钻掘工程实验讲义

资环学院《钻掘工程学》实验指导书适用专业：地质工程班级学号姓名河南理工大学二〇一〇年四月实验二钻井液性能参数测定实验类型：验证实验学时：2 实验要求：必修一、实验目的（一）相对密度泥浆中粘土量的多少有重要的意义，在条件允许下，应尽可能采用低固相（低粘土量）泥浆，使用造浆率高的膨润土配制泥浆，粘土含量（重量比）可在4﹪~6﹪以下，此时泥浆相对密度1.03~1.05左右。

相反，采用造浆率低的高岭土或伊利水云母配制泥浆，达到同样的泥浆粘度，粘土用量达30﹪以上，即泥浆相对密度达1.25以上。

该实验过程熟悉ANB-1比重秤的测量范围及分度值，学会比重秤的校正，掌握用比重秤测定泥浆密度的方法，熟悉该型号比重秤的计数方法，测出并记录所给泥浆试样的相对密度值。

（二）粘度泥浆粘度是指泥浆流动时的内摩擦阻力，以一定体积的泥浆通过给定孔径时所需的时间（s）来表示。

内摩擦阻力来自流体中液体分子之间、固体颗粒之间、液体分子和固体颗粒之间的内摩擦力。

泥浆粘度的测量是为了保证钻进时泥浆具有合适的粘度。

在保证能将孔底岩粉全部携带到地面的前提下，不希望泥浆粘度过高，如泥浆粘度过高，会造成泵压过高、净化岩粉困难、泥包钻头、影响钻速；起下钻易造成抽吸作用和具有较大的激动压力等问题。

该实验过程掌握泥浆粘度的表示方法，熟练掌握粘度计的校正原理和测试方法，测出并记录所给泥浆试样的粘度值。

（三）含砂量泥浆中含砂量高时，对泵、钻具和钻头的磨损就严重；大量砂子沉淀还易造成埋钻事故；并使孔壁上形成的泥皮松散，易发生泥皮脱落而埋钻。

因此，泥浆的含砂量一般不应大于4%。

为了控制泥浆中的含砂量，在钻进过程中必须经常测试泥浆的含砂量。

该实验过程掌握含沙量测定仪的原理和测管的分度值，利用含沙量测定仪测出并记录所给泥浆试样的含沙量。

（四）失水量在松散和易膨胀的岩层中钻进，如使用失水量大的泥浆会造成孔壁坍塌、掉块、缩径，或因泥皮厚而松散发生泥皮脱落等不良现象，因此，现场一般要求泥浆的失水量不超过30ml/30min。

为了正确选配泥浆，必须要对泥浆的失水量进行测试。

该实验过程掌握泥浆静失水量的测量原理，利用失水量测定仪测出并记录（或换算出）所给泥浆试样的静失水量。

二、实验内容测定泥浆试样四个参数：相对密度、粘度、含沙量及静失水量，对泥浆试样性能进行评定。

三、仪器设备（一）小烧杯、比重秤（图2-1）、镊子、砂粒图2-1 ANB-1比重秤示意图1-杠杆刻度尺；2-刀口；3-泥浆杯；4-杯盖；5-平衡圆柱；6-游码；7-底座；8刀承；9-挡臂；10-平衡重锤；11-平衡圆柱盖。

（二）粘度计（图2-2）、1000mL的量筒图2-2 1006型泥浆粘度计示意图1-盛液杯 2-筛网 3-粘度计 4-量杯（三）含砂量测定仪（图2-3）、小软刷、洗瓶图2-3 ANA-1含沙量测定仪 1-过滤筒 2-漏斗 3-玻璃量筒（四）泥浆失水量测定仪（图2-4）、空气压缩机。

