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泥浆性能的测试方法

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《岩土钻掘工程学》实验指导书实验 3 泥浆性能的测试方法一、实验目的1. 了解测定泥浆基本性能所用仪器结构及原理。2. 掌握泥浆性能常用测定仪的使用与操作方法。二、实验内容1. 了解泥浆比重、流变特性(粘度和切力) 、滤失性能(失水量和泥饼厚度) 、固相含量、含砂量、胶体率、、润滑性等主要性能测定所用仪器的结构。2. 测定上述性能的方法。三、方法及步骤、(一)1002 型比重称1. 仪器1002 型比重称由泥浆杯 1、横梁 8、游动砝码 6 和支架 5 组成,在横梁上有调重管 9 和水平泡 3,其结构如图 1。图 1 泥浆比重称1. 泥浆杯;. 水平泡;. 游动砝码;. 横梁;9. 调重管2. 测定步骤① 校正比重称先在泥浆杯中装满清水,盖好杯盖,使多余清水从盖上小孔溢出,擦干泥浆杯周围的水珠,把游码移到刻度 1,如水平泡位于中间,则仪器是准确的;如水平泡不在中间,则可在调重管内取出或加入重物来调整。②倒出清水,擦干,将待测泥浆注入杯中,盖好杯盖,让多余泥浆溢出,擦净泥浆杯周围的泥浆,移动游码使横梁成水平状态(水平泡位于中间) 。游码左侧所示刻度即为泥浆比重。(二)漏斗粘度计1. 马式漏斗粘度计① 仪器结构马式漏斗粘度计由锥体马式漏斗、六孔/6 目)滤网和 1000图 2。锥体上口直径 152体长度 305斗总长 356底以下的漏斗容积 1500岩土钻掘工程学》实验指导书②用手握住漏斗呈直立位置,食指堵住导流管出口。取被测泥浆试样,经滤网注于漏斗锥体内直到泥浆的水平面至达筛网底面止(此刻刚好是 1500。放开食指,同时启动秒表记时,直到观察标准 946杯刻线时止,记录流出泥浆的秒数,以秒数记录漏斗粘度结果。③校验马式漏斗使用一段时间后,必须进行必要的校验,其校验方法按使用方法步骤进行。在 21±3℃条件下将清水 1500于漏斗内,若流出 946 夸脱)的清水为 26±,或流出 1000清水为 28±,即为合格。2. 苏式野外漏斗粘度计① 仪器结构该粘度计由漏斗和量筒组成。构造如图 3。量筒由隔板分成两部分,大头为500头为 200斗下端是直径为 5为 100管子。图 2 马式漏斗粘度计图 3 苏式野外漏斗粘度计1. 漏斗;2. 管子;3. 量杯;测定步骤将漏斗呈垂直,用手握紧并用食指堵住管口。然后用量筒两端,分别装200 500浆倒入漏斗。将量筒 500端朝上放在漏斗下面,放开食指,同时启动秒表记时,记录流满 500浆所需的时间,即为所测泥浆的粘度。仪器使用前,应用清水进行校正。该仪器测量清水的粘度为 15±。若误差在±1 秒以内,可用下式计算泥浆的实际粘度。 实 测 清 水 粘 度实 测 泥 浆 粘 度实 际 粘 度 15(三)旋转粘度计旋转粘度计有手摇两速、电动两速和电动六速三种。主要用于测量泥浆的流变参数。电动六速旋转粘度计仪器结构如图 4 所示。《岩土钻掘工程学》实验指导书1. 仪器结构① 动力部分双速同步电机转速 750 转/分 1500 转/分电机功率 、15 瓦电源 220 伏±10% 50变速部分可变六速,转速分别为 3 6 100 200 300 600 转/分③ 测量部分扭力弹簧、刻度盘与内外筒组成测量系统。内筒与轴锥度配合,外筒卡口联接。④ 支架部分采用托盘升降被测容器。2. 工作原理液体放置在两个同心圆筒的环隙空间内,电机经过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转矩,带动与扭力弹簧相连的内筒一个角度。该转角的大小与液体的粘性成正比,于是液体的粘度测量转换为内筒转角的测量。