油井水泥浆性能实验
水泥浆性能试验
中国石油大学（钻井工程）实验报告实验日期：2014.12.04 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．通过实验掌握油井水泥浆密度、流变性能的测定方法，掌握有关仪器的使用方法，对油井水泥浆基本性能的指标范围有一定的认识。
2．通过实验掌握水泥浆稠化时间的测量方法及常压稠化仪的操作方法，了解常用油井水泥的稠化性能与有关标准，充分认识水泥浆稠化时间对固井作业的重要性。
二、实验原理1．YM 型钻井液密度计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。
2．六转速粘度计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。
反应在刻度盘的表针读数，通过计算即为液体粘度、切应力。
3．水泥浆常压稠化仪中有一带固定浆叶的可旋转的水泥容器。
浆杯由电机带动以150 转/分的转速逆时针转动，浆杯中的水泥浆给予浆叶一定的阻力。
这个阻力与水泥浆的稠度变化成比例关系。
该阻力矩与指示计的弹簧的扭矩相平衡，通过指针在刻度盘上指示出稠度值。
三、实验仪器、设备1．电子天平2．恒速搅拌器3．钻井液密度计4．六速旋转粘度计5．油井水泥常压稠化仪四、实验步骤1．标定常压稠化仪指示计实验前，应当在标定装置上对指示计进行标定，将铜套圈装在指示计上方；缺口对准指示计销轴，尼龙线一端系在指示的销轴上，另一端沿铜套圈沟槽绕一周，然后再沿滑轮的沟槽引下与吊钩连接。
标定时，在吊钩上装上砝码，读出指示计数值。
然后将吊钩、砝码用手托起，使指示计指针回到零。
接着松手让吊钩、砝码慢慢落下，读数。
如此反复几次，取平均值。
2水泥浆的性能及其提高固井质量措施
2水泥浆的性能及其提高固井质量措施水泥浆是固井工程中一种重要的材料，用于封隔油井或气井中的不稳定地层和防止油气泄漏。
水泥浆的性能直接影响固井质量，因此需要采取相应的措施来提高固井质量。
本文将介绍水泥浆的性能及其提高固井质量的措施。
1.水泥浆的性能：1.1流动性：水泥浆需具有良好的流动性以便于泵送，减少泵送阻力，保证浆液均匀输送，以达到完整充填井筒和充分密封的目的。
1.2成型性：水泥浆需具有良好的成型性能，能够在固井过程中保持稳定的形态，不发生分层和分离现象，以防止泥浆裂缝的产生。
1.3强度：水泥浆的强度是评价其固井质量的重要指标之一、水泥浆需具有足够的强度以保证井壁充分固化，防止油、气外溢和地层破坏。
1.4密封性：水泥浆需具有良好的密封性能，能够有效封隔井筒和地层之间的间隙，以阻止油、气向井口移动或外泄。
2.提高水泥浆固井质量的措施：2.1添加剂的选择：根据不同的需求，可向水泥浆中添加适量的防失水剂、增稠剂、降粘剂等，以改善浆液的流动性、成型性和抗裂性。
2.2水泥浆配合比的合理设计：通过控制水泥与水的比例、增加掺合料的使用量等措施，调整浆液的流变性能和强度，以达到最佳的固井效果。
2.3水泥浆的施工工艺控制：包括搅拌时间、搅拌速度、搅拌工艺等，合理控制工艺参数，防止泥浆分层、分离等问题的发生。
2.4浆液充填和固化过程的监测控制：通过实时监测浆液的流动性、密封性和强度等指标，及时调整固井操作参数，保证水泥浆的质量和固井效果。
2.5精确的固井设计和施工方案：根据具体的井况、地层条件和固井目标，制定合理的固井设计和施工方案，以确保水泥浆在封隔地层和保护井筒方面的有效性。
综上所述，水泥浆的性能对固井质量具有重要影响。
需要通过选择适当的添加剂、设计合理的配合比、控制施工工艺和监测固井过程等措施，来提高水泥浆的性能和固井质量，从而保证油井或气井的安全和可靠运营。
水泥浆的性能及其提高固井质量措施
一、描述油井水泥及水泥浆性能的参数
水泥的性能
★ 自由水 ★ 抗压强度 ★ 安定性 ★ 细度 ★ 稠化时间
水泥浆的性能 (现行)国家和API标准
★ 密度 ★ 自由水(析水) ★ 滤失量(失水) ★ 稠化时间 ★ 流变性能 ★ 水泥石抗压强度 ★ 水泥石渗透率
水泥浆的性能 (原)国家标准
YP，Pa
8.13
6.57
4.37
1.88
0.55
/
/
PV，Pa.s 0.6219 0.5865 0.3344 0.2652 0.2093 0.1421 0.1419
注
水泥浆密度ρc=2.25g/cm3，压力为15MPa。
② 压力的影响
一般情况下，压力对流变性能的影响不如温度 明显。
流变参数 常压 20 MPa 40 MPa 60 MPa 80 MPa 100 MPa