图2-4泥浆失水量测定仪1-减压阀 2-压力表 3-放气阀 4-泥浆杯 5-支架四、所需耗材泥浆、自来水、电、擦泥浆纸、9CM的滤纸五、实验原理、方法和手段（一）相对密度是指某一物体的重量与40C时的同体积的纯水重量之比，泥浆相对密度的大小，取决于泥浆中固相的含量以及液相中可溶盐的数量。

ANB-1比重秤是用于测定泥浆比重的器具，单位为g/cm3,测量范围从（0.96~3.00）g/cm3测量先用清水校正仪器，直接将泥浆灌在泥浆杯中，移动游码，平衡后读出游码左侧的刻度，即为泥浆的相对密度值。

（二）将泥浆看成是塑性流体，一般可以用塑性粘度p η、表观粘度A η来表示，同时考虑动切力d τ的影响。

塑性粘度p η和动切力的关系为：d pdxdvτητ+= 仿照牛顿型粘度表示法，表观粘度用下式表示为，单位为（泊或厘泊）dxdv ap A τηη+=可见表观粘度等于塑性粘度p η和动切力与流速梯度的比值之和。

目前钻场采用的野外漏斗粘度计来测量泥浆的粘度，它属于表观粘度的一种表示方法，它相对地反映出泥浆稠度的变化，随剪切速率而变化。

1006型泥浆粘度计用于测量泥浆粘度的计量器，泥浆的粘度是由粘度计中流出500立方厘米的泥浆所需的时间来表示：单位为秒。

用秒表测出通过漏斗500ml 清水的时间（用于校正），用秒表测出通过漏斗500ml 泥浆的时间； 然后可按下式换算，即）清水留出的时间（泥浆流出的时间（泥浆粘度s ml s ml 500)50015⨯=（三）泥浆含砂量是指泥浆中大于0.02mm 的砂粒占泥浆总体积的百分数。

在过滤筒上装有200目的小筛网，小于0.02mm 的颗粒通过筛网，大于0.02mm 的颗粒就留在筛网上。

ANA-1型含沙量测定器由一只装有200目筛网的滤筒和与滤筒直径相应的漏斗及一只具有0~100%计量刻度的玻璃测管组成，可以直接读出结果。

将100mL 泥浆装入量杯中；用水冲洗；剩余的砂粒转移入干净的量杯中，读出数据。

（四）泥浆在孔内压力差的作用下，泥浆中的自由水会透过孔壁岩石小裂隙或孔隙而失去，留在孔壁上的是一层泥皮，这就是泥浆的失水。

从孔内泥浆情况看，泥浆失水可分为三种情况：孔底失水、动失水和静失水。

实验室内测量的泥浆失水量是静失水量，是在一定压力差、一定过滤面积和一定时间内从泥浆中滤出水量的多少。

ANS-1型气压式失水仪由打气筒（或空气压缩机）提供的压缩空气，经减压阀后可调整为所需要的压力值送往泥浆杯，（进入泥浆杯的通道由放气阀控制）杯内的泥浆因压差失水。

当压力表指针稳定在7公斤/厘米2时，计时30分钟，所流出的滤液即为该泥浆的失水量。

（当测量7.5分钟时失水量已大于8毫升，此时的失水量乘以2，即为该泥浆的近似失水量，但需在记录中注明测定时间为7.5分钟）六、实验步骤（一）相对密度1、校正仪器泥浆杯中装满清水，注意齐平杯口，不要留有气泡，将杯盖轻轻盖上，擦拭多余的水擦净。

然后把标尺的刀口防盗底座的刀承上去，将游码缓缓移动，当水泡位于中央时，标尺呈水平状态，游码左侧所示刻度，若为1，则可以测量；若不为1，则可将比重秤的平衡圆柱盖旋开，增减圆柱内的砂粒，使测得的比重为1即可。