3. 将仪器与电源相接,启动马达,变更调速杆位置。检查传动部分运转是否良好,有无晃动与杂音,以及调速机构是否灵活可靠。② 卸下外筒,检查内筒是否上紧,内外筒表面有无杂务,是否清洁。检查无误后,再将外筒装好。③ 按下键钮,以 300 转/分和 600 转/分观察外筒的偏摆量,取下外筒,三卡口调换重装。④ 检查刻度盘 0 位,如刻度盘 0 位不对指针,松开固定螺钉,调 0 后将螺丝固紧。将刚搅拌好的泥浆倒入样品杯刻度线处(350 毫升) ,立即放置于托盘上,《岩土钻掘工程学》实验指导书上升托盘使液面至外筒刻度线处。拧紧手轮,固定托盘。如用其它样品杯,筒底部与杯底之间不应低于 迅速从高速到低速进行测量,待刻度盘读数稳定后,分别记录各转速下的读数。③ 测静切力时,应先用 600 转/分搅拌 10 秒,静置 10 秒钟后将变速手把置于3 转/分,读出刻度盘上最大读数,即为初切力。再用 600 转/ 分搅拌 10 秒,静置 10 分钟后将变速手把置于 3 转/分,读出刻度盘上最大读数,即为终切力。④ 试验结束后,关闭电源,松开托盘,移开量杯。⑤ 轻轻卸下内外筒,清洗内外筒并且擦干,再将内外筒装好。4. 数据处理① 符号Φ:在给定转速下所测得仪器内筒转角,即仪器刻度盘上读到的格数。Φ 600、Φ 300、Φ 3 代表外筒转 600 转/分、300 转/分、3 转/分从仪器刻度盘上读到的格数。其余依此类推。② 牛顿流体绝对粘度 (0③ 塑性流体视粘度 (021 (6P动切力 (2(51.)(51. 6033 切力 (初(④ 假塑性流体流性指数 (无因次)306 ( n)⑤ 粘塑性流体极限高剪粘度 )(卡森动切力 ][516c5. 注意事项① 外筒装卸 一手握住外转筒,另一手握住外筒顺时针转动,使外筒的卡《岩土钻掘工程学》实验指导书口对准外转筒内的销子后取下外筒。装上外筒时,应使外筒的槽口对准外转筒内的销子后,在逆时针旋转外筒即可,切忌碰撞内筒。② 内筒装卸 一手紧握内筒轴,一手内旋内筒装卸,切勿弄弯内筒轴。③ 长途搬运时 一定要卸下内筒,装好外筒,以防止内筒轴被撞弯。④ 扭力弹簧刚度的调整不准随意进行。(四)泥浆失水量仪该仪器是将泥浆用惰性气体(二氧化碳、氮气或压缩空气)加压的情况下,测量泥浆的失水量。当泥浆在 力的作用下,30 2 过滤面渗透出的水量,以毫升表示。同时,可以测得泥浆失水后泥饼的厚度,以毫米表示。水量测定仪主要由气源 10、减压阀 8、放空阀 6、泥浆杯 4、量筒1、支架等组成,其结构如图 5 所示。图 5 气压式失水仪原理图1. 量杯;先将支架放在平稳的台面上。② 将减压手柄退出,使减压阀处于关死状态,此时无输出,然后关死放空阀。③ 装好气瓶并拧紧盖,顺时针旋转减压阀手柄, 以左手拿住泥浆杯,用食指堵住泥浆杯气接头小孔,倒入被测泥浆,高度以低于密封圈 2~3 毫米最好,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 毫升量筒放在《岩土钻掘工程学》实验指导书泥浆杯下面,对准出液孔。⑤ 按逆时针方向缓缓旋转放空阀手柄,同时观察压力表指示。当压力表稍有下降或听见泥浆杯有进气声响时,即停止旋转放空阀手柄,微调减压阀手柄,使压力表指示为 恒定状态,当见到第一滴滤液开始记时,30 分钟时取下量筒,退出减压阀手柄,关死减压阀,顺时针旋转放空阀,泥浆杯内余气放出。取下泥浆杯,打开泥浆杯盖取出滤纸,洗净泥饼上的浮浆,测量泥饼厚度。⑥ 冲洗擦干泥浆杯、杯盖、密封圈(凉干或烘干杯盖滤网) 。⑦ 记录下量筒内失水量。为缩短时间一般可测 钟失水量成乘以2,必要时即需测 30 分钟失水量。(五)泥浆固相含量测定仪1. 结构和工作原理该仪器根据蒸馏原理,取一定量(20 毫升)泥浆,用高温(电加热)将其蒸干,然后固相称重,算出固相成分之重量或体积的百分含量。