（3）提高稳定性的方法：
提高水泥浆稳定性就是降低游离水量和沉降量， 主要方法是增加浆体粘度和静切力。
增加水泥浆的粘度：减少用水量（增加水泥或 减轻剂或加重剂）、增加固相物细度、加入增粘 聚合物（一般受温度影响大）。
增加水泥浆的静切力（胶凝强度）：一般可加入 AlCl3、 FeCl3和硫酸铝等。应注意的问题：
对于有效封隔地层来说，水力胶结强度比剪切胶结强 度的作用更大。
7、水泥石的渗透率
渗透率是一定压力下，水泥石允许流体通过的特性， 单位μ m2。
一般情况下，对水泥石渗透率不作要求，用于封固 腐蚀性地层应尽量降低渗透率。
三、提高注水泥质量的措施
1、对注水泥质量的基本要求
（l）对固井质量的基本要求 水泥浆返高和水泥塞高度必须符合设计要求； 注水泥井段环空内的钻井液顶替干净； 水泥石与套管及井壁岩石胶结良好； 水泥凝固后管外不冒油、气、水，不互窜； 水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。
油井水泥浆性能实验
三、实验步骤
2．测定水泥浆流变性能
（1）测量目的 液体的流变性是指液体在外力作用下所 产主的流动和变形的特性。即作用于液体的 层间剪切应力与液体变形（流动）的特性。 不同类型的液体，其流变性是不一样的。即 使是同一类的液体，不同的温度和压力，以 及外加剂加量和搅拌的方法都对液体的流变 性能有较大的影响。如粘滞性，切应力、触 变性、剪切稀释性等等都属于液体的流变性 能参数。它是液体的自身属性。
三、实验步骤
1．测定水泥浆密度
பைடு நூலகம்
（2）测量步骤
• (1) 测定前，标定密度计。将密度计浆杯中盛满水， 盖好杯盖， 擦净溢出的水，然后将其放在刀架上； • (2) 移动游码至1.0处。这时秤臂应呈水平状态；如不 准确应进行调整； • (3) 标定之后将水泥浆倒入密度计内，盖好杯盖后擦 去溢出的水泥浆。放置于刀架上并调整游码，使秤臂 呈水平状态。读出秤臂上的数值，即水泥浆的密度。 单位为g/cm3。
三、实验步骤
2．测定水泥浆流变性能
（1）测量步骤
• ④ 实验完毕，关闭电源、松开托盆、移开量杯
轻轻卸下外筒， 避免擦伤，防 止碰坏连接内 筒轴。 • 洗净外筒，并擦干上好外筒。
转筒 装外转筒
外转筒
卸外装筒
• (5) 整理数据，书写实验报告。
五、实验数据处理
1、牛顿液体绝对粘度
η=300rpm（读数） 单位：mPa· s
终 0.511 300 r / min （读数）Pa （静置十分钟）
五、实验数据处理
3、假塑流体
dv k dx
n
dv dx n：流行指数。其值在0 - 1之间；k：稠度系数。 lg lgk nlg
钻井液 实验报告 实验报告3 泥浆性能的测试(1)
本科生实验报告学号：姓名：课程：钻井液工艺原理课程号：0201171 成绩：实验二泥浆性能的测试一、实验目的通过实验掌握泥浆基本性能指标及其测定方法；掌握常规泥浆性能测定仪器使用方法。
二、实验内容1、泥浆比重、粘度、失水量、切力、含砂量、pH值等主要性能的测定仪器结构原理及操作方法。
2、泥浆流变参数、失水性能、比重、含砂量及pH值等性能测定。
三、实验仪器、设备及药品（一）仪器、设备D90-1型电动搅拌机、GJ-1型高速搅拌机、NN-D6型电动六速旋转粘度计、SD型多联中压滤失仪、1002泥浆比重秤、天平、量具、不锈钢尺、秒表、1006型泥浆粘度计（漏斗粘度计）。
（二）药品粘土粉、广泛pH试纸、定性滤纸四、实验方法及步骤（一）泥浆比重的测定1、仪器：1002型泥浆比重秤2、测定步骤a)校正比重秤：先在泥浆杯中装满清水，盖好杯盖，将盖上及周围溢出的清水擦干后，再将比重秤横梁置于支架上，移动游码至比重为1.00的刻度处。
如水平泡位于中间，则仪器是准确的；否则应调整调重管内的重物，使水平泡处于正中位置。
b)泥浆比重的测定：将校准好的比重秤擦干，把待测泥浆注入泥浆杯中，加盖并将溢出的泥浆擦干，然后将其置于支架上。
移动游码，使水平泡处于中间位置，此时读出横梁上的刻度值（精确到0.01）便是所测泥浆的比重。
c)测定结果后，将泥浆杯中的泥浆倒出，洗净，擦干放置，不应把横梁长期置于支架上。
（二）泥浆粘度、切力的测定1、漏斗粘度的测定（1）仪器：马氏漏斗（2）测定步骤a)将漏斗垂直，用手握紧漏斗，并用手指堵住漏斗下部的流出口，将新取的钻井液样品经筛网注入干净并直立的漏斗中，直到钻井液样品液面达到筛网底部为止。
b)移开手指并同时启动秒表，测量钻井液流至量杯中的946毫升（一夸脱）刻度线所需要的时间。
