钻井液常规钻井液常规性能分析按照 API推荐的试验程序.docx

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钻井液常规钻井液常规性能分析按照API推荐的试验程序

钻井液常规钻井液常规性能分析按照API推荐的试验程序，内容有：

钻井液的密度、漏斗粘度、流变性、滤失量、pH值、含砂量等。

一、钻井液的密度测定

钻井液的密度是指单位体积钻井液的质量，其单位可用g∕cm3来表示。

（一）测量仪器

凡精确度达到±0.01g∕cm3的密度测量仪器都可用来测量钻井液的密度,但最常用的仪器是如图2.1的钻井液密度秤;搅拌器;钻井液杯等。

图2.1钻井液密度秤

1-秤杆；2-游动砝码；3-刀口；4-水平泡；5-杯盖；6-钻井液杯；7-刀垫；

8-底座；9-档臂；10-调节器；11-填料；12-调节器盖

（二）测量步骤

•标定

•钻井液杯盛满清水,盖上盖子,杯内多余的水自孔中溢出,把溢出之水擦净。

•秤杆刀口于刀垫上，使游动砝码对准1.0刻度。

•如果水平泡居中，则合乎要求。

否则，就要在调节器内加减填料（铅粒），使之居中。

•测量

•将充分搅拌的钻井液盛满钻井液杯,盖好盖子,擦净杯外钻井液。

•置秤杆刀口于刀垫上，拨动游动砝码，使水平泡居中，砝码左侧边线所对刻度即为所测钻井液的密度，并记录。

（三）注意事项:

•保护好刀口,每次测完,将秤杆拿离刀垫,下次用时再放在刀垫上。

•杯盖不得互换使用。

•保护好水平泡。

二、钻井液的漏斗粘度测量

在现场，钻井液的粘度习惯上常用马氏漏斗粘度计来测量。

它是测量钻井液流动时的时间变率。

所得结果为表观粘度。

通常以“S”为单位。

（一）测量仪器

•马氏漏斗粘度计,如图2.2。

•秒表

•搅拌器

•钻井液杯

（二）测量步骤

•一手持漏斗,并用手指堵住管口,将充分搅拌的钻井液过筛网注入漏斗700

（用量杯两端各量一次）。

•将量杯500

的一端朝上，置于漏斗管口下，另一手持秒表，准备测量。

•放开堵住管口的手指，同时开动秒表，记下流满500

量杯时所有的时间，即为钻井液的粘度。

注意事项

•使用前要用清水标定,方法同上,用清水标定时，“水值”为15±0.5s方可使用。

•手持漏斗测粘度时，要保持漏斗中心线垂直。

•保护好漏斗管，不可用铁丝等硬物去通。

三、钻井液的流变性能分析

通常使用六速旋转粘度计（如图2.3所示）来分析钻井液的流变性能。

它有两个同轴直立圆筒（内筒和外筒），当外筒旋转时，由于液体的粘滞性，把运动传给内筒。

如果设半径为r2的外筒以恒定角速度ω旋转，半径为r1的内筒旋转一定的角度后不再转动。

位于两圆筒之间液体则呈同心圆筒层的形式旋转。

紧贴外筒的液层，具有和外筒相等的角速度ω；紧贴内筒的液层的角速度为零。

公式推导请参阅有关书籍。

图2.2马氏漏斗粘度计

1-漏斗;2-量杯;3-筛

图2.3六速施转粘度计

1-总开关;2-托盘;3-开关;4-指示灯;5-外筒;6-外筒刻线;7-刻度指示;8-弹簧罩;

9-变速杆;10-挡位牌;11-变速箱;12-传动杆;13-电机;14-保险丝;15-电源插座

（一）测量仪器

1.电动六速旋转粘度计采用双速同步电机,仪器有六个转速,每个转速相应的速梯如下表。

表2.1粘度计转数与速梯关系

转速

600

300

200

100

6

3

r／min

速梯

1022

511

340

170

10

5

测量范围:

粘度对牛顿流体0—300mPas

对非牛顿流体0—150mPas

剪切应力0—153.3Pa

2.变速部分:

