油井水泥浆性能实验

中国石油大学 钻井工程 实验报告

实验日期： 成绩：

班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者： 油井水泥浆性能实验

一、实验目的

1.掌握油井水泥浆的制备方法 ;

2.掌握测定水泥浆密度、流变性能和稠化时间的原理、实验流程及步骤。

二、实验原理 1、水泥浆密度

水泥浆密度是由配制水泥浆的水泥、配浆水、外加剂和外掺料等材料的密度和掺量决定的。

实验中使用YM型钻井液密度计测量水泥浆的密度，该仪器是不等臂杠杠测试仪器，杠杠左端为盛液杯，右端连接平衡筒。当盛液杯盛满被测试液体时，移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡位置，此时砝码左侧边所对应的刻度线就是所测试液体的密度。

2、水泥浆流变性能

大多数水泥浆表现出复杂的非牛顿流体特征。一般来说，水泥浆属于剪切稀释型流体，描述水泥浆流变性质最常用的流变模式为宾汉塑性模式和幂律模式。

（1）宾汉塑性模式

y

p

（2）幂律模式

k

n

实验中使用六转速粘度计测量水泥浆的流变性能，该仪器是以电动机为动力的旋转型仪器。被测试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，外转筒通过被测试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变为内筒转角的测量。记录表盘参数，通过以下方法计算水泥浆的流变参数。

n-幂律系数, 无量纲量； k-稠度系数，Pa Sn。

首先，判别流变模式 ：

0.5 0.03

F ( 200 100)/( 300 100)

0.5 0.03

宾汉塑性模式 幂律模式

式中：F—流变模式判别系数，无量纲； 300—转速300r/min读数；

200—转速200r/min读数； 100—转速100r/min读数。

然后，计算流变参数：

宾汉塑性模式流变参数

( 300 100) p 0.0015

300 511 p o 0.511

幂律模式流变参数

300

n 2.092lg 100

0.511 300 K 511n

3、水泥浆稠化时间

稠化时间是指从水泥浆配浆开始到水泥浆注入稠化仪中，在实际井温和压力条件下，水泥浆稠度达到100 Bc所经历的时间。

实验中使用常压稠化仪测量水泥浆的稠化时间。配制好水泥浆后，随着水泥水化，水泥浆不断变稠，稠化仪浆叶旋转剪切水泥浆的阻力增大，使安装在电位计上的弹簧扭矩及其指针旋转角度也相应增大，电位计的阻值及电压也随之增大。因此，电位计所反映出来的电压值，不仅表示了弹簧扭矩的大小，也反映了测量水泥浆稠度值的大小。

三.数据处理

（1）水泥浆配方

水泥浆的流变性能: 水泥600g+水灰比0.56

水泥浆的稠化时间：水泥600g+水灰比0.56+氯化钙3%

（2）水泥浆密度

实验温度及压力：常温常压 水泥浆密度：1.71g/cm3

（3）水泥浆的流变性能

实验温度及压力：常温常压 水泥浆的流变参数：

( 200- 100

）/( 300 100)=(51-37)/(63-37)=0.54

所以，该水泥浆为幂律模式

n=2.092lg/ ( 300 100) =0.79 k=0.511* 300

/511=0.23

n

γ=ρ*g =1.7*9.8=16.66 τ=k* γn=0.23*16.660.79 =7.63 Pa （4）测定水泥浆的稠化时间

表3不同时间的水泥浆稠度

做时间—稠度图：

由上图知前20分钟泥浆稠度基本未变，20分钟后，泥浆的稠度开始线性变化, 并且稠度呈现出指数型增长的趋势.

六 思考题

1、除了以上测定的水泥浆密度、流变参数和稠化时间外，还有其它哪些参数来表征水泥浆的性能？

答：水泥浆的失水、水泥浆的凝结时间、水泥石的强度和水泥石的炕蚀性也能表

征水泥浆的性能。

2、为什么要经常标定指示计？

答：经常标定指示计是为了减小实验误差，使实验安全准确的进行。 3、以下不同的水泥浆稠化曲线，哪种所代表的水泥浆性能好，为什么？

答：水泥浆的调成之后，随着水化反应的进行，水泥浆变稠，流动性变差。在注水泥时用泵注入及顶底过程中，可能会出现水泥浆流动越来越困难，直到不能被 泵入，，此时，虽然还没有达到水泥的凝固，但已无法用泵注入基顶替了。所以，对于施工周期长的深井注水泥，就应当有较长的水泥稠化时间为保证。因此，③的泥浆性能好一些。 稠度

② ③

时间

七、实验小结

通过本次实验，我掌握了油井水泥浆的制备方法；同时我也掌握了测定水泥浆密度、流变性能和稠化时间的原理、实验流程及步骤。最后感谢老师的指导！