仪器主要由蒸馏器 1、加热棒 2、电线接头 3、冷凝器 4、量筒 5 等部分组成(见图 6) 。2. 操作步骤① 拆开蒸馏器,放开泥浆杯,将充分搅拌过的泥浆倒入泥浆杯,盖上杯盖,让多余泥浆溢出,擦干溢出的泥浆,再轻轻取下杯盖,然后将粘附在杯盖底面的泥浆刮回泥浆杯中(此时泥浆杯中的泥浆为 20±1%毫升) ,为防止蒸馏过程中泥浆沸溢,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(应直立放置) ,将蒸馏器插入泥浆箱后面的小孔内,并将 20 毫升百分刻度量筒夹在冷凝器导流管口处,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,直到泥浆被蒸干不在有冷凝液流出(大约需 20~40 分钟) 。④ 拔除电线插头,切断电源,用环架取下蒸馏器淋水冷却,拆开蒸馏器,用刮刀刮下泥浆杯及加热棒、套筒上的固相成分,然后称重,计算出固相百分含量。⑤ 记下量筒冷凝液的体积,用于计算和参考。若冷凝液水与油分层不清,可加入 2~3 滴破乳剂。《岩土钻掘工程学》实验指导书3. 注意事项① 用完后清洗蒸馏器和冷凝器孔,擦干加热棒,将其风干。② 电源电压为 220 伏交流,波动范围在 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,蒸干即可。④ 使用一段时间后,要检查一下电线接头和电源插头,防止短路和断路。(六)泥浆含砂量测定器1. 泥浆含砂量是指泥浆中不能通过 200 号筛网(相当于直径大于 子体积的百分比。2. 仪器由过滤筒,漏斗和玻璃量筒组成,如图 7 所示。3. 测定方法① 在玻璃量筒内加入泥浆(20 毫升或 40 毫升) ,再加入适量水不超过 160毫升,用手指盖住筒口,摇匀,倒入过滤筒内,边倒边用水冲洗,直到泥浆冲洗干净,网上仅有砂子为止。② 将漏斗放在玻璃量筒上,过滤筒倒置在漏斗上,用水把砂子冲入玻璃量筒内,等砂子沉淀到底部细管后,读出含砂量体积,计算出砂子体积的百分含量。(七)胶体率测定瓶1. 胶体率表示泥浆中粘土颗粒分散和水化的程度。2. 仪器:胶体率测定瓶(也可以用 100 毫升量筒代替) 。3. 测定步骤① 将 100 毫升泥浆装入胶体率测定瓶中,将瓶塞塞紧,静止 24 小时后,观察量筒上部澄清液的体积(毫升数) 。② 胶体率以百分数表示 10%澄 清 液 体 积)胶 体 率 ( (八)下一小条 纸,浸入泥浆滤液或泥浆中,观察其颜色变化,并与比色板颜色相比,相一致即为泥浆的 。酸度计① 工作原理酸度计是利用玻璃电极和甘汞电极对被测溶液中不同酸度产生的《岩土钻掘工程学》实验指导书直流电势,输入到一台用参量振动深度负反馈的直流放大器,以达到 指示的目的。② 主要技术性能a. 测量范围~14~1400 毫伏,0~伏b. 最小分度仪器使用环境条件环境温度:0~40 ℃电源电压:220±10%d. 被测溶液温度范围:0~60℃③ 仪器调节器示意图,见 8。④ 测定 的操作方法a. 电极安装先将电极夹子夹到电极杆上,在将玻璃电极夹在夹子上,电极插在插口内,并用小螺丝扭紧,甘汞电极夹在中央夹子上,其引线连接在接线柱上,玻璃电极下端玻璃球泡应比甘汞电极陶瓷芯端稍高一些。b. 校正测量 时,先按下按键 7,读数开关 5 保持不按下状态,左上角指示灯应亮,预热数分钟。调节温度调节器 11 在被测溶液温度值上。将分档开关 2 放在“6” ,调节零点调节器 10,使其指示在 ”。将分档开关 2 放在校正位置,调整校正调节器 3,使其指针在满度。将放在“6” ,重复检查 ”位置。c. 定位将中性标准缓冲液置于试杯中,查出该温度下的 。按下读数开关 5。调节定位调节器 4,使其指示在该标准缓冲溶液的 (即分档开关 2 的指示数加表面上指示值) ,并摇动试杯使指示稳定为止,重复以上操作进行调节。