水基钻井液配制及API失水的测定

实训一水基钻井液配制及API失水的测定一、实训目的要求1、了解和掌握钻井液的配制过程及方法，学会按所需比重配制 一定量的水基钻井液。2、了解测定钻井液常规性能的各种仪器的测定原理，正确掌握 测定钻井液常规性能的仪器设备的使用方法。3、正确掌握API失水仪的测定。二、实训仪器及药品高速搅拌机一台、高搅杯、API失水试验仪、秒表、天平、膨润 土等。三、实训内容与测定方法1、水基钻井液的配制钻井液（泥浆）的种类很多，通常分为两种基本类型：即水基钻井 液和油基钻井液。油基钻井液是以柴油（或原油）作分散介质，水及有 机土或其他的亲油粉末物质作分散相，加乳化剂等处理剂配制而成； 水基钻井液是以水为分散介质，其基本组分是粘土（搬土）、水、和化 学处理剂，这类钻井液发展最早，使用最广泛。我们这里所要配制的 钻井液只是其中一种最基本、最简单的水基钻井液，即般土原浆。它 的配制要点是在选定粘土的基础上，加入适量纯碱或其它处理剂，以 提高粘土的造浆率。纯碱的加量依粘土中钙的含量而异，可通过小型 实验求得，一般不超过泥浆体积的1%。加入纯碱的目的是除去粘土 中的部分钙离子，使钙质膨润土转化为钠质膨润土，从而提高它的水 化分散能力，使粘土颗粒分散得更细。Ca（土）+ NaCO=Na +CaCO。23（土）3因此，原浆加纯碱一般呈现粘度增大，失水量减小；如果随着纯碱加 入失水量反而增大，就说明纯碱加过量了。有的粘土只加纯碱还不行， 需要加少量烧碱，其作用是把粘土中氢质土转化为钠质土。计算出配制密度为1.05的水基钻井液500ml所需膨润土重量 （密度约为2.20g/cm3）,用夭平称取所需膨润土。其计算公式如下:m ”（ PL c P - 1m。配浆所需的膨润土粉重量g；V 所配钻井液的密度g/cm3；p膨润土粉的密度g/cm3；V 需配制的钻井液体积ml。所需水量：V = V p - m2、钻井液配制（配制1杯）用量筒量500ml自来水放入高搅杯，将高搅杯放于高搅器下高速 搅拌（11000转/分钟），一边搅拌一边缓慢加入已称好的膨润土粉（注 意防止土粉在杯底堆积），待土粉全部加完后，继续搅拌35分钟， 按土粉重量的25%称取所需的纯碱粉边搅边加入钻井液中，继续 搅拌30分钟，直到钻井液的温度基本接近室温即可。注：现场一般配浆是用自来水在常温下配制，配好后需放置几天至十 几天，以使土粉充分水化分散，钻井液性能稳定下来才能使用。本实 验用热水配浆的目的是为了加快膨润土的水化分散，配制的钻井液也 应放置几天，性能才能稳定。因时间限制本实验配制的钻井液没有放 置陈放。由于配制的钻井液性能受到的影响因素很多，如水温、搅拌 时间长短和强度、加土和碱的速度及时间、室温高低等，所以配制的 钻井液性能各组可能有所不同。2、钻井液失水量测定钻井液的滤失量分为API滤失量（静滤失量），是指室内在一定的 压差（69035kP相当于70.35kg/cm2）作用30分钟，通过截面积 为45.80.6（直径9cm）过滤面积的滤纸所渗透出来的失水量，同时， 在滤纸上沉积的固相颗粒的厚度称为泥饼厚度（以mm表示）；高温高 压滤失量，即在1034.25KPa及150C下测定的滤失量；动滤失量即 指在一定剪切速率下测定的滤失量，滤失量均以ml表示。一般规律 是，同一钻井液，滤失量越大，泥饼愈厚。