c)以秒为单位记录马氏漏斗粘度。
2、旋转粘度计测泥浆流变性能（1）仪器：ZNN—D六速旋转粘度计（2）工作原理电机经传动装置带动外筒恒速旋转，借助于被测液体的粘滞性作用于内筒一定的矩，带动与扭力弹簧相连的内筒旋转一个角度。
水泥浆稠化时间实验04
实验4 水泥浆稠化时间实验油井水泥在一定温度与压力条件下，从混拌开始至水泥浆稠度达到100个稠度单位（Bc-伯登）时所需要的时间，称为水泥的稠化时间。
它是模拟现场注水泥过程所得到的室内实验值。
即从混拌水泥浆开始计时，直至水泥浆沿套管到达井底、而后由环空返至预定的高度为止的全部时间。
在固井时，为了保证有绝对安全的泵入时间，避免“灌香肠”等事故，必须对便用的水泥浆进行稠化时间实验。
在施工设计中，常常把正常施工所需要的时间加上一小时，作为要求的室内稠化试验时间，以保证施工安全。
一、实验目的通过实验使学生了解水泥浆高温高压稠化仪的实验原理及具体操作方法，了解常用的油井水泥稠化性能与有关标准，充分认识稠化时间对完成固井的重要性。
二、实验原理稠化仪中有一带固定浆叶的可旋转的水泥浆杯。
浆杯由电机带动以150r/min转速逆时针转动，浆杯中的水泥浆给予浆叶一定的阻力。
这个阻力与水泥浆的稠度变化成比例关系。
该阻力矩与电位计弹簧的扭矩相平衡，通过电位计把稠度信号传入三笔记录仪，最后在记录纸上记录出水泥浆的稠度、温度、压力随时间的变化曲线。
三、实验仪器设备8040型油井水泥浆高温高压稠化仪1．仪器结构简介：8040型油井水泥高温高压稠化仪主要由压力缸、加热器、电机、增压泵、温度控制仪、压力控制仪、三笔记录仪、不锈钢箱体等组成。
该稠化仪的最大工作温度350℃，最大工作压力276Mpa。
压力缸设有外冷却盘管，当工作温度较高时，实验结束后可用外冷却盘管冷却，压力缸内部的温度用一个额定功率为4000瓦、电压为240伏的的加热器来获得。
压力缸外设有保温层。
温度控制仪和压力控制仪可分别控制压力缸的温度及压力。
精密压力表上配有安全装置，当压力下降到低设定值以下或升高到高设定值以上，仪器的电源会全部断开。
除此之外，高压管线上还装有带破裂膜片的安全总成，破裂膜片的额定压力为310Mpa，它可作为附加过压保护装置。
7015型三笔记录仪与仪器相连，可同时记录压力缸温度、压力和浆杯里的水泥浆稠度随时间的变化曲线。
油井水泥浆性能实验
油井水泥浆性能实验一、实验原理1.YM型钻井液密度计是不等臂杠杆测验仪器。
杠杆左端连接平衡筒。
当盛液杯盛满被测试液体时，移动砝码使杠杆主尺保持水平的平衡位置，此时砝码左侧边所对应的刻度就是所测试液体的密度。
2.六转速粘度计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。
通过变速传动外筒以恒速旋转，外传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，旋转角的大小于液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转变为内筒转角的测量。
反应在刻度盘的表针读数，通过计算即为液体粘度、切应力。
3.水泥浆常压稠化仪中有一带固定浆叶的可旋转的水泥容器。
浆杯由电机带动以150转/分得转速逆时针转动，浆杯中的水泥给予桨叶一定的阻力。
这个阻力与水泥浆的稠化变化成比例关系。
该阻力矩与指示计的弹簧的扭矩相平衡，通过指针在刻度盘上指示出稠度值。
二、实验仪器、设备1.电子天平2.恒速搅拌器3.钻井液密度计4.六速旋转粘度计5.油井水泥常压稠化仪三、实验步骤1.标定常压稠化仪指示计实验前，应当在标定装置上对指示计进行标定，指示计机构示意图见图1。
如图1所示，将铜套圈装在指示计上方；缺口对准指示计销轴，尼龙线一端系在指示的销轴上，另一端沿筒套圈绕一周，然后再沿滑轮的沟槽引下与吊钩连接。
标定时，在吊钩上装上砝码，读出指示计数值。
然后将吊钩、砝码用手托起，是指示计指针回到零。
接着松手让吊钩、砝码慢慢落下，读数。
如此反复几次，取平均值。
表1 标定数据表2.配置水泥浆配置水泥浆之前必须确定水灰比。
合理的水灰比是保证水泥环具有足够的抗压强度和水泥浆良好的可泵性的前提。
当水灰比过大时，水泥浆难以搅拌和泵送，在环空流动将产生很高的摩擦阻力。
如遇渗透性好的低压井段，则产生压差滤失，使水渗入地层，造成憋泵事故。
水灰比过小，水泥环将达不到要求的抗压强度。
API标准推荐的水灰比见表2 API的水灰比（W/C）标准表2 API的水灰比（W/C）标准1）按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比0.5）。
