水泥漿性能試驗(yàn)

1、中國石油大學(xué)（鉆井工程）實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)日期： 2014.12.04 成績： 班級 學(xué)號： 姓名： 教師： 同組者： 油井水泥漿性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過實(shí)驗(yàn)掌握油井水泥漿密度、流變性能的測定方法，掌握有關(guān)儀器的使用方法，對油井水泥漿基本性能的指標(biāo)范圍有一定的認(rèn)識。2通過實(shí)驗(yàn)掌握水泥漿稠化時間的測量方法及常壓稠化儀的操作方法，了解常用油井水泥的稠化性能與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，充分認(rèn)識水泥漿稠化時間對固井作業(yè)的重要性。二、實(shí)驗(yàn)原理1YM 型鉆井液密度計是不等臂杠杠測試儀器。杠杠左端為盛液杯，右端連接平衡筒。當(dāng)盛液杯盛滿被測試液體時，移動砝碼使杠杠主尺保持水平的平衡位置，此時砝碼左側(cè)邊所對應(yīng)的刻度線就是所測試液體

2、的密度。2六轉(zhuǎn)速粘度計是以電動機(jī)為動力的旋轉(zhuǎn)型儀器。被測試液體處于兩個同心圓筒間的環(huán)形空間內(nèi)。通過變速傳動外轉(zhuǎn)筒以恒速旋轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)筒通過被測試液體作用于內(nèi)筒產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩，使同扭簧連接的內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)了一個相應(yīng)角度。依據(jù)牛頓定律，該轉(zhuǎn)角的大小與液體的粘度成正比，于是液體粘度的測量轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)筒轉(zhuǎn)角的測量。反應(yīng)在刻度盤的表針讀數(shù)，通過計算即為液體粘度、切應(yīng)力。3水泥漿常壓稠化儀中有一帶固定漿葉的可旋轉(zhuǎn)的水泥容器。漿杯由電機(jī)帶動以150 轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速逆時針轉(zhuǎn)動，漿杯中的水泥漿給予漿葉一定的阻力。這個阻力與水泥漿的稠度變化成比例關(guān)系。該阻力矩與指示計的彈簧的扭矩相平衡，通過指針在刻度盤上指示出稠度值。三、實(shí)驗(yàn)儀器

3、、設(shè)備1電子天平2恒速攪拌器3鉆井液密度計4六速旋轉(zhuǎn)粘度計5油井水泥常壓稠化儀四、實(shí)驗(yàn)步驟1標(biāo)定常壓稠化儀指示計實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)當(dāng)在標(biāo)定裝置上對指示計進(jìn)行標(biāo)定，將銅套圈裝在指示計上方；缺口對準(zhǔn)指示計銷軸，尼龍線一端系在指示的銷軸上，另一端沿銅套圈溝槽繞一周，然后再沿滑輪的溝槽引下與吊鉤連接。標(biāo)定時，在吊鉤上裝上砝碼，讀出指示計數(shù)值。然后將吊鉤、砝碼用手托起，使指示計指針回到零。接著松手讓吊鉤、砝碼慢慢落下，讀數(shù)。如此反復(fù)幾次，取平均值。2配制水泥漿配制水泥漿之前必須確定水灰比。合理的水灰比是保證水泥環(huán)具有足夠的抗壓強(qiáng)度和水泥漿良好的可泵性的前提。當(dāng)水灰比過大時，水泥漿難以攪拌和泵送，在環(huán)空流動將產(chǎn)生

4、很高的摩擦阻力。如遇滲透性好的低壓井段，則產(chǎn)生壓差濾失，使水滲入地層，造成憋泵事故。水灰比過小，水泥環(huán)將達(dá)不到要求的抗壓強(qiáng)度。API 標(biāo)準(zhǔn)推薦的水灰比見表1。表1 API 的水灰比（W/C）標(biāo)準(zhǔn)水泥級別ABCDEFGH漿體密度，g/cm3 1.871.871.781.971.961.941.8951.974水灰比W/C 0.460.460.560.380.380.380.440.38 按實(shí)驗(yàn)時要求的水灰比計算水泥和水的重量（如水灰比0.5）。 在天平上稱取 600 克水泥，用量筒取相應(yīng)的水量300 克。 加入促凝劑氯化鈣24克，放入水中攪拌。 將量出的水倒入攪拌器的杯內(nèi)，啟動攪拌機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)為

