中国石油大学-钻井液常规性能测试

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钻井液常规性能测试 一、实验目的

1、掌握六速旋转粘度计的使用方法以及钻井液表观粘度、塑性粘度和动切力的测定和计算方法； 2、掌握静滤失仪的使用方法以及钻井液滤失量、pH值和泥饼厚度的测定方法； 3、掌握钻井液膨润土含量的实验原理和测定方法； 4、掌握钻井液密度的测定方法； 5、掌握钻井液漏斗粘度的测定方法；

6、掌握钻井液固相含量的测定方法和实验原理。 二、实验原理

1、六速旋转粘度计的工作原理、使用方法及粘度和切力的计算 （1）六速旋转粘度计的结构和工作原理

六速旋转粘度计（图1）是以电动机为动力的旋转型仪器。被测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为内筒转角的测量。记录刻度盘的表针读数，通过计算即为液体表观粘度、塑形粘度和动切力。

图1 六速旋转粘度计及变速拉杆 （2）六速旋转粘度计的使用方法

①接通电源，拨动三位开关至高速位置，待外筒转动后，将变速拉杆的红色球形手柄（手柄位置与转速的选择如图1）放置在最低位置，此时外筒转速即为600rpm。观察刻度盘是否对零（若不对零，可松开固定螺钉调零后再拧紧）、外筒是否偏摆（若偏摆，应停机重新安装外筒）。检查调速机构是否灵活可靠。 ②将刚高速搅拌过的钻井液倒入泥浆杯中至刻度线（此处钻井液的体积为350ml），立即置于托盘限位孔上，上升托盘，使液面与外筒刻度线对齐，拧紧托盘手轮。迅速从高速（600rpm）到低速（3rpm）依次测量。待刻度盘读数稳定后，记录各转速下的读数Ф。

③实验结束后，关闭电源，松开托盘手轮，移开泥浆杯，倒出泥浆。左旋卸下外转筒，将外转桶和内筒清洗后擦干，将外转筒安装在仪器上。 （3）粘度和切力的计算方法

表观粘度AV＝0.5×Ф600，单位：mPa.s； 塑性粘度PV＝Ф600－Ф300，单位：mPa.s； 动切力YP＝0.511×（2×Ф300－Ф600），单位：Pa。简略计算时，可将0.511替换为0.5。 2、静滤失仪的工作原理、使用方法及滤失量、pH值和泥饼厚度的测定

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（1）钻井液滤失原理

在滤失介质两端施加一定的压力差，在压力差的作用下，钻井液通过滤失介质发生滤失。 （2）打气筒静滤失仪的结构和工作原理

打气筒静滤失仪（如图2）是将一定量的钻井液，注入筒状钻井液杯中，上紧杯盖，接通气源，调节减压阀将压力调至0.69MPa，打开放气阀，气源进入钻井液杯中。通过静滤失仪可记下滤失时间、滤失量并可留取泥饼。

图2 打气筒静滤失仪

1-带压力表的打气筒 2-减压阀 3-底座 4-钻井液杯 5-量筒

图3 减压阀的操作示意图

图4 放空阀的操作示意图（左图为进气、右图为关闭或排空）

图4-5 钻井液杯的安装示意图

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（3）打气筒静滤失仪的使用方法

①松开减压阀（逆着图3箭头方向旋转减压阀手柄，将手柄退出），使减压阀处于关死状态，此时无压力输出和显示，然后关闭放空阀（如图4右图）。用力打气使气筒压力表达1MPa 左右，然后顺时针旋转减压阀（如图3箭头方向），直到压力表读数为0.69MPa。