水泥浆的性能及其提高固井质量措施
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03
提高固井质量的水泥浆性能优 化措施
优化水泥浆的配方与配比
选用优质原材料
选择高强度、低水化热的水泥熟料，以及具有适当粒度和级配的 骨料。
优化水泥熟料与骨料的配比
通过实验确定最佳的水泥熟料与骨料的配比，以提高水泥浆的抗压 强度和耐久性。
控制水灰比
水灰比是影响水泥浆性能的重要因素，通过调整水灰比可以控制水 泥浆的流动性和稳定性。
水泥浆的性能及其提高固井 质量措施
汇报人： 2023-12-15
目录
• 水泥浆的基本性能 • 水泥浆在固井工程中的应用 • 提高固井质量的水泥浆性能优
化措施 • 水泥浆性能对固井质量的影响
及实例分析 • 未来研究方向与展望
01
水泥浆的基本性能
水泥浆的组成与分类
组成
水泥、水、外加剂、混合料等。
分类
05
未来研究方向与展望
进一步优化水泥浆的配方与配比研究
总结词
优化水泥浆的配方与配比是提高固井 质量的关键。
详细描述
通过对水泥浆的配方与配比进行精细 化研究，可以针对性地改善水泥浆的 各项性能指标，如流动度、稳定性、 抗压强度和耐久性等，从而提高固井 质量。
提高水泥浆流动性和稳定性的新技术研究
总结词
水泥浆在固井工程中的主要作用
保护油气层
通过在井壁和套管之间注入水泥 浆，可以有效地保护油气层，避 免开采过程中其他地层流体对油
气层的侵害。
封隔不同地层
水泥浆可以将不同地层封隔开来， 避免地层间流体相互渗透和窜通， 从而保障油气井的稳定生产。
提高井筒质量
水泥浆可以加固井筒，提高井筒的 抗压能力和稳定性，从而延长油气 井的使用寿命。
《GB2020石油和天然气工业 固井用水泥和材料第6部分：水泥浆静胶凝强度测试方法》标准全文及编制说明
Petroleum and natural gas industries—Cements and materials for wellcementing—Part 6:Methods for determining the static gel strength of cement formulations石油和天然气工业固井用水泥和材料第6部分：水泥浆静胶凝强度测试方法译文目次前言................................................................ 错误！未定义书签。
引言 (I)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语与定义 (1)4 取样 (2)5 制备 (2)6 使用旋转型静胶凝强度测试仪的试验方法 (2)7 使用超声波静胶凝强度测试仪的试验方法 (3)8 使用间歇式旋转型静胶凝强度测试仪的试验方法 (5)附录 A （资料性附录）临界静胶凝强度——附加说明 (1)参考文献............................................................................................................................ 错误！未定义书签。
引言在特殊固井作业中，静胶凝强度SGS是一个非常重要的设计参数。
特殊固井作业包括：浅水层固井作业、打水泥塞作业以及某些特殊情况下作业。
作业者为了满足特殊的固井设计需要，确定了水泥浆的胶凝强度特性。
最早使用旋转粘度计测试水泥浆静胶凝强度SGS。
目前使用旋转型静胶凝强度测试仪、间歇式旋转型静胶凝强度测试仪以及超声波静胶凝强度测试仪等专门仪器进行测试。
ISO 10426的本部分提供了使用这三种类型的仪器进行静胶凝强度SGS测试的协议。
值得注意的是由于样品量、仪器结构、SGS测试方法的不同，造成ISO10426本部分提供的三种测试仪，所测试的试验结果存在相当大的差异。
高氯型促凝剂与低氯型促凝剂对G级油井水泥浆性能影响的研究
2020年10月第36卷第10期石油工业技术监督TechnologySupervisioninPetroleumIndustry Oct.2020Vol.36No.102021年5月第37卷第5期Technology Supervision in Petroleum IndustryMay.2021Vol.37No.5作者简介：宋鹤（1987—），男，硕士，工程师，现从事固井油化剂检测工作。
