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1、第六部分完井工程实验一油井水泥浆常规性能测试一、实验目的(1)了解油井水泥浆的配制方法。(2)了解测定水泥浆性能所用仪器的结构和原理。(3)掌握水泥浆性能测定的操作技术.二、实验器材和药剂(1)常压稠化仪。常压稠化仪主要由水箱、左右电位计、温控器、指示灯、记录仪、左右计时器、浆杯和搅拌桨等组成，实物如图6-1-1所示。其中，电位计、浆杯分另收口图6-1-2、图6-1-3所示。图6-1-1常压稠化仪1一左电位计；2温控器；3记录仪；4一左计时器；5右计时器；6指示灯；7一右电位计；8水箱图6-1-2常压稠化仪电位计1一扣环；2一轴槽；3一中心反向固定蟠帽；4一固定螺帽;5指针；6一刻度盘；7一刻
2、度盘及其底座部件；8弹赁;9-做；10-;11;12轴图6-1-3常压稠化仪浆杯总成1一雌桨；2一浆杯；3盖；4一灌浆高度指示槽(2)增压稠化仪o增压稠化仪的结构如图6-1-4所示，实物如图6-1-5所示。图6-1-4增压稠化仪结构示意图1一浆杯热电偶；2密封环；3一扭矩弹赁;4一接触销；5防护盖；6启动挡；7一浆杯隔板；8加热管：9一浆杯；IO-可拆卸盘根；11一止推轴承；12电位计总成；13一空气接头；14金体热电偶；15冷却管；16一浆杯驱动盘；17；由压接头;18一伞齿轮；19一齿轮减速器(3)常压密度计常压密度计如图6-1-6所示,其结构与钻井液常规性能测定实验中使用的密度计相同。图
3、6-1-5增压稠化仪图6-1-6密度计(4)增压密度计增压密度计实物如图6-1-7所示。(5)六速旋转粘度计o(6)失水仪。失水仪主要由底座、支柱、加热套、浆杯、浆杯通气阀杆、冷凝积液筒、减压阀、压力表及管汇、温控器、盘式温度计、指示灯等组成，实物如图6-1-8所Ho5一浆杯：6支架；7压盖;8压环5一浆杯通气阀杆；6加热套；7一冷凝积液筒；8一支柱；9一底座(7)恒速搅拌器。恒速搅拌器是油井水泥浆的制备装置，是一台容量约为11.、底部驱动的叶片式搅拌器。其转速分为“低速挡和“高速挡。低速为4000rmin,高速为12000rmin其实物如图6-1-9所示。叶片和搅拌浆杯应由耐腐蚀材料制成。当
4、叶片质量损失在10%以上时，应换上新的叶片。图6-1-9恒速搅拌器(8)秒表。(9)天平。天平。天平的精度应在称量示值的0l%以内。硅码。硅码的允许偏差列于表61-1中。对硅码在梁上的梁式天平，硅码示值应符合表6-1-1中的要求。表6-1-1硅码允许偏差硅码/g允许偏差/g100O0.505000.353000.302000.20100.15500.10(10)20目筛子。(11)油井水泥。(12)玻璃量筒O玻璃量筒的体积应能满足一次单项实验所需的水量。其偏差不能超过0.2%,其刻度至少要细分成5m1.(13)孔径为0.9mm方孔筛，2个。141三、实验步骤1.水泥浆的制备(1)过筛。制备水泥
5、浆之前，应使用孔径为09mm的方孔筛将水泥过筛。(2)拌和水。拌和水既可用玻璃量筒量取，也可放入一个干燥、洁净的搅拌浆杯内用天平直接称量。存在争议时，以天平直接称量为准。不应补加水来弥补蒸发、润湿等所损失的水量(3)水和水泥的温度o搅拌前60s内拌和水温度应为22.8节士1.l节，水泥温度应为22.8节1.1节。(4)水灰比。各级水泥按质量百分比计算加入的水量，应符合表6T-2给出的数值。表6-1-2各级油井水泥水灰比要求油井水泥级别用水量(占水泥质量的百分比)/%A和B46C56D,E,F和H38G44(5)水泥浆的拌和量0按表61-3所示的水泥浆组分含量进行实验。表6-1-3水泥浆要求油井