②用手指堵住钻井液杯气接头小孔，倒入适量的泥浆，使液面与泥浆杯内刻度线平齐（高度以低于密封圈1-1.5cm最好），放好干燥的密封圈，铺一张干燥的滤纸，将干燥的泥浆杯盖盖好旋紧。然后装入三通接头并卡好（如图5），将量筒放在泥浆杯下面，对准出液孔。 ③顺着“进气”箭头方向推通气阀杆（如图4左图），同时观察压力表指示。当压力表稍有下降或听到有进气声后，即停止操作通气阀，开始计时并微调减压阀手柄，使压力表指示保持为0.69MPa。 ④记录7.5min时收集的滤液量，取开量筒，逆着“进气”箭头方向推通气阀杆（如图4右图），听到放气声后表示泥浆杯中余气放尽，取下泥浆杯。 ⑤冲洗擦干泥浆杯、杯盖和密封圈。

（4）钻井液滤失量、pH值和泥饼厚度的测定方法 ①钻井液滤失量的测定方法

假设钻井液的瞬时滤失量为0，7.5min时量筒中滤液体积的2倍即为静滤失量。 ②钻井液pH值的测定方法

将pH试纸放到滤液中浸湿后取出，待其颜色稳定后和标准色对照，估计出泥浆的pH值。 注意：此方法只有在滤液颜色较浅的水基钻井液中才可使用。 ③钻井液泥饼厚度的测定方法

7.5min静滤失实验结束后，打开泥浆杯，取下滤纸，用缓慢的水流小心的洗净泥饼上的浮浆，把滤纸放置在平整的桌面上，用钢板尺测量的平均厚度值的2倍即为泥饼厚度。 3、钻井液膨润土含量的测定原理和方法

（1）亚甲基兰溶液测定钻井液膨润土含量的实验原理

亚甲基兰是一种阳离子材料，在水中电离出氯离子和有机阳离子。当带负电荷的粘土晶片与带正电荷的亚甲基兰染色离子结合生成兰色水不溶物后，亚甲基兰褪色，只有当溶液中有游离的亚甲基兰时才呈绿兰色。

（2）钻井液膨润土含量的测定方法

①用不带针头的注射器准确吸取2ml均匀泥浆置入三角瓶中，然后加入10ml蒸馏水稀释。若所测钻井液中有有机处理剂，需要使用氧化剂去除之。

②用0.01mol/l亚甲基兰溶液滴定，每滴入1ml（或更少）亚甲基兰后，旋摇30s，用玻璃棒沾一滴液体沾至滤纸上，观察在染色固体斑点（粘土和亚甲基兰的复合伍）外是否出现绿兰色圈，若无色圈继续滴加。 ③若发现绿兰色圈，继续旋摇2min后又消失，说明终点快到，小心加入0.5ml（或更少）亚甲基兰溶液，直至旋摇2min后色圈仍不褪色，则达到终点，纪录所消耗的亚甲基兰溶液的体积V甲。 ④钻井液膨润土含量=

V甲0.01100V甲， 单位：g/l。 100014.3V泥70V泥三、仪器与药品

钻井液：400ml；高速搅拌机；六速旋转粘度计；打气筒失水仪；滤纸：Ф90；量筒：20ml；）秒表；钢板尺：精度1mm；pH广泛试纸；亚甲基兰溶液：0.01mol/l；酸式滴定管：25ml；三角瓶：250ml；玻璃棒；钻井液用密度计；马氏漏斗粘度计；ZNC型固相含量测定仪；电子天平；注射器：5ml、10ml。 四、实验步骤

1、用高速搅拌器高速搅拌钻井液10min。

2、使用六速旋转粘度计测定并计算钻井液表观粘度、塑性粘度和动切力； 3、使用打气筒滤失仪测定钻井液滤失量、泥饼厚度和pH值； 4、测定并计算钻井液膨润土含量； 5、学习并掌握测定钻井液密度的方法； 6、学习并掌握测定钻井液漏斗粘度的方法；

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7、学习并掌握钻井液固相含量的测定原理和方法。 五、数据处理 项目 数据 600 11 7 300 滤失量mL 17.0 泥饼厚度mm 2.0 pH 9 V浆mL 2.0 V亚mL 16.0 表1 钻井液常规性能测试实验记录表 表观粘度