高氯型促凝剂与低氯型促凝剂对G 级油井水泥浆性能影响的研究宋鹤1，刘洋2，杨威1，唐俊峰1，刘翠微1，安耀彬1，吕伟1，宋有胜31.中国石油集团工程技术研究有限公司（天津300451)2.中海油天津化工研究设计院有限公司（天津300131）3.中国石油集团钻井工程研究有限公司（天津300451）摘要依据SY/T 5504.4—2019《油井水泥外加剂评价方法第4部分：促凝剂》，探讨了目前国内油化剂生产企业所生产的高氯型促凝剂与低氯型促凝剂对G 级油井水泥浆性能的影响。
结果表明：高氯型促凝剂对于缩短水泥浆稠化时间和提高水泥石早期抗压强度的作用明显优于低氯型促凝剂，掺入高氯型促凝剂的水泥浆与水泥净浆的稠化时间之比最大值为0.54，最小值为0.36，平均范围在0.43；掺入低氯型促凝剂的水泥浆稠化时间之比最大值为0.77，最小值为0.41，平均范围在0.59；掺入高氯型促凝剂的水泥石6h 早期抗压强度增长率最高为169.87%，最低为43.75%；掺入低氯型促凝剂的水泥石6h 抗压强度增长率最高为33.33%，最低为0。
高氯型促凝剂对水泥浆稠化时间的影响和水泥石6h 早期强度的提高与其氯含量无明显的线性关系，呈分散趋势，低氯型促凝剂对水泥浆稠化时间的影响和水泥石6h 早期强度的提高与其氯含量呈正比。
二者对水泥石24h 抗压强度的影响没有明显的区别。
关键词高氯型促凝剂；低氯型促凝剂；氯含量；稠化时间；抗压强度Effects of High Chlorine and Low Chlorine Coagulation Accelerators on Propertiesof G-class Oil Well Cement SlurrySong He 1,Liu Yang 2,Yang Wei 1,Tang Junfeng 1,Liu Cuiwei 1,An Yaobin 1,Lv Wei 1,Song Yousheng 31.Engineering Technology Research Co.,Ltd.,CNPC (Tianjin 300451,China)2.Tianjin Research and Design Institute of Chemical Industry Co.,Ltd.,CNOOC (Tianjin 300131,China)3.Drilling Engineering Research Co.,Ltd.,CNPC (Tianjin 300451,China)Abstract The influences of high-chlorine and low-chlorine coagulation accelerators produced by domestic manufacturers of chemical agents for oil production on the performance of grade G oil well cement slurry are discussed according to SY/T 5504.4—2019“Evalua⁃tion Method for Oil Well Cement Additives —Part 4:Coagulation Accelerators ”.The results show that the effect of high-chlorine coagu⁃lation accelerators on shortening the thickening time of cement slurry and improving the early compressive strength of cement paste is obviously better than that of low-chlorine coagulation accelerators.The maximum ratio value of the thickening time of the cement slur⁃ry mixed with high chlorine coagulation accelerators to the thickening time of the cement slurry is 0.54,the minimum ratio value is 0.36,the average ratio value is 0.43;The maximum ratio value of the thickening time of the