泥浆配制及性能的测定实验

泥浆配制及性能的测定实验一、实验目的1.了解泥浆的配制过程与方法；2.熟练掌握泥浆性能测试仪器的工作原理与操作方法；3.掌握泥浆性能的测试方法及泥浆性能参数与泥浆质量的关系。二、实验仪器、器材液体密度计；六速旋转粘度计；打气筒式失水仪；固相含量测试仪；含砂量测定仪；PH计；漏斗粘度计；秒表；板尺；量筒等。三、实验内容（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；2.杯盖；3.水平泡；4.刀架；5.支座；6.游动砝码；7.挡臂；8.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）仪器结构，该粘度计由漏斗和量筒组成。构造如图2。量筒由隔板分成两部分，大头为500ml，小头为200ml，漏斗下端是直径为5mm，长为100mm的管子。（2）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200ml和500mlN泥浆倒入漏斗。将量筒500ml一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500ml泥浆所需的时间，即为所测泥浆的粘度。图2漏斗粘度计图3六速旋转粘度计1.漏斗；2.管子；3.量杯；4.筛网；5.泥浆杯仪器使用前，应用清水进行校正。该仪器测量清水的粘度为15±0.5秒。若误差在±1秒以内，可用下式计算泥浆的实际粘度。（三）ZNN型旋转粘度ZNN六速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3所示。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7.5瓦、15瓦电源220伏±10%50Hz（2）变速部分可变六速，转速分别为36100200300600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泥浆杯。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.操作程序A.准备①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，如偏摆量大于0.5mm，则取下外筒，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。B.操作①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，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1.3mm。②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。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。Φ600、Φ300、Φ3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（mPa?s）③塑性流体mPa·s视粘度（mPa?s）塑性粘度（mPa?s）动切力（Pa）静切力（Pa）（Pa）④假塑性流体流性指数（无因次）稠度指数（Pa秒n）⑤粘塑性流体极限高剪粘度卡森动切力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）失水量测定仪仪器主要性能尺寸：工作压力0.69MPa有效滤失面积25.06.45cm泥浆杯容量240ml仪器结构：仪器由支架、减压阀、放气阀、泥浆杯、输气管汇、量筒及打气筒等组成。仪器操作步骤：ⅰ.连接仪器各组件，检查各处密封是否完好。ⅱ.用手指堵住泥浆杯输气接头小口处，装填于定量被测泥浆后，先放好801.3“O”型密封圈，再取一张定性滤纸，放在密封圈上，将泥浆杯压盖旋紧，使其压紧，然后泥浆杯输气接头对正装于阀体“T”型槽内，待测。操作打气筒，使气筒压力达到0.8MPa，顺时针旋转减压阀调节手柄，观察压力表指示调至0.69MPa。ⅱ.按逆时针方向缓缓旋转放气阀手柄，同时，观察压力表指示，当压力表稍有下降时或听到泥浆杯的进气声时，立即停止旋转放气手柄，直至见到第一滴滤液开始记录时间。ⅲ.测量到7.5min时，观察量筒滤液是否达到8ml，若达到，则乘以2，得30min泥浆的失水量；若未到8ml,则继续测到30min，取下量筒直观失水量的数值。ⅳ.将调压手柄按逆时针方向关闭，切断气源。按顺时针旋转放气手柄，将泥浆杯中余气释放后，方可取下泥浆杯。ⅴ.将压盖松开，打开滤网座，取出滤纸，冲掉滤纸上的浮浆，测量泥饼的厚度和记录失水量。ⅵ.冲洗仪器，干净后放回原处。将仪器减压阀及气源余气一起放出。（五）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4）。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。图4固相含量测定仪原理示意图图5泥浆含砂量测定仪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。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）泥浆含砂量测定仪1.泥浆含砂量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0.74mm）砂子体积的百分比。2.过滤仪器由过滤筒，漏斗和玻璃量筒组成，如图5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）。胶体率以百分数表示（八）PH值的测定方法1.比色法用广泛试纸。撕下一小条PH试纸，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PH值。2.用PHS-2型酸度计①工作原理PHS-2型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PH值指示的目的。②主要技术性能a.测量范围PH：0~14PHMv：0~1400毫伏，0~-1400毫伏b.最小分度PH：0.02PHMv：2mvc.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，见图6。④测定PH值的操作方法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.校正图6PHS-2型酸度计测量PH值时，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PH“1”。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PH“1”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PH值。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PH值（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KCL溶液，里面应无气泡，防止断路。为让极少量的KCL溶液从毛细管中流出，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。（八）NR-1型钻井液润滑性测定仪1.主要技术参数①润滑系数量程：0—0.5②磨合后用蒸馏水校正的润滑系数为：0.33—0.37③扭力扳手读数范围±150英镑.英寸④电源电压交流220伏⑤电机电压直流110伏⑥主轴转数60转/分2.仪器结构及工作原理仪器由试环、试块、扭力扳手、电极、测试电路等组成。如图7所示。图7NR-1型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。根据扭矩公式式中：MK—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式中：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、MK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0.5。按α=0.1I（I为电流表指示读数），即可计算出润滑系数。3.操作步骤(1).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）