5、 4000 轉(zhuǎn)/分。將稱出的干水泥在15 秒內(nèi)加入水中。然后調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)為12000 轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)攪拌35秒。3測定水泥漿的稠化時間將漿杯輕輕放入杯套內(nèi)，使?jié){杯、杯套的缺口對齊。打開總電源開關(guān)。按照實(shí)驗(yàn)中升溫方案的初始值，設(shè)置溫度撥碼式調(diào)節(jié)器的下一排數(shù)字。然后接通加熱器電源。在溫度完全穩(wěn)定后，再進(jìn)行下列步驟。將調(diào)整好的指示計倒置，裝上漿葉。將配好的水泥漿小心的倒入漿杯，直到水泥漿與杯內(nèi)壁上的刻線相平。接通電機(jī)電源，電機(jī)帶動漿杯轉(zhuǎn)動。同時記住開機(jī)時間。每隔一定時間記錄時間和稠度值。當(dāng)指示計指針指到100Bc的時候，關(guān)閉電機(jī)電源。關(guān)閉加熱器電源。取出指示計和漿杯，注意漿杯溫度較高，切勿燙傷。將水

6、泥漿倒入桶內(nèi)。用水沖洗漿杯和漿葉，擦干并涂上油脂，放在儀器右側(cè)。4測定水泥漿的密度按2配置的水泥漿倒入樣品杯，邊倒邊攪拌；倒?jié)M后再攪拌 25 次除去氣泡。 蓋好蓋子并洗凈從蓋中間小孔溢出的水泥漿。 用濾紙或面巾紙將密度計上的水擦干凈。 然后將密度計放在支架上，移動游碼，使支架內(nèi)氣泡居中。 讀出游碼左側(cè)所示的水泥漿密度值。 測定完畢，將樣品杯中的水泥漿倒掉，用水徹底清洗各部件并將其擦干凈。5測定水泥漿的流變參數(shù)液體的流變性是指液體在外力作用下所產(chǎn)生的流動和變形特性。 檢查儀器各轉(zhuǎn)動部件、電器及電源插頭是否安全可靠。 向左旋轉(zhuǎn)外轉(zhuǎn)筒，取下外轉(zhuǎn)筒。將內(nèi)筒逆時針方向旋轉(zhuǎn)并向上推與內(nèi)筒軸錐端配合。向右旋

7、轉(zhuǎn)外轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)上外轉(zhuǎn)筒。 接通電源。 拉動三位開關(guān)，調(diào)至高速或低速擋。 儀器轉(zhuǎn)動時，輕輕拉動變速杠杠的紅色手柄，根據(jù)標(biāo)示變換所需要的轉(zhuǎn)速。 將儀器以300r/min 和600r/min 轉(zhuǎn)動，觀察外轉(zhuǎn)筒不得有擺動。如有擺動應(yīng)停機(jī)重新安裝外轉(zhuǎn)筒。 以300r/min轉(zhuǎn)動，檢查刻度盤指針零位是否擺動。如指針不在零位，應(yīng)參照儀器校驗(yàn)的“空載零位校驗(yàn)”。 將剛攪拌過的鉆井液倒入樣品杯內(nèi)至刻度線處（350ml），立即置于托盤上，上升托盤使杯內(nèi)液面達(dá)到外筒刻度線處。 由高速到低速：300、200、100、6、3r/min連續(xù)測量，待刻度盤的讀數(shù)穩(wěn)定后，分別記錄各速度梯度下的讀數(shù)。對其他觸變性流體應(yīng)在固定速度