我们这里用国产仿API失水仪测定钻井液的滤失量就是钻井液 的静滤失量。钻井液滤失量是一种渗滤现象，它的特点是钻井液处于 静止，作为渗滤介质的泥饼（另一介质是地层）的厚度是个变数，它随 渗滤时间的延长而增厚。影响静滤失量因素有渗滤时间、渗滤压力、 固相的数量及类型、泥饼的渗透率、滤液粘度及温度等，根据钻井液 静失水基本方程，当其它不因素不变时，钻井液的滤失量与渗滤时间 的平方根成正比；渗滤压力（钻井液液柱压力与地层孔隙内流体压力 之差）对钻井液滤失量的影响在其它条件相同的情况下，压差对钻井 液的影响存在三种不同的情况：一种是随压差增加而变大；一种是不 随压差而变化；另一种是压差愈大滤失量反而变小，说明泥饼具有较 好的压缩性。钻井液中固相含量增加，滤失量减小，泥饼增厚。而泥 饼的渗透率才是影响滤失量的主要因素，因此，控制钻井液滤失量的 途径主要是降低泥饼的渗透率。泥饼的渗透率取决于构成泥饼的粘土 及其它颗粒的尺寸、形状与水化程度。颗粒越小，形状越呈扁平状， 在压力下越易变形；水化膜越厚者，渗透性越小。由此可见，钻井液 滤失量这个参数实际上反映了钻井液的胶体性质，分散的、较细的胶 体粒子占了相当数量，才有可能把钻井液的滤失量控制在较小的数值 之内。放空阀的工作原理（见图）：当放空阀关死时，即处于位置1,减压阀输出（A室）被密封圈堵死，气体无法进入泥浆杯内（B室），而泥浆杯（B室）与大气（C室）相 通。当放空阀退回1圈时，即处于位置2，（B室）与外界隔绝，而与 泥浆杯相通，即气体由减压阀输出，经过输出管道，进入泥浆杯。当 放空阀恢复到位置1时，这时泥浆杯内压力被放空，便可安全地卸下 泥浆杯。Jill放空阀原理图减压阀工作原理（见图）：（1）当我们工作时，顺时针转动调压手柄（6）下压调压弹簧（5）及 膜片组件（4）将阀芯打开，使高压室气体经过阀芯配合空隙处（阻尼） 进入低压室。（2）膜片组即产生向上推力，企图将阀门关闭，使输出压力下降， 当作用在膜片的推力与弹簧压力平衡后，减压阀便有一定大小的压力 输出。（3）当输入压力发生波动时，若压力在瞬时升高，输出压力也随 之升高，而作用在膜片上推力也相应增大，破坏了原来的力平衡状态， 从而必然导致上压调压弹簧，使膜片上移，此时靠高压室复位弹簧（3） 及阻尼的作用，使阀杆上移，从而使阀门开度减小，节流作用增大， 使输出压力回降，直达到新的力平衡为止。而重新平衡后的输出压力， 基本上又回到原来的调压数值。(4) 反之当输入压力瞬时下降，膜片下移，阀门开度增大，节流 作用减小输出压力又基本上回升到原来的数值。这就是减压阀能稳压 的工作原理。总之，减压阀的工作原理是靠进气阀芯处的节流作用减压，靠膜 片上力的平衡作用来稳压。正 二二:.D1-减压阀座；2-阀芯组件；3-高压复位弹簧；4-阻尼组件；5-调 压弹簧；6-调压手柄；7-调压阀盖；8-输入气接头；9-011X19 密封圈；10-输出气接头减压阀图测量方法及步骤：(1) 逆时针旋转减压阀调压手柄(6)使之成自由状态(此时减压阀 高低压室关闭)，使气瓶中的气源不能进入减压阀。同时顺时针旋紧 放空阀旋钮(见图)。 