钻井与完井工程实验教学指导书主编：刘健辜思曼石油与天然气工程学院实验中心2017年12月
钻井与完井工程 实验教学指导书 主编：刘健 辜思曼 石油与天然气工程学院实验中心 2017年12月
目录实验一钻井液配制及常规性能测定2实验二油井水泥浆性能实验12实验三钻头破岩.26
1 目 录 实验一 钻井液配制及常规性能测定. 2 实验二 油井水泥浆性能实验. 12 实验三 钻头破岩.26
实验一钻井液配制及常规性能测定一、原理阅读捷年主编《钻井液工艺学（修订版）》第一章，第三章第一、二节，第六章第一节和本指导书。二、实验目的要求1、了解和掌握钻井液的配制过程及方法，学会按所需密度配制一定体积的水基钻井液。2、了解钻井液常规仪器的测定原理，正确掌握钻井液常规性能的仪器设备的使用方法。3、正确掌握流变参数的测定和四种常用流变模式的流变曲线绘制。三、实验仪器及药品六速旋转粘度计、液体密度天平秤（泥浆比重计）和漏斗粘度计、电动搅拌机等各一台，电热水器、瓷量杯、药物天平、安丘土、纯碱等。四、实验内容与测定方法(一)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。油基钻并液是以柴油或原油)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，即搬土原浆。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，一般不超过钻井液体积的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Ca(土)+NazCO3=Na(土)+CaCO3，从而提高它的水化分散能力，使粘土颗粒分散得更细。因此，原浆加入纯碱后一般呈现粘度增大，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，其作用是把粘土中的氢质土转化为钠质土。2
2 实验一 钻井液配制及常规性能测定 一、原理 阅读鄢捷年主编《钻井液工艺学(修订版)》第一章，第三章第一、二节，第六章第一节和 本指导书。 二、实验目的要求 1、了解和掌握钻井液的配制过程及方法，学会按所需密度配制一定体积的水基钻井液。 2、了解钻井液常规仪器的测定原理，正确掌握钻井液常规性能的仪器设备的使用方法。 3、正确掌握流变参数的测定和四种常用流变模式的流变曲线绘制。 三、实验仪器及药品 六速旋转粘度计、液体密度天平秤（泥浆比重计）和漏斗粘度计、电动搅拌机等各一台， 电热水器、搪瓷量杯、药物天平、安丘土、纯碱等。 四、实验内容与测定方法 (一)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，即搬土原浆。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 般不超过钻井液体积的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 Ca(土)＋Na２CO３=Na(土)＋CaCO３ ，从而提高它的水化分散能力，使粘土颗粒分散 得更细。因此，原浆加入纯碱后一般呈现粘度增大，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 中的氢质土转化为钠质土
1、计算配制密度为1.05的水基钻井液1000ml所需的膨润土及水量（一般常用的是安丘土，密度为2.20g/cm"），其计算公式如下：m。 = P.v.(e. - 1)P。-1me——配浆所需的膨润土粉的质量，kg：Pe——安丘土粉的密度，g/cm；Pn—所配钻井液的密度，g/cm；Vm——所配钻井液体积，L：所需水量Vw=VmPm一me，L。2、钻井液配制用糖瓷量杯从电热水器上接取热水1000ml（忽略土粉的体积），将塘瓷量杯放于电动搅拌器下低速搅拌，边搅拌边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2～3分钟，按土粉质量的25%称取所需的纯碱搅拌加入钻井液中，连续搅拌1030分钟左右，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，以使王粉充分水化分散，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、加土或碱的速度及时间、室温高低等，所以配制的钻井液性能各组可能有所不同。(二）测定钻井液密度钻井液单位体积的质量称为钻井液的密度，常以g/cm（kg/m）表示。钻井液的密度主要用来调节钻井液静液柱压力，以平衡地层孔隙压力，防止发生井喷。有时亦用来平衡地层构造应力，控制或减轻井塌。一般用来测定钻井液密度的仪器是液体密度天平秤(见图1)。测量范围一般为0.80～2.50g/cm。51-杠杆：2-主刀口：3-浆杯：4-浆杯盖：5-平衡圆柱：6-码：7-底座：8-主刀垫；9-挡臂：10-水准泡图1-1ZNB型液体密度天平秤示意图3