8、梯度下，剪切一定時間，取最小的讀數(shù)為準(zhǔn)；也可以采用在快速攪拌后，迅速轉(zhuǎn)為低速進(jìn)行讀數(shù)的方法。 樣品的粘度、切應(yīng)力等測試和計算參照“數(shù)據(jù)測試及計算”進(jìn)行。 測試完畢后，關(guān)閉電源，松開扳板手輪，移開樣品杯。 輕輕卸下外轉(zhuǎn)筒，并將內(nèi)筒逆時針方向旋轉(zhuǎn)垂直向下用力，取下內(nèi)筒。 清洗外轉(zhuǎn)筒，并擦干，將外轉(zhuǎn)筒安裝在儀器上，清洗內(nèi)筒時應(yīng)用手指堵住錐孔，以免臟物和液體進(jìn)入腔內(nèi)，內(nèi)筒單獨(dú)放置在箱內(nèi)固定位置。五、數(shù)據(jù)處理1.水泥漿配方（1）水泥400克+水灰比0.56（2）水泥500克+氯化鈣3%+水灰比0.562.水泥漿密度為：1.705g/cm3（常溫常壓下進(jìn)行）。3.流變參數(shù)計算(1)水泥漿的流變性能：實(shí)驗(yàn)溫

9、度及壓力條件：常溫、常壓。實(shí)驗(yàn)所測粘度計讀數(shù)如表2所示：表2 粘度計度數(shù)轉(zhuǎn)速（r/min）36100200300粘度計讀數(shù)1018425869所以選用冪律模式，有：4.水泥漿的稠化時間實(shí)驗(yàn)溫度及壓力條件：75C、常壓。實(shí)驗(yàn)所測數(shù)據(jù)如表2所示：表3 不同時刻的水泥漿稠度時間（min）5101520253035稠度（Bc）4.85.17.811.416.822.731.8由上表作水泥漿稠化曲線如下圖：圖1 水泥漿稠化曲線由上圖可知：38分鐘以后，曲線近似為直線，作趨勢線得到水泥漿稠度達(dá)到100Bc時的時間為75min，故該實(shí)驗(yàn)所用的水泥漿稠化時間為75min。六、思考題1、除了以上測定的水泥漿密度

10、、流變參數(shù)和稠化時間外，還有其它哪些參 數(shù)來表征水泥漿的性能？答：水泥漿的失水、水泥漿的凝結(jié)時間、水泥石的強(qiáng)度和水泥石的炕蝕性也能表征水泥漿的性能。2除實(shí)驗(yàn)中所選用的兩種流變模式外，調(diào)研現(xiàn)場使用的其它流變模式并對比分析各流變模式的優(yōu)缺點(diǎn)？試結(jié)合資料推導(dǎo)流變參數(shù)的計算公式？3查閱12篇油井水泥漿研制及應(yīng)用方面的文獻(xiàn)，理解水泥漿體系的研制方法和過程，比較不同類型水泥漿所評價的性能參數(shù)的差異？（1）硅酸鹽水泥比重和容重、細(xì)度、稠度用水量、凝結(jié)時間（2）普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥與硅酸鹽水泥的差別、僅在于其中臺有少量混合材料，而絕大部分仍是硅吱鹽水泥熟料，故其基本性能與硅酸鹽水泥相同（3）礦渣硅酸鹽

11、水泥由硅酸鹽水泥熟料和粘化高爐礦渣，加入適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為礦渣硅酸鹽水泥。水泥中版化高爐礦渣摻加量按重量百分比1t為20一70%，礦渲硅酸鹽水泥的紉度、凝結(jié)時間及體積安定性的要求與硅酸鹽水泥相同。（4）火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥在硅酸鹽水泥熟料中，按水泥成品重量加入20一50%火山灰質(zhì)混合材料和適量石膏，磨細(xì)后制成。（5）粉媒友硅酸鹽水泥在硅酸鹽水泥熟料中，按水泥成品重量加入20一40%的勒煤灰和適量石膏，磨細(xì)后制成。4、以下不同的水泥漿稠化曲線，哪種所代表的水泥漿性能好，為什么？答：水泥漿的調(diào)成之后，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥漿變稠，流動性變差。在注水泥時用泵注入及頂?shù)走^程中，可能會出現(xiàn)水泥漿流動越來越困難，直到不能被 泵入，此時，雖然還沒有達(dá)到水泥的凝固，但已無法用泵注入基頂替了。所以，對于施工周期長的深井注水泥，就應(yīng)當(dāng)有較長的水泥稠化時間為保證。因此，的泥漿性能好一些。圖2 不同水泥漿稠化曲線七、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 通過本次實(shí)驗(yàn)我掌握了油井水泥漿密度