2、测量将泥浆灌在泥浆杯中（方法同1），移动游码，使杠杆成水平状态（水平泡位于中央）；读出游码左侧的刻度，即为泥浆的相对密度值。

如需测得泥浆比重（2~3）克/厘米3范围时，须将平衡圆柱旋开，然后将平衡重锤放入，旋上螺旋盖即测得（测量方法及步骤同上）。

3、清洗并擦干泥浆杯及盖等，收入箱内。

（二）粘度1、校正先将粘度计冲洗干净，用手堵住漏斗下端口，向漏斗中注入700ml清水；将秒表归位，记录清水流出500ml的时间；测试粘度计流过500ml清水的时间如不是15s，说明仪器不标准。

（允许误差为±0.5s，误差过大时，仪器不能使用）2、测量（1）将泥浆搅拌1分钟，然后用量杯将500及200毫升的泥浆通过筛网注入粘度计，其流出口用手堵住不使流出。

(2)将500mL的量杯置于流出口下，放开堵口，同时启动秒表，待泥浆流满500量杯，达到它的边缘时，停表，记下泥浆流出时间，即为该泥浆的粘度水值。

3、清洗并擦干仪器（防止生锈），收入箱内。

（三）含沙量1、把泥浆充至测管上标有“泥浆”字样的刻线处，加清水至标有“水”的刻线处，堵死管口并摇挣。

2、倾倒该混合物于滤筒中，丢弃通过滤筛的液体，再加清水于测管中。

摇振后再倒入滤筒中，反复之，直至测管内清洁为止。

3、用清水冲洗筛网上所得的沙子，剔出残留泥浆。

4、把漏斗套进滤筒，然后慢慢翻转过来，并把漏斗嘴插入测管内。

用清水把附在筛网上的砂子全部冲入管内。

5、待砂子沉淀后，读出砂子的百分含量。

6、清洗并擦干仪器，收入箱内。

（四）失水量1、在实验台上将仪器平稳安放，用食指堵住泥浆杯底部小孔，倒进泥浆（大半杯）放好密封圈及滤纸，旋紧杯盖，倒转后装入三通接头，卡上量筒。

2、卡上气筒夹，并启动打气筒（或空气压缩机），使蓄气包的压力达到9公斤/厘米2以上（由蓄气包上的压力表指示）3、旋进减压阀使压力表（2）达到7公斤/厘米2左右。

4、慢慢退出放气阀至压力表指针有所下降，再迅速旋进减压阀手柄使气压升至7公斤/厘米2，同时开始计时。

读取规定时间内量筒内的水量，即为测试泥浆的失水量。

5、失水测量完毕后，旋进放气阀至阀上小孔出气为止。

待泥浆杯内压缩空气放空后，取下泥浆杯，倒转后拧开杯盖，取下滤纸。

用水冲掉泥饼表面的泥浆，即可测量泥浆厚度。

6、断开气源，松开减压阀手柄。

7、清洗并擦干泥浆杯及盖等，收入箱内。

七、实验结果处理（一）相对密度所测泥浆试样的相对密度= g/cm 3（二）粘度所测）清水留出的时间（泥浆流出的时间（泥浆粘度s ml s ml 500)50015⨯==（三）含沙量（直接读出）所测泥浆试样的含沙量= % （四）失水量所测泥浆试样的失水量= mL/30min或7.5min 测得失水 mL ，认为所测泥浆试样的失水量=2ⅹ mL/30min八、实验注意事项1、测相对密度实验开始前和结束后，均应该将主刀口放离主刀垫，如主刀口常时间放在主刀垫上，会使刀口钝化，影响测试精确度。

2、测含沙量的过程中冲洗泥浆时注意不能用手接触过滤网，以免将200目的过滤网捅破而导致实验失败。

3、泥浆失水量的减压阀与放空阀易损坏，希望大家使用过程小心，慢拧，不可频繁来回拧。

4、遗洒的泥浆请大家及时用纸擦掉。

九、预习与思考题1、找出ANA-1含沙量测定仪各条刻度标线代表的含沙量值为多少？2、综合所测得数值，结合所学理论课，对所给泥浆试样作简单的评价。