3 1、计算配制密度为1.05的水基钻井液1000ml所需的膨润土及水量(一般常用的是安丘土， 密度为2.20g/cm３ )，其计算公式如下： 1 1 c c m m c V m mc——配浆所需的膨润土粉的质量，kg； ρc——安丘土粉的密度，g/cm３ ； ρm——所配钻井液的密度，g/cm３ ； Vm ——所配钻井液体积，L； 所需水量Vw＝Vmρm－mc，L。 2、钻井液配制 用搪瓷量杯从电热水器上接取热水1000ml(忽略土粉的体积)，将搪瓷量杯放于电动搅拌器 下低速搅拌，边搅拌边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2～3分钟，按土粉质量的2～5％称取所需的纯碱搅拌加入钻井液中，连续搅拌10～30 分钟左右，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、加土或碱 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。 (二)测定钻井液密度 钻井液单位体积的质量称为钻井液的密度，常以g/cm３（kg/m３）表示。钻井液的密度主要 用来调节钻井液静液柱压力，以平衡地层孔隙压力，防止发生井喷。有时亦用来平衡地层构造 应力，控制或减轻井塌。一般用来测定钻井液密度的仪器是液体密度天平秤(见图1)。测量范围 一般为0.80～2.50g/cm３。 1-杠杆； 2-主刀口；3-浆杯；4-浆杯盖；5-平衡圆柱；6-砝码；7-底座；8-主刀垫；9-挡臂；10-水准泡 图1-1 ZNB型液体密度天平秤示意图
图1-2ZNB型液体密度天平秤1.实验测定前应对仪器进行校正：将浆杯中盛满自来水，使浆杯始终保持垂直，轻轻盖好杯盖，让多余的水从杯盖孔中溢出，然后用布擦干，把刻度臂梁（平衡梁）轻轻放在支架上，使主刀口正好放在底座的主刀垫上，移动游码（码）至游码左侧对准刻度的1.00g/cm时，称臂梁的水准泡应居中（达到平衡）。若不平衡则需旋开平衡圆柱的盖子，添加或取出一些铅粒使之平衡（若游码偏离“1.00"处不远，水平泡就可居中，则可记下游码偏离1.00的刻度值，记为△，然后进行数据处理）。2.测定钻井液的密度：将配好的钻井液充分搅拌以后，注入浆杯中，慢慢向下旋转浆杯盖，让多余的钻井液从杯盖的溢流孔中流出，确保杯盖与浆杯紧密接触，然后用手指堵住溢流孔，用水清洗掉杯外的钻井液并擦干，然后进行测定。测定方法与校正方法相同，游码左侧边缘所指示的数值，即为该钻井液的密度。（三）钻井液漏斗粘度的测定API标准是把从盛有1500ml钻井液的马氏漏斗中流出946ml钻井液所用的时间（秒)称为漏斗粘度，校正时淡水的漏斗粘度（水值）为26±0.5秒。我国是把从盛有700ml钻井液的漏斗中（见图2)流出500ml钻井液所经历的时间（秒），称之为钻井液的漏斗粘度，它与钻井液的塑性粘度、屈服值、以及仪器的尺寸和形状有关，它可以作为一定条件下某一表观粘度的量度，能反映钻并液稠度的变化
4 图1-2 ZNB型液体密度天平秤 1.实验测定前应对仪器进行校正：将浆杯中盛满自来水，使浆杯始终保持垂直，轻轻盖好 杯盖，让多余的水从杯盖孔中溢出，然后用布擦干，把刻度臂梁(平衡梁)轻轻放在支架上，使 主刀口正好放在底座的主刀垫上，移动游码(砝码)至游码左侧对准刻度的1.00g/cm时，称臂梁的 水准泡应居中（达到平衡）。若不平衡则需旋开平衡圆柱的盖子，添加或取出一些铅粒使之平衡 (若游码偏离“1.00”处不远，水平泡就可居中，则可记下游码偏离1.00的刻度值，记为Δ，然后进 行数据处理)。 2.测定钻井液的密度：将配好的钻井液充分搅拌以后，注入浆杯中，慢慢向下旋转浆杯盖， 让多余的钻井液从杯盖的溢流孔中流出，确保杯盖与浆杯紧密接触，然后用手指堵住溢流孔， 用水清洗掉杯外的钻井液并擦干，然后进行测定。测定方法与校正方法相同，游码左侧边缘所 指示的数值，即为该钻井液的密度。 (三)钻井液漏斗粘度的测定 API标准是把从盛有1500ml钻井液的马氏漏斗中流出946ml钻井液所用的时间(秒)称为漏斗 粘度，校正时淡水的漏斗粘度(水值)为26±0.5秒。我国是把从盛有700ml钻井液的漏斗中 (见图 2)流出500ml钻井液所经历的时间(秒)，称之为钻井液的漏斗粘度，它与钻井液的塑性粘度、屈 服值、以及仪器的尺寸和形状有关，它可以作为一定条件下某一表观粘度的量度，能反映钻井 液稠度的变化