51-支架组；2-减压阀装配；3-放气阀组；4-泥浆杯组；5-量筒挂架; 6-20毫升量筒图ZNS型中压失水仪图(2) 将泥浆杯及泥浆杯盖和“0”型密封圈等用干布擦拭干净， 用手指堵住泥浆杯输气接头端面小输气孔，慢慢倒入被测钻井液至泥 浆杯高度的刻度线处(注意钻井液不能装满泥浆杯)，先把“0”型 密封圈平放在泥浆杯台阶上(若台阶上沾有钻井液须用布擦干净)，然 后再把一张定性干滤纸平放在“0”型密封圈上(注意不要浸湿滤纸)， 将泥浆杯盖放在滤纸上，使杯盖的凸缘夹在泥浆杯的凹槽之间，再顺 时针用力拧紧，使杯与盖的凸缘重叠宽度在1/21/3左右。注 意不要拧的太紧，以避免把滤纸擦破或实验完后难以打开杯盖，但是 也不能拧的太松使钻井液漏失或加压后杯盖滑脱，造成实验失败。(3) 将泥浆杯倒过来，使泥浆杯的矩形公接头插入失水仪三通接 头的矩形母接头下，向任意方向旋转1/4圈使之吻合。(4) 将20ml量筒对准泥浆杯盖下的滤水孔，平放在底座上。(5) 顺时针旋转调压手柄(6)(见图)，使气瓶的气体进入低压室， 同时观察减压阀压力表指针，调整压力至56kg/cm2。(6) 按逆时针方向，慢慢旋转放空阀旋钮(见图)，使高压室气体 进入低压室，同时观察压力表指示，当压力表指针瞬时发生较大角度 下降时，表示压力已经进入泥浆杯，待指针基本稳定后，迅速转动调 压手柄调压至7kg/cm 2，即泥浆杯内压力始终保持7kg/cm2，直 至见到第一滴滤液流出开始计时。(7) 若测定时，7.5分钟时的滤失量小于8ml，则应连续测量至 30分钟。30分钟的滤失量即为API滤失量。若7.5分钟时的滤失量 大于8ml，则可用7.5分钟时的滤失量乘以2,即为该钻井液的滤失 量，也即API的失水量。本实验为了验证泥浆静失水基本方程，要求 测定和记录以下时间的失水量。1、 2、 3、 4、 5、 6、 7.5、 10、 12、 14、 16、 18、 20、 22、 25、 30分钟。附表累计失水量时间(分)1234567.510滤液(ml)时间(分)1214161820222530滤液(ml)泥饼厚度(毫米)固相测定W杯(g)W杯+浆(g)蒸馏液体积(ml)W杯+固(g)固相含量固相平均比重水油重量体积s数据(8) 当测量时间到30分钟时，立即取出量筒，读出量筒内滤液体 积并记录。逆时针旋转调压手柄，将减压阀关闭(若需要再次测定滤 失量，可不需关闭减压阀)，切断高低压室气源。 (9)按顺时针旋 转放空阀(旋紧)，将泥浆杯内气体放空，即旋转到能够听到放空阀的 出气小孔发出“咝咝”的响声为止(表示杯内气体已放出)。(10) 将放空后的泥浆杯旋转90，取下泥浆杯并倒过来，按逆 时针方向打开泥浆杯盖，用较小的水轻轻冲洗掉滤纸上泥饼表面的钻 井液，取出滤纸及泥饼平放在水平面上，用钢板尺垂直插入泥饼测量 泥饼厚度并记录。(11) 用pH试纸测定滤液pH值，记入表格。(12) 丢去泥饼及滤纸，清洗泥浆杯及盖、“O”型密封圈及量筒， 特别是泥浆杯盖的金属网丝一定要用自来水冲洗干净并擦干，放回原 处。(13) 当测量完毕后(不连续测量时)，应将气源切断后(减压阀杆 处于松弛状态)，逆时针旋转放空阀将减压阀和输出接头的余气一起 放空。(14) 实训全部结束后，将所有钻井液倒入共用大桶中备用，洗净 擦干仪器及桌子等。五、实训报告要求内容：1. 填写相应实验报告单的表格。2. 在直角坐标纸上，绘出泥浆累积失水量与时间平方根的关系 图。3. 讨论实验现象，记录重要收获，尽量提出问题和改进建议。