油井水泥浆性能实验

中国石油大学钻井工程实验报告实验日期：2015.11.26成绩：班级：石工12-7班学号：12021388姓名：善人教师：同组者：油井水泥浆性能实验一、实验目的1．通过实验掌握油井水泥浆的基本配制方法，掌握水泥浆密度、流变性能的测定方法，掌握有关仪器的使用方法，对油井水泥浆基本性能的指标范围有一定的认识。2．通过实验掌握油井水泥浆稠化时间的测量方法及常压稠化仪的操作方法，了解常用油井水泥浆的稠化性能与有关指标，充分认识水泥浆稠化时间对固井作业的重要性。二、实验仪器1、电子天平2、恒速搅拌器3、钻井液密度仪4、六速旋转粘度计5、常压稠化仪三、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yp（2）幂律模式式中n为流性指数，k为稠度系数。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。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100BC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。nk200100300100()/()F幂律模式流变参数nKn511511.0lg092.2300100300宾汉塑性模式流变参数pop511511.0)(0015.03001003000.50.03式中：F—流变模式判别系数，无量纲；300—转速300r/min读数；200—转速200r/min读数；100—转速100r/min读数。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：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四、实验数据处理实验原始数据：（1）水泥浆配方水泥级别G水灰比0.56外加剂名称氯化钙外加剂加量15g（2）水泥浆密度（实验温度及压力条件常温常压）水泥浆密度1.7g/cm3（3）测定水泥浆的流变参数（实验温度及压力条件常温常压）表1粘度计读数转速(r/min)36100200300示数1320415671（4）测定水泥浆的稠化时间（实验温度及压力条件75℃常压）表格1不同时间的水泥浆稠度时间（min）05101520253035404550稠度（Bc）1.71.71.71.71.92.12.43.03.96.112.61、计算水泥浆流变参数F=𝜃200−𝜃100𝜃300−𝜃100=0.5F处在0.47~0.53之间，选择宾汉模式塑性粘度3001000.00150.045PPas动切应力3000.51151113.286oPPa2、绘制水泥浆稠化时间曲线图一由图1可知，水泥浆稠度是时间的幂函数。取最后两点作趋势线，如图2：图1令y=100，得x=117.23min。稠化时间为117.23分钟。用指数拟合，得到公式如图3所示，当x=66.42，y=100.00。稠化时间为66.42分钟。很显然，这两种方法中后者估算的更精确，采用后者的计算结果。图2024681012140102030405060稠度（Bc）y=1.3x-52.4051015424446485052稠度（Bc）y=6E-07x5-6E-05x4+0.0021x3-0.029x2+0.1324x+1.6596R²=0.9987024681012140102030405060稠度（Bc）五、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别，试分析？答：实验室中测定的各项指标是在常压、恒温下进行的，测定条件相对稳定；而现场施工中经常处于变动的高温高压状态，对水泥浆的性能有一定影响，与实验室所测参数有一定差异。2、常压稠化仪与高温高压稠化仪的不同作用是什么？答：常压稠化仪只能提供常压、高温环境，高温高压稠化仪可提供高温高压测试环境，更加符合井底实际施工状况，所测参数对现场更具指导意义3、测试水泥浆的性能对固井施工有什么意义？答：（1）足够长的稠化时间可以使水泥浆到达指定位置后凝固，过短的稠化时间可能导致后期泥浆憋泵、留水泥塞过多。（2）流变性能好，所需注入压力小，施工过程较为安全。（3）水泥浆密度对对固井质量有很大的影响。4、为什么要经常标定常压稠化仪电位计？答：经常标定电位计可提高测量精度，可减小测量误差。