由变速箱、变速杆及变速电路组成，按动低速键钮，如图（B）所示浅绿灯亮，变速杆的三个位置如图（C）所示，从上而下分别表示100、3、300r／min，扭动高速键钮，兰灯亮，变速杆的三个位置从上到下分别表示200、6、600r／min。

变速杆可以连续换挡，不须停机。

3.测量部分:

由扭力弹簧,刻度盘,内筒,外筒组成,内筒与轴为锥度配合,外筒是卡口连接。

4.支架,箱体部分:

包括底座,支掌轴托盘等。

（二）测量步骤

⒈接通电源以300r／min和600r／min试运转,外筒不得有偏摆,掌握好六个挡的操作方法。

⒉检查指针是否正对刻度盘0位,如果不对,则须调0位。

⒊将刚搅拌过的钻井液（约350ml）倒入样品杯，立即置于托盘上，上升托盘使液面至外筒刻度线处，固定好托盘，注意样品杯底与外筒底之间的距离不应小于1.3cm。

⒋从高速到低速进行测量，待刻度盘平稳后，记下各转速下的刻度盘读数。

⒌静切力测量

先将流体用600r／min搅拌1分钟，然后静止1分钟，用3r／min测量，读得的刻度盘最大值乘以0.511,即为初切力θ1。

再将流体用600r／min下搅拌1min,静止10min，用上述方法测量和计算，即得终切力θ10。

⒍数据处理:

mPas

Pasn

（lmin）Pa

（10min）Pa

塑性粘度

Pas

表观粘度

Pas

流性指数

（三）实验要求

⒈按下表记录数据

读数流体

Φ600

Φ300

Φ200

Φ100

Φ6

Φ3

油

高分子溶液

钻井液

⒉计算

、

、

、n、K、

、

，绝对粘度

、极限高剪粘度

，卡森动切应力

。

⒊在同一张座标纸上绘制三种流体的实际流变曲线并指出它们各属何种流体。

⒋对钻井液按宾汉、幂律、卡森模式进行计算，并分别绘制流变曲线。

对绘制的理论曲线与实际流变曲线相比较，所测钻井液的实际曲线与哪种模式相近。

四、钻井液的滤失量、泥饼厚度及pH值的测定

钻井液滤失量的测定，对钻井液的控制及处理将起到重要作用。

该性能不仅受到钻井液中固相含量以及一些物理及化学方面的影响。

同时也将受到温度及压力变化的影响，因此，通常需要测量室温低压下滤失量及高温高压下的滤失量。

这里我们只介绍测量室温低压下的滤失量，若在生产实际中需要测高温高压下的滤失量。

可参阅有关资料。

（1）测量仪器

六联（或ZNS）型气压失水仪,如图2.4

图2.4失水仪

1-盖;2-气瓶;3-通气体;4-手柄;5-减压阀;6-压力表;7-支架;8-输出部件;

9-放空阀;10-三通头;11-泥浆杯;12-量筒

ZNS型气压失水仪的结构及工作原理:

如图2.4所示。

仪器主要有气源输入部件、输出部件和钻井液杯等部分组成。

气源输入部件由盖⑴、气瓶⑵和通气⑶组成（六联失水仪用钢瓶供气）。

把装有

气体的气瓶装入气源输入部件。

把盖拧紧，气瓶即打开。

气体进入减压阀⑸，拧紧手柄⑷，可使输出的气体压力达到要求值。

减压阀上装有压力表⑹，指示此压力。

输出部件⑻上装有放空阀⑼和三通接头⑽。

三通接头与钻井液杯⑾接通。

放空阀把剩余压力放空。

其工作原理见图2.4。

当放空阀关死时，即处于位置1，减压阀输出被密封圈堵死，气体无法进入钻井液杯。

而钻井液杯与大气相通。

当放空阀退出时，即处于位置2，钻井液杯与大气隔绝而与减压阀输出相通。

CO2气体由减压阀输出进入钻井液杯。

当放空阀恢复到位置1时，这时钻井液杯内气体放空，便可安全卸下钻井液杯。

（二）测量步骤

⒈打开气瓶，调整减压阀，使之准确为0.7Mpa。

⒉取下钻井液杯，在底部扁密封圈下放一张Φ9滤纸，旋紧钻井液杯卡口，倒入钻井液至杯内刻度线，小心放到支撑架上，放好上部密封圈（大小要合适，必要时用手摸一下，以防止密封不严），旋紧钻井液杯盖顶部螺丝。

