油井水泥浆性能试验

中国石油大学钻井工程实验报告实验日期：成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者油井水泥浆性能实验一、实验目的1.掌握油井水泥浆的制备方法;2.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。二、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nkn-幂律系数,无量纲量；k-稠度系数，nPaS。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。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三、实验设备1、YM液体密度计；2、六转速粘度计；3、稠化仪；4、其它仪器；四、实验步骤1、确定水灰比步骤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提。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：表1API的水灰比（W/C）标准水泥级别ABCDEFGH水泥级别浆体密度，g/cm31.871.871.781.971.961.941.8951.974浆体密度，g/cm3水灰比,W/C0.460.460.560.380.380.380.440.38水灰比,W/C2、水泥浆制备步骤在电子天平上称一定质量的水（300g）、G级油井水泥（600g）和氯化钙（18g），并将氯化钙溶解于水中；将300g水倒入搅拌杯中，搅拌器以低速（4000转/分）转动，并在15秒内加完600g水泥；盖上搅拌杯盖子，在高速（12000转/分）下继续搅拌35秒即制备得到水泥浆（即仪器“标准1”程序）。3、水泥浆密度测试步骤移开泥浆杯上的盖子，将配好的水泥浆注入密度计浆杯内;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；再用拇指堵住流孔，用清水冲洗浆杯外部并擦干；然后将密度计放置在支架上，使刀口边缘位于支架上；移动游码使支架内气泡居中；读数，游码所标示数值即为水泥浆密度；记录水泥浆密度数据及实验温度条件；测试完毕，将盛液杯中的水泥浆倒掉，清洗实验仪器。4、水泥浆流变性能测试步骤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20分钟；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；先在600转/分下旋转60秒后读数，然后按20秒间隔依次由高速到低速：300、200、100、6、3转/分连续测量，依次测其读数并记录在表2中。测试完毕，将水泥浆倒掉，清洗实验仪器。5、水泥浆稠化时间测试步骤标定常压稠化仪指示计：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，启动电机进行稠化；设定稠化温度：参照稠化仪说明书；记录不同时刻时水泥浆的稠度值于表4中，记录水泥浆稠度达到100Bc时所需要的时间（也即水泥浆稠化时间）。清洗实验仪器，实验结束。五、数据处理组号：5（1）水泥浆配方1、400g水泥+0.56水灰2、500g水泥+0.56水灰+3%15g氯化钙（2）水泥浆密度实验的温度及压力条件：室温，0.1MPa水泥浆密度：1.81g/cm3（3）水泥浆的流变性能实验的温度及压力条件：室温，0.1MPa水泥浆的流变参数：表2粘度计读数转速(r/min)36100200300600粘度计读数1218446072不计水泥浆的流变模式：=(60-44)/(72-44)=0.57所以，该水泥浆为幂律模式n=2.092*lg(ø300/ø100)=0.48k=0.511*ø300/511n=1.84γ=ρ*g=1.81*9.8=17.738τ=k*γn=1.84*17.7380.48=7.32Pa（4）测定水泥浆的稠化时间表3不同时间的水泥浆稠度时间（min）051015202526稠度（Bc）5.113.514.515.419.627.830稠度误差为0.4做时间-稠度图：200100300100()/()F由上图知5至15分钟泥浆稠度基本未变，15分钟后，泥浆的稠度开始线性变化，因此，取15分钟后的相关数据作稠化时间曲线：所以，当稠度为100Bc时，求得稠化时间为：t=79.0min。六实验总结通过本次试验我掌握了油井水泥浆的制备方法，并掌握了测定水泥浆密度、流变性能和稠化时间的原理、实验流程及步骤。小组同学之间相互合作共同完成了多组实验。通过实验加深了对油井水泥浆的认识，促进了对理论课知识的理解。最后，谢谢老师的悉心指导！