6、水泥级别A和BCD1E,F和HG拌和水/g355383327349水泥/g772684860792(6)水泥与水的搅拌在规定的温度下，水泥与水的搅拌应按照下述步骤进行：将装有所需数量水(符合表6T-3要求)的搅拌浆杯放在搅拌器底座上，打开“低速挡(4000rmin200rmin),同时在15s内将水泥样品均匀地倒入浆杯中，并盖上浆杯盖，再打开高速”挡(12000rmin500rmin)继续搅拌35sls的时间。2.密度测定1)用水泥浆增压密度计测定在样品杯中加入水泥浆至样品杯上缘约6mm处。将盖子放在样品杯上，打开盖子上的单向阀。使盖子外缘和样品杯上缘表面接触，过量的水泥浆通过单向阀排出。将单
7、向阀向上拉到封闭位置，用水洗净并擦干样品杯和螺纹，然后将螺纹盖帽拧在样品杯上。用专用加压活塞筒吸取适量水泥浆，通过单向阀注入样品杯中，直至单向阀自动封闭。将样品杯外壳洗净、擦干，然后将密度计放在支架上，移动游码，使游142梁处于平衡状态。读出游码箭头一侧的密度值。测定完后，重新连接专用加压活塞筒，释放样品杯中的压力。拧开螺纹盖帽，取下盖子，将样品杯中的水泥浆倒掉。用水彻底清洗各部件，然后擦干，并在单向阀上涂抹润滑油脂O2)用常压密度计测定实验测定前用清水对密度计进行校定：将浆杯中盛满蒸储水(或自来水)，盖好杯盖，擦净溢出的水，然后放置在支架刀口上，移动游码至1.O处，秤臂应成水平，气泡应居中央
8、o如不平衡，应进行调整o将水泥浆倒入样品杯中，边倒边用玻璃棒搅拌，倒满后再搅拌25次除去气泡，然后注入密度计浆杯内，盖上浆杯盖，慢慢向下旋转让多余的水泥浆从杯盖的溢流孔中流出，确保杯盖外缘与浆杯上缘紧密接触后，再用拇指堵住溢流孔，用水清洗掉浆杯外的水泥浆并擦干，将密度计放在支架上，移动游码，使游梁处于平衡状态，读出游码左侧所示的密度值，即为该水泥浆的密度，单位为gcm测定完后，将样品杯中的水泥浆倒入专用的废液容器内，用水彻底清洗各部件并将其擦拭干净。3.水泥浆失水量的测定1)水泥浆制备水泥浆制备按上述方法进行。2)温度低于90节时的失水量测定(1)将常压稠化仪和失水仪预热到实验温度，误差范围在
9、1节。(2)将配制好的水泥浆倒入常压稠化仪浆杯中至刻度线，插入桨叶并安装好电位计，然后放入常压稠化仪中，搅拌20mj11从配完水泥浆到启动常压稠化仪必须在Imin内完成。(3)从加热筒中取出失水仪浆筒并关闭它的顶阀。(4)从常压稠化仪中取出浆杯，用搅拌棒将水泥浆样品搅拌均匀，然后倒入失水仪浆筒中并在浆面上部至少留有19mm高的空间，放置滤网、密封环和端盖，拧紧固定螺丝，关闭失水仪浆筒上的顶阀和底阀.(5)倒置失水仪浆筒并放入加热筒内，把压力管线接到浆筒的上端，并施加6.9Mpa0.07MPa的压力，打开顶阀.从常压稠化仪停止搅拌到施加压力的时间不得超过2min.(6)打开底阀，用量筒收集滤液，
10、收集时间为30mio(7)实验结束后，先关闭顶阀和压力瓶总阀，释放调压器的压力，然后取下压力管线，缓慢打开顶阀，释放浆筒中的压力，最后将失水仪清洗干净。3)温度为90节以上的失水量测定(1)将失水仪预热到90节士1节。(2)把配制好的水泥浆倒入增压稠化仪浆杯中，然后再放入增压稠化仪，在搅拌的同时，使水泥浆升温、升压。143(3)搅拌20min后，停止加热，缓慢释放压力，打开增压稠化仪(4)从加热筒中取出失水仪浆筒，启动恒温器，把加热筒加热到实验温度1节0在水泥浆倒入倒置的失水仪浆筒之前，必须关闭浆筒的顶阀o(5)把水泥浆从增压稠化仪浆杯中倒出来加以搅拌，然后倒入失水仪浆筒，并在其上部至少留有1
