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)＋Ｎa２CO３=Na(土)＋CaCO３。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/cm ３），用天平称取所需膨润土。其计算公式如下： 1)1(--=c m m c c V m ρρρ c m ——配浆所需的膨润土粉重量 g ；

m V ——所配钻井液的密度 g/cm ３；

m ρ——膨润土粉的密度 g/cm ３；

w V ——需配制的钻井液体积 ml 。

所需水量：c

m m w m V V -=ρ 2、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3～5分钟，按土粉重量的2～5％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(690±35kP相当于7±0.35kg/cm2）作用30分钟，通过截面积为45.8±0.6(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150℃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。

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。

1- 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-Φ11×19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)。