AV0.56000.5115.5mPas

塑性粘度

PV6003001174mPas

动切力

YP0.511(2300600)0.511(2711)1.533Pa

钻井液膨润土含量=

V甲0.01100V16100014.3甲14.3114.4g/l V泥70V泥2六、思考题

1、钻井液的粘度测定前，为什么通常都需要使用高速搅拌机进行搅拌？

答：在实验前需要用告诉搅拌机进行搅拌，目的主要是为了让各部分均匀，不用高速搅拌机搅拌的话，钻井液会沉降，导致各部分的组成、粘度不一样，给实验带来很大的误差。

2、使用六速旋转粘度计测得的表观粘度和马氏漏斗粘度有没有对应关系？为什么？ 答：测得的粘度不能直接进行比较。

因为马氏漏斗粘度计的测量原理是将一定量（的钻井液在重力作用下从一个固定漏斗中自由流出所需的时间来表示钻井液的粘度。通常用“s”来表示。马氏漏斗粘度表征低剪切速率下钻井液的性质，由于漏斗粘度计测得的数据在很大程度上受胶体含量和密度的影响，从而引起漏斗中液柱静压力的变化。由于这些原因，用漏斗粘度计测得的粘度数据不能与用六速粘度计测得的数据进行直接比较，但它们反应的流体粘度性质大致相同。

3、静滤失量测定时，要求先准备好工作压力，然后再倒入钻井液后迅速加压测量，请结合静滤失方程进行解释。

答： 根据公式

dVfKAp。 dth（式中：dVf/dt——滤失速率；K——泥饼渗透率；Vf——滤失体积，即滤失量；A——渗透面积；P——

渗滤压力；t——滤失时间；h——泥饼厚度；——滤液的粘度。）

由公式可以看出，要使实验准确并易于计算，需要保持渗滤压力P保持不变。先准备好工作压力，再倒入钻井液加压测量有利于使滤失压力保持不变。假如先加钻井液，再加压力，会使滤失压力呈现一个变化趋势，使实验结果误差较大。

4、未知成分的钻井液，测定膨润土含量时，需要使用氧化剂以减少试验误差，为什么？

答：未知成分的钻井液中可能会有一些有机处理剂，这样做可以防止有机处理剂与亚甲基蓝反应，对实验造成误差。用氧化剂氧化后可减轻钻井液中有机处理剂对亚甲基蓝的影响。

5、分析膨润土含量的计算公式，在不考虑测量误差的前提下，指出该公式可能产生误差的主要原因。

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答：钻井液膨润土含量=

V甲0.01100V实验将要到达终点是加亚甲基蓝过快，100014.3甲。

V泥70V泥导致记录的亚甲基蓝的体积比实际大，出现误差；或者钻井液中有一些物质与亚甲基蓝反应，导致使用的

亚甲基蓝的体积与实际不同，出现误差。

6、测定钻井液膨润土含量时，首次出现绿兰色圈后，继续旋摇色圈可能会消失，为什么？

答：因为泥浆体系可能分布不均匀，粘土中水化后带负电的可交换阳离子没有完全消耗带正电荷的染色离子，所以出现绿兰色圈，而再搅拌两分钟后由于进一步与粘土离子结合使溶液中没有游离的亚甲基兰，绿兰色圈就会消失。

7、漏斗粘度计为了保护管嘴的内径，即使出现堵塞也不允许使用铁丝等硬物穿通，假如密度计的钻井液杯附着水泥等难以溶解去除的异物，对测量结果的有无影响？为什么？

答：无影响。因为实验时首先会校准，用同钻井液杯装水，然后校准。之后再用同一个杯子装钻井液进行实验。加入杯子中有异物，会在校准过程中处理掉，不会对最终结果造成影响。

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