d. 测量将读数开关 5 放开。用蒸馏水清洗电极头部,并用滤纸吸干,移下电极至被测溶液中,并不断《岩土钻掘工程学》实验指导书摇动溶液杯。将读数开关 5 按下,调节分档开关 2 读出指示值。⑤ 注意事项a. 新的或长期不用的玻璃电极球泡在使用前,应放在蒸馏水中浸泡 48 小时,每次用完应浸泡在蒸馏水中,玻璃电极球泡壁薄易碎,操作时应小心。b. 应保证甘汞电极下端毛细管畅通。使用时电极应充满 液,里面应无气泡,防止断路。为让极少量的 液从毛细管中流出,使测得结果可靠,应把电极上面的小橡皮塞及下端小橡皮套拔去。(九)润滑系数量程:0—磨合后用蒸馏水校正的润滑系数为:扭力扳手读数范围±150 电源电压 交流 220 伏⑤ 电机电压 直流 110 伏⑥ 主轴转数 60 转/块、扭力扳手、电极、测试电路等组成。如图 9 所示。图 9 钻井液润滑性测定仪用试块和试环分别模拟钻杆和孔壁,使两者浸没在被测试的钻井液中,电极带动主轴上的试环回转,扭力扳手给试环和试块施加正压力。根据扭矩公式 1式中:M K—扭力扳手的扭矩的读数;N—作用在试环上的正压力L—杠杆的力臂电极的扭矩为 《岩土钻掘工程学》实验指导书中:R —试环的半径F—试块与试块间摩擦阻力根据摩擦定律 ,则,即电极扭矩与外加扭矩成正比。因为 L、R、M K 都是已知的,而电极的扭矩又与电流存在函数关系,因此,只要知道电极的扭转特性曲线就可以求出润滑系数。表头的满量程为 50 毫安,表头的满量程的润滑系数 α 值为 α= 为电流表指示读数) ,即可计算出润滑系数。) 仪器的标定仪器出厂时已经标定但在使用过程中应定期标定,其步骤如下:① 使仪器侧倒放置,卸下扭力扳手,使试块脱离试环。② 开动电机,运转 5 分钟以上,使电机及主轴承润滑油温度稳定,以确保电机空载电流稳定。③ 在主轴上装好量称杆,用螺钉固定,使其处于平衡临界状态(即主轴的转矩与平衡杆自重所产生的转矩平衡) 。调节零旋钮,使电表指针指零。④ 在量称杆的一端加一定砝码,电表的读数应符合下列规律,如表:悬挂砝码重(克) 102 170 204 255 328 426电表读数 调节 33K 电位器,然后反复测定其中任意两点。在卸下砝码后,量称杆处于临界状态时,电表指针应仍指零。(2)试环与试块的标定① 清洗试环与试块,要求其接触表面不得有任何杂质油污。② 将清洗后的试块安装在主轴上,用螺母固定,将试块安放在托架上。检查试环与试块的圆弧是否吻合,如不吻合,使之吻合。③ 在试环内装约 300蒸馏水,试环与试块浸在液面以下,在无负载下,开动年、马达转至电流表指针稳定,用调零旋钮调指针指零。④ 扭力扳手放在托架上,调扭力扳手读数刻度盘使指针指零,在运转情况下,扭力扳手缓慢加压至 50 磅转 5 分钟,此时的电表读数应在 33—37 之间,蒸馏水的润滑系数在 间。⑤ 若蒸馏水的润滑系数值小于 检查水中是否有油污,要反复检查试环、试块,换蒸馏水再测,若蒸馏水的润滑系数值大于 检查试环、试块表面,当确实清洁无它物时,用研磨膏或金相砂纸打磨,在50 磅- 英寸负载下运转,使其合乎要求。(3)钻井液润滑系数的测定① 对蒸馏水标定合格后,将被测试的钻井液装入试样杯中。② 在无负载下开动马达,运转至电流表指针稳定。③ 用扭力扳手缓慢加压至 50 磅,运转 5 分钟,至电流表指针稳定,记下电表《岩土钻掘工程学》实验指导书读数乘以 为被测试的钻井液的润滑系数值。④ 松开加压手柄,倒出被测钻井液,清洗试环和试块,涂上防锈油。(4)注意事项① 一定要在无负载的情况下开动电机,运转正常后才能逐渐加压,严峻在负载下启动。试环与试块是仪器的关键部件,必须保持其表面光洁,每次用完后必须清洗干净,涂上防锈油。
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