒入过滤筒中,并用清水清洗量筒中剩余的砂粒,直至将砂粒全部移至过滤筒中为止。再用清水冲洗过滤筒中的砂粒,直至通过筛网的水彻底透明为止。筛网上留下的全是不能通过 200 目筛网的砂子。 c 将漏斗套在过滤筒上,并慢慢倒转回来,将漏斗嘴插入玻璃量筒中,再用清水将砂子全部洗入量筒中。 d 待砂子全部沉底后,从玻璃量筒上的刻度,读出砂子的体积百分数。 (六 ) 泥浆 的测定 比色法 比色法是常用的泥浆 测定方法,一般采用广泛 试纸。用试纸测量时,将试纸置于泥浆表面,至液体完全润湿试纸表面且颜色稳定时(不超过 3 秒)取出,与标准比色板比较得出泥浆的 。 五、实验数据分析 1. 设计表格记录原始数据 第 9 页 共 48 页 2. 绘制所测泥浆的流变曲线 3. 计算 a 、 p 、 、 n、 K、 初 、 终 , 描述泥饼的特征 六、讨论 钻井液性能与钻井作业的关系, 分析各种性能对实现安全快速钻进所起的作用及影响, 怎样调控钻井液 性能 0第 10 页 共 48 页 中国地质大学(北京)本科生实验报告 学号 姓名 课程 钻井液工艺原理 课程号 0201171 成绩 2 钻井液的润滑性 一、 实验 目的 通过 实验 掌握 1)测试钻井液润滑性的测试方法 及 原理; 2)理解钻井液润滑特性对安全快速钻进的影响作用 及润滑剂所起的作用原理 。 二、 实验 内容 测试泥浆的润滑系数 三、 实验 仪器及测试原理 1) 实验 仪器 极压润滑仪 图一 仪器结构图 1、托板 2、测试杯 3、摩擦块托架 4、主轴 5、皮带护罩 6、电机开关 7、调速旋钮 8、调零旋钮 9、扭矩扳手 10、主机体 11、加压 手把 12、数显钻速表 13、数显摩阻系数表 2)工作原理 当一个物体在另一个物体的表面做平行滑动时,就会产生一个摩擦力,其大小与作用在摩擦面上的作用力成正比。 即  式中 F 摩擦力  摩阻系数 P 摩擦面上的垂直作用力 摩阻系数 μ ,不但与接触物体的质料及表面状况有关,而 且与相对运动速度的大小有关。第 11 页 共 48 页 为了减小摩阻系数,可以在两个接触面之间涂复一层“液膜”,即“润滑膜”。摩阻系数的降低幅度,决定于这层液膜的质量,而润滑剂就是改善液膜质量的化学剂。在一定的压力下,润滑膜可能破裂,使两表面直接接触,因而 摩擦力 猛增。这个刚好使润滑膜破裂的最小压力,就称为“膜强度”。膜强度是表征润滑剂质量的重要参数。 四、操作步骤 1)校正仪器 每一次使用仪器时,必须先校正,如果读数达到要求时,即可正常测试。(达不到要求时必须进行磨合工作即标准化)。 擦环及仪器上所有接触样 品的部位用洗涤剂或肥皂清洗并用蒸馏水彻底洗净擦干,不得有油污,正确安装摩擦块(见图二)。摩擦块和摩擦环先不要接触(即扭力扳手不加压力)。 其在 300 转 /分下运转 15 分钟,然后调节转速为 60 转 /分,偏差+ 5 转 /分。待转速稳定后(可以不停机),调整扭力扳手为零。 使块和环浸没其中,空转 5 分钟,再次检查转速表调好的状态,摩阻系数表是否处于零位。然后调节扭力扳手值为 节转速建议在 62 转 /分), 速调节扭力扳手的表盘读 值为 m( 让仪器运转 5分钟。摩阻系数表读值应在 33~ 36,转速 60 转 /分这个范围内,记录仪表读数。 若所测读数不在此范围内,可以继续在水中研磨。若仍达不到要求,可以在 实验 块与 实验 环接触表面上加凡尔砂研磨,直到二者的表面完全接触,表面磨光,再测水的润滑系数使摩阻系数表的读数在 33~ 36 之间。 2)仪器操作 擦环及仪器上所有接触样品的部位用洗涤剂或肥皂清洗并用蒸馏水彻底洗净擦干,不得有油污,按(图二)正确安装摩擦块。 