取一支量筒；放到支撑架托盘上，上移托盘至合适位置，用螺丝固定好。

拿好秒表，准备测量。

⒊逆时针旋转放空阀手柄至一定程度，气体进入钻井液杯，按动秒表，开始计时。

此时不可继续旋转手柄，以防止将放空阀完全旋出，将气源气体完全放出。

观察气体是否进入钻井液杯，基本有两种方法：

第一种，当钻井液杯排放管有滤液出现时，表明已进气；第二种，当压力表指针往回偏摆，以后又慢慢恢复到0.7Mpa时，表明气体已进入钻井液杯，当钻井液初失水很小时，不宜采用第一种方法。

⒋30min后，取下量筒。

顺时针旋转放空阀（注意方向不要弄错），到一定程度，听到“咝咝”的声音，同时可感到气体从手柄上的气眼中放出，声音消失时，旋紧手柄，即可安全卸下钻井液杯。

读取量筒中滤液的体积（ml），即得钻井液的失水量；用pH试纸测滤液的pH值，即得钻井液的pH;倒出钻井液杯中的钻井液，用水轻轻冲洗泥饼表面，用钢板尺即可测量泥饼的厚度（mm）。

通常，应测量30min的失水量。

但对于API试验来说，如失水量大于8ml,用7.5min所得的失水量乘以2,即得API失水量的近似值;泥饼厚度也乘以2。

（三）注意事项：

⒈熟练使用三通阀，以免实验失败或出现危险；

⒉往钻井液杯放滤纸时，不要打湿滤纸，以免影响测量结果准确性；

⒊密封圈要放好。

五、钻井液中含砂量的测定

钻井液中含砂量是指钻井液中不能通过200号筛网（相当直径大于0.074mm）的砂子体积的百分比。

（一）测量仪器

如图2.5所示,仪器由过滤筒、漏斗和玻璃量筒组成。

过滤筒中间装有铜筛网，规格为200孔∕in，即80孔∕cm,量筒的最小分度为0.2mm。

（二）测量步骤

先在玻璃量筒中装入定量钻井液（20—40mm），再加一定比例的水，用手指盖住筒口，将钻井液和水摇匀，慢慢倒在过滤筒内，边倒钻井液边用水冲洗，为加快过滤速度，可摇晃过滤筒，直至钻井液冲洗干净，网上仅存砂子为止。