11、9mm高的空间供水泥浆膨胀。放置滤网、密封环和端盖，拧紧固定螺丝，关闭失水仪浆筒上的顶阀和底阀。(6)倒置浆筒并放入加热筒内，把压力管线接到浆筒的上端，打开顶阀，给浆筒施加0.7MPa的压力。(7)连接并锁紧底端回压接收器，给底端回压接收器施加0.7MPa的压力，但不打开底阀.(8)当浆筒的压力达到0.7MPa,时间为15min之后，顶阀上的压力加到7.6Mpa,打开底阀，开始计时，同时收集滤液。滤液量的读值应在1/4,1/2,1,2.5min时各记录一次，以后每隔5min记录一次，直到记满30min为止。(9)如果实验期间的回压上升到07Mpa以上，要缓慢排放滤液收集滤液期间保持69Mpa士
12、0.07MPa的压差。(10)实验结束时，先关闭压力瓶总阀，再关闭顶阀和底阀，释放这两个调压器中的压力。(11)将失水仪冷却到90节以下，然后缓慢释放其中的压力，最后将失水仪清洗干净。4)实验记录与结果处理(1)实验记录。实验周期从打开底阀开始，记录1/4,1/2,1,2,5min时的滤液量，以后每隔5min记录一次，直到第30min为止。如果在30min内发生脱水，记录造成水泥浆样品发生脱水时的时间和滤液量。(2)结果处理。当实验周期为30min时，把6.9MPa实验压力下测得的滤液量乘以2作为滤失量。当实验周期小于30min时，用下列方法折算出滤失量，并在记录时加以说明。按下列公式计算：Q
13、o=2。以(6_1_1)式中Q303Omin的失水量；Q一时间t对应的滤液量；脱水时的时间。4.水泥浆流变性能的测定(1)校准六速旋转粘度计。将常压稠化仪预热到实验温度，误差范围为士1节。(2)配制水泥浆。(3)把配制好的水泥浆注入常压稠化仪浆杯中，在实验温度下搅拌水泥浆20min后，移去搅拌叶片，在常压稠化仪中用搅拌捧搅拌水泥浆6s,然后倒入粘度计的样品杯中至刻度线处。样品杯和内筒、外筒的温度维持在实验温度1节。(4)将样品杯放在粘度计升降台上，粘度计以300rmin的速度旋转，升高升降台使浆液到达外筒表面刻度线处固定O(5)从浆液到达外筒刻度线开始，60s后读出刻度盘上的读数；然后立即将仪
14、器转换到200rmin的转速挡，20s后读出刻度盘上的读数；再将仪器立即转换到100r/min的转速挡,20s后读出刻度盘上的读数0在记读数之前瞬间以及实验结束时，记录粘度计样品杯中的水泥浆温度。(6)用新制备好的水泥浆样品重复整个实验步骤(3)至U(5),共做3次，确保3次的测量值在平均值1个标准偏差以内。取这3次测量值的平均值作为实验的测量结果O(7)根据上述步骤中记录的平均温度，报告水泥浆的流变性测量温度O(8)计算流变参数：流变模式判别按下式确定：式中F流变模式识别系数，无量纲；63。0一转速为300rmin时的仪器读数；62。一转速为200rmin时的仪器读数；，OO-转速为100r
15、min时的仪器读数。当F-.50.03时，选用宾汉模式，否则选用幕律模式。宾汉模式：冲V0.0015(oooo)00.5113oo511?PV式中pv塑性粘度，Pas；o一动切应力，pao(3)幕律模式：-2.092Ig1%。：I，100jKJ_5IMoo511(6-1-3)(6-1-4)(6-1-5)(6-1-6)式中流性指数，无量纲；稠度系数.pa.So(6-1-2)5 .水泥浆游离液量的测定先配制水泥浆，把配制好的水泥浆立即倒入增压稠化仪的浆杯中，然后按标准实验方案和操作方法，在升温加压下搅拌水泥浆当水泥浆达到目标温度和压力后，停止加热，缓慢释放压力，并从增压稠化仪中取出水泥浆杯，去掉底塞和浆杯顶盖。当实验温度高于90节时，在20min内将水泥浆