图二 摩擦块安装图 14)和锁紧螺母( 15)安装在主轴( 4)上,由制动轴( 16)固定主轴( 4),用扳手宁紧锁紧螺母( 15)(图三)。 第 12 页 共 48 页 4、主轴 14、摩擦环 15、锁紧螺母 16、制动轴 图三 摩擦环安装图 9)置于扭矩孔内,使扭矩扳手手柄置于加压器上( 11),但摩擦块和摩擦环先不要接触(即扭力扳手不加压力)。 其在 300 转 /分下运转 15 分钟,然后调节转速为( 60+ 5)转 /分 。 以不停机),调整扭力扳手为零 。 2置于托板上,升起托板 1并固定,使摩擦块和摩擦环完全浸没待测样品中。 阻系数表是否处于零位。然后迅速旋转加压手把( 11)调节扭矩扳手值为 用秒表记录时间。 分钟时,读出摩阻系数表显示值,并记录样品的摩阻系数。 泥浆的润滑系数 电流表读数 /100 11) , 摩擦块和摩擦环完全脱离。关闭电源,松开托板固定螺丝, 落下托板,取出样品杯,将调速旋扭旋转到停止位置。 擦环和摩擦块托架,存放在无腐蚀气体,干燥环境内 。 五、注意事项 1 进行测试工作时手、衣服和其他物品一定要远离旋转部件。 2 仪器测试前先用水校正所得仪器的数据后 ,不要用手触摸摩擦环和摩擦块工作表面。 3 摩擦块、摩擦环两者是配套的,不能轻易更换其中一者。如更换其中一件应进行摩擦块和摩擦环的标准化和仪器校正。 4 仪器应保持清洁干燥不能受潮,要定期检查。维修时不得用金属铁器敲打。严禁将腐蚀性化学药品与本机同存放 六、思考题 分析钻井液的润滑性对钻井作业的影响,以及如何提高钻井液的润滑特性。 第 13 页 共 48 页 第二部分 钻井液用膨润土性能评价 膨润土是水基钻井液的重要配浆材料 之一 。有的文献将膨润土定义为具有蒙脱石的物理化学性质,含蒙脱石不少于 85%的粘土矿物。 一般要求 1t 膨润土至少能够配制出粘度为15s 的钻井液 16膨润土的造浆率一般较高,而钙膨润土则需要通过加入纯碱使之转化为钠膨润土后方可使用(在下一部分中将详细介绍 膨润土基 浆的处理)。目前我国将配制钻井液所用的膨润土分为三个等级一级为符合 准的钠膨润土;二级为改性土,经过改性符合 准要求;三级为较次的配浆土,仅用于性能要求不高的钻井液。 由于无机盐对膨润土的水化分散具有一定的抑制作用,因此膨润土在淡水和盐水中的造浆率不同,盐水造浆率一般要低一些。将膨润土先在 淡水中预水化 ,然后再加入盐水中,可以提高其在盐水中的造浆率。 膨润土在淡水钻井液中具有以下作用 1增加粘度和切力,提高井眼净化能力; 2形成低渗透率的致密泥饼,降低滤失量; 3对于胶结不良的地层,可改善井眼的稳定性; 4防止井漏。 本章节通过对膨润土含量、造浆率的 测定,综合评价膨润土的性能。 膨润土性能好坏对 泥浆体系的性能具有很大影响作用 ,选用优质膨润土配浆,对减少体系中的固相含量,提高钻速有着重要的意义。 第 14 页 共 48 页 中国地质大学(北京)本科生实验报告 学号 姓名 课程 钻井液工艺原理 课程号 0201171 成绩 1 钻井液中膨润土含量 一、实验目的 通过实验掌握 1)用亚甲基蓝 定钻井液的阳离子交换容量( 方法; 2)确定钻井液中膨润土含量( ;3)进一步加深对粘土矿物吸附特性的认识。 二、实验内容 亚甲基蓝测试、阳离子交换容量和钻井液中膨润土含量测定。 三、实验原理 亚甲基蓝分子式为 31816 3,是一种常见染料,在水溶液中电离出有机阳离子和氯离子,其中的有机阳离子很容易与膨润土发生离子交换。 四、仪器和试剂 1. 亚甲基蓝溶液 1克当量( 试剂级亚甲基蓝溶成 1L 溶液) 2. 双氧水 3%溶液 3. 稀硫酸 约 4. 250胶塞烧瓶 2505. 移液管 1只 , 5只 6. 滴定管 10. 