套上漏斗倒置过滤筒，把漏斗口插入玻璃量筒口内，用水将筛网上附着的砂子全部冲到量筒里，等砂子沉到底部细管后，读出含砂量的容积，计算其占钻井液体积的百分比。

（三）注意事项

⒈加入玻璃量筒中的钻井液和水的总体积最好不超过160ml,以免影响摇晃。

⒉用水冲洗过滤筒中的钻井液时，水要四周冲，同时水不宜过多，以免水溢出把砂子带跑。

图2.5含砂量测定仪

1-过滤筒;2-漏斗;3-玻璃量筒

六、钻井液中固相含量的测定

钻井液的许多性能，例如：

密度、粘度、切力在很大程度上取决于固相的类型和含量；固相的类型和含量还是影响钻井速度的主要因素，因此固相控制在钻井液工艺中占有突出的地位。

钻井液中各种固相（土、钻屑、重晶石等）的含量数据是固相控制的依据，因此钻井液固相含量的测定无疑是十分重要的。

钻井液的固相含量和液相含量可以用蒸馏器来测量。

把一定体积的钻井液试样放在一个耐腐蚀的容器中，加热使其液相成分完全蒸发。

蒸汽经过冷凝器，用一个带有刻度的量筒收集蒸馏出的液体，从而测定出液相的体积。

悬浮的、溶解的固相总含量，可以从钻井液体积与液相体积的差值而得到。

图2.6固相含量测定仪

1-电源接头;2-加热棒插头;3-套筒;4-加热棒;5-钻井液;6-引流管;7-冷凝器;8-量筒

（一）测定仪器

钻井液固相含量测定仪（如图2.6）。

（二）测量步骤

⒈拆开蒸馏器,放平钻井液杯,将搅拌好的钻井液倒入杯中倒至差点将满。

⒉轻轻地将钻井液杯盖放置杯口，让多余的钻井液从螺孔溢出，将溢出的钻井液揩净，此时杯内的钻井液为20ml。

⒊轻轻地抬起杯盖，滑动盖子，将粘附在盖底面上的钻井液刮回到钻井液杯中。

⒋向钻井液杯中加入3～5滴抗泡沫剂，以防止蒸馏过程中钻井液溢出，然后拧上套筒。

⒌将加热棒旋紧在套筒上部（注意竖直，勿使钻井液从引流管处溢出）。

⒍将加热棒插头插入电源接头（注意蒸馏器必须竖直）。

⒎在仪器箱后，将蒸馏器引流管插入冷凝器侧端孔内，且紧抵导流管，放置稳定，将一清洗干净的量筒夹在冷凝器导流管口处收集冷凝液。

⒏将电源插头上电源（220V，交流），进行蒸馏，且记时间。

⒐通电3～5min，第一滴馏出液馏出，其后连续蒸馏，直至钻井液被蒸干，不再有馏出，拔下电源插头，切断电源。

蒸馏时间大约需20～40min。

⒑记下量筒内馏出液（水或油与水）的体积数，若馏出液为水与油，且分层不甚清晰，可向内加入1～3滴破乳剂。

⒒用环架套住套筒上部，将蒸馏器与冷凝器分开，拔下电源接头，将蒸馏器淋水冷却（注意勿使水淋在加热棒上）。

⒓大部分固相成分残留在钻井液杯内，很少量附着在加热棒上和套筒内壁上，取下加热棒，用刮刀刮净钻井液杯，加热棒及套筒上固相成分，勿使有失，然后以精确天平称重，算出固相重量百分含量或体积百分含量。

⒔冲冼蒸馏器和冷凝器孔，揩净加热棒，然后将其风干，放好。

（三）注意事项

⒈蒸馏时要严格控制时间，蒸干即可，不宜过长，以利延长加热棒使用寿命，一般蒸馏30分钟即达最高温度（约600℃左右）。

⒉加热棒内的电烙铁蕊易坏，拿时应轻取轻放，不可碰击硬物或摔掉地上，以免电阻丝断掉。

七、钻井液静切力的测定

钻井液的静切应力指的是钻井液的凝胶强度。

其大小是指使钻井液开始流动的最低切应力，单位为“Pa”。

切力计（如图2.7所示）是测定钻井液静切力的一种辅助仪器（在本节第三段中已介绍了用六速旋转粘度计测静切力的方法）。

它是由一个长89mm,内径为36mm，重5g的硬铝筒和标有静切力单位的刻度尺及试样杯组成。

读数可由刻度尺上直接读出。

但此读数不能与直读式粘度计所测得的结果相比。

（一）测量仪器

⒈ZNQ型浮筒切力计，如图2.7所示;

⒉电动搅拌器等。

（二）测量步骤

⒈将500cm3搅拌好的钻井液倒入试样中（钻井液面对齐刻度的零线）,静止1min,把浮筒沿刻度尺垂直向下送至与钻井液面接触时,轻轻松手,浮筒下降。

待静止时,读出浮筒上端所指刻度值,即为初切刀θ1。

⒉取出浮筒，洗净凉干，重新搅拌试样杯中的钻井液，将钻井液倒入试样杯中静放10min,测切力，即为终切力θ10。

（三）注意事项

⒈测量时要防止振动，勿使浮筒和刻度尺接触。

⒉保护好浮筒以免碰坏或卷边。

图2.7切力计

1-刻度尺;2-浮筒;3-泥浆杯