量筒 50. 电炉 9. 玻璃棒 10. 滤纸 五、实验方法及步骤 1. 将 2井液(或需使用 2~10甲基蓝的对应的体积)加入已加入 10的250瓶中,加入 15%的双氧水和 硫酸。缓缓煮沸 10后用水稀释至 50 2. 用移液管向烧瓶中加入亚甲基蓝溶液( 1克当量),待滴入 甲基蓝溶液后,摇动烧瓶约 30s。当其中固体仍处于悬浮状态时,用玻璃棒蘸一滴烧瓶中的样品并将其放在一张滤纸上。如 图 1甲基蓝试验和终点的确定 第 15 页 共 48 页 在已染了色的固体周围出现绿蓝色圈时即达到终点。 3. 如观察到液滴周围扩散的色环,再摇动 烧瓶 1后取一滴样品滴到滤纸上,如再次有明显的蓝色环,说明已到终点。如色环未出现或出现后又消失,则继续上述过程,直到摇动 2滴在滤纸上的液滴出现稳定明显的色环为止。 六、计算 1. 钻井液的阳离子交换容量 亚甲基蓝容量表示,可用下式计算 亚甲基蓝容量=亚甲基蓝毫升数 /钻井液样品毫升数, 33 /2. 钻井液中膨润土含量。一些添加剂,如 丙烯酰胺、褐煤和木质素磺酸盐等,用其处理时,它们也有吸附亚甲基蓝的性能。为消除这些添加剂的干扰,样品需先用双氧水处理。 如这些吸附亚甲基蓝的材料在钻井液中浓度不高,则钻井液中膨润土含量为 钻井液中膨润土含量  3甲基蓝容量 七、实验数据记录、数据处理及现象分析 1. 数据记录 2. 数据处理 3. 现象分析 八、讨论影响粘土吸附亚甲基蓝量的因素 第 16 页 共 48 页 中国地质大学(北京)本科生实验报告 学号 姓名 课程 钻井液工艺原理 课程号 0201171 成绩 2 泥浆用膨润土品质评价 一、实验目的 掌握目前国际 上通行的 膨润土评价标准和造浆实验方法。 二、实验内容 1、 按 验程序配制泥浆及性能测定。 2、 按 验程序配制泥浆及性能测定。 3、 按 准评价造浆用粘土质量。 三、实验仪器、设备及药品 (一)仪器及设备 电动搅拌机、高速电动搅拌机、 旋转粘度计、 泥浆失水量测定仪、1002 型泥浆比重秤、量具、 纸 (二)药品 碳酸钠、粘土粉 四、实验方法及步骤 (一) 准 1、配制泥浆。先将最优加量的碳酸钠溶解,并稀释至 350 毫升,开动搅拌 机,粘土缓缓加入,高速搅拌 20 分钟。 2、 将泥浆倒入一密封容器,在室温下静置 16 小时。 3、 将泥浆高速搅拌 5 分钟,保持温度在 24 3℃ 下用旋转粘度计测出 300 和 600 。计算塑性粘度和切力。 4、 用 水仪测量 24 3℃和 件下的失水量。 (二) 准 1、配制三个 350 毫升的泥浆,每份泥浆中含有不同重量的粘土和碱量,使其表观粘度在 10~ 25 厘泊之间。高速搅拌 20 分钟,期间最少要中断二次,以 刮下粘附在容器壁上的粘土。 2、密封容器中静放 24 小时后高速搅拌 5 分钟,测定它们的表观粘度和 水量。 第 17 页 共 48 页 3、在半对数坐标纸上作表观粘度、 水对粘土浓度的关系图。 在图上画出通过三点粘度的直线,从而确定表观粘度为 15 厘泊时所需的粘土浓度(克 /毫升),并由表中查出相对的造浆率。画出通过三点的失水量直线,从而求得每 100 毫升水中含有 粘土时的 水量。 五、实验数据记录及处理 1、数据记录 2、数据处理 3、用 个标准评价所测粘土质量。 附表 准 准 要 求 指 标 表观粘度 15 厘泊 时造浆量 不小于 16 平方米 /吨 泥浆含土量为 的 水量 不大于 15 毫升 /30 分钟 200 目湿筛筛余 不大于 100 目干筛筛余 不大于 2% 水分 不大于 15% 要 求 指 标 旋转粘度计 600 转 /分的读数 最小 30 屈服值(磅 /100 英尺 2) 不大于 3塑性粘度 失水量 最大 30 200 目湿筛筛余 最大 4% 水分(按加工厂运出计) 最大 10% 第 18 页 共 48 页 六、 造浆粘土的评价 综合国内外对膨润土的研究成果,评价造浆膨润土优劣的测试项目包括( 1)蒙脱石含量;( 2)胶质价和膨胀倍数;( 3)阳离子交换容量、盐基总量和盐基分量;( 4)可溶性盐含量;( 5)造浆率;( 6)流变特性和失水特性。 对造浆粘土的评价方法之一是按照造浆性能要求确定粘土的造浆率。所谓造浆率是指配得表观粘度为 15 10s 的泥浆时,每吨粘土造浆的立方数,计量单位为 m3/t。它直接表示泥浆造浆效率的高低, 以此评价泥浆的宏观性能。造浆率的具体测定规范是在定量的蒸馏水中加入定量的膨润土粉,经搅拌后密封静止 24 小时,使之充分预水化,然后搅拌,用直读式旋转粘度计测 600转时的读数,当读数为 30 即 对应表观粘度 15╳ 10s 时,依加土量计算造浆率 1M 4式中 B 造浆率, m3/t; 水的体积, 土的重量, g; 土的第 19 页 共 48 页 比重, g/ 显然,一次性定量配出的被测泥浆不可能正好为 η A15╳ 10s,因此应该预估水、土加量范围,配制 23 种不同水、土比的泥浆,分别测定它们的 η A 值,然后用两点或三点连线法插值或顺延出造浆率值。 测定造浆率之前,对被测粘土的加工处理应该按照统一要求进行,使粘土的细度、水分含量、含砂量 等指标处于标准范围,以保证造浆率测定的准确性。 第 20 页 共 48 页 第三部分 钻井液碱处理及钙、盐污染及处理 通常将以蒙脱石为主要成分的配浆土称为膨润土 由上一部分可知膨润土是分散钻井液中不可缺少的配浆材料,其主要作用在于提高体系的塑性粘度、静切力和动切力,以增强钻井液对钻屑的悬浮和携带能力;同时降低滤失量,形成致密泥饼,增强造壁性。膨润土逐渐分散在淡水中致使泥浆的粘度、切力不断增加的过程称为造浆。在添加主要处理剂之前的预水化膨 润土浆常 称作 原浆或基浆。几乎在所有室内实验中,首先都要进行原浆的配制。由于蒙脱石含量和阳离子交换容量各不相同,来自不同产地的膨润土,其造浆效果往往有很大差别。 由于存在的这种造浆的差别,所以 在配制基浆时,通常需要加入纯碱进行处理,以提高泥浆的造浆率,纯碱的具体加量需通过下面的 实验 确定,通过 实验 寻求纯碱加量的最优值 并分析加入纯碱的作用原理。 当钻遇盐膏层或钙含量比较高的地层时,泥浆避免不了要受到钙、盐的影响,被污染后性能变坏,会对安全快速钻进的目标造成很大影响,所以 配制的泥浆还需进行抗钙、盐污染处理。 本章节提 出了钙、盐污染的评价方法以及如何处理这中污染,对现场处理该发面问题具有指导意义。第 21 页 共 48 页 中国地质大学(北京)本科生实验报告 学号 姓名 课程 钻井液工艺原理 课程号 0201171 成绩 1 泥浆的碱处理 一、实验目的 了解无机处理剂碳酸钠对泥浆性能的影响。 二、实验内容 1、用碳酸钠以不同的加量处理泥浆 2、测定泥浆性能,确定碳酸钠最优加量 三、实验仪器、设备及药品 (一)仪器、设备 旋转粘度计、 泥浆失水量测定仪、电动搅拌机、天平、量具、烧杯、 移液管 (二)药品 碳酸钠、粘土粉 四、实验方法及步骤 (一)原理 天然的钙质膨润土加入纯碱发生下列反应 → 2 ↓ (二)测定步骤 1、称取粘土粉 28 克,共 8 份。按粘土粉重量的 0、 2、 4、 6、 8、 10、 15、 20% 加量称取所需碳酸钠量,共 8 份。 2、将 8 份碳酸钠分别放入 8 支 1000 毫升的量杯中,

注意事项

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