cement slurry mixed with low chlorine coag⁃ulation accelerators to the thickening time of the cement slurry is 0.77,the minimum ratio value is 0.41,the average ratio value is 0.59.The maximum value of the increase of 6h early compressive strength of the cement paste added with high-chlorine coagulation acceler⁃ators is 169.87%,and the minimum value is 43.75%;The maximum value of the increase of 6h early compressive strength of the ce⁃ment paste added with low-chlorine coagulation accelerators is 33.33%,and the minimum value is 0.The effects of high-chlorine coag⁃ulation accelerators on the thickening time of cement slurry and the increase of 6h early compressive strength of cement paste have no obvious linear relationship with their chlorine content,showing a dispersive trend.The effect of low-chlorine coagulation accelerators on the thickening time of cement slurry and the increase of 6h early compressive strength of cement paste are positively proportional to their chlorine content.The effects of high-chlorine coagulation accelerators and low-chlorine coagulation accelerators on the 24h com⁃pressive strength of cement paste are of no obvious difference.Key words high chlorine coagulation accelerator;low chlorine coagulation accelerator;chlorine content;thickening time;compressive strength宋鹤,刘洋,杨威,等.高氯型促凝剂与低氯型促凝剂对G 级油井水泥浆性能的影响[J].石油工业技术监督,2021,37(5):14-19.Song He,Liu Yang,Yang Wei,et al.Effects of high chlorine and low chlorine coagulation accelerators on properties of G-class oil well cement slurry[J].Technology Supervision in Petroleum Industry,2021,37(5):14-19.促凝剂作为油井水泥用外加剂，适用于低温浅井，其作用是把水泥浆顶替到相应位置，使之很快的发展到足够的抗压强度，进而缩短继续钻井的候凝时间[1]。
水泥外加剂(促凝剂)对水泥浆物理性能影响实验14
实验14 水泥外加剂(促凝剂)对水泥浆物理性能影响实验一、实验目的水泥浆的种类十分有限，因此只有采取加入外加剂的方法，才能使所设计的水泥浆适应各种条件下的注水泥要求以及达到质量标准。
外加剂应用的主要目的是：调整水泥浆的稠化时间、密度、失水、流变性、增加抗压强度和保持高温下热稳定性等。
我国在水泥外加剂应用上，尚处在初级阶段。
目前，现场使用外加剂类型主要有促凝剂、缓凝剂、加重剂。
近几年，已开始使用减轻剂和降失水剂。
了解水泥外加剂对水泥浆物理性能的影响，可以更好地适应钻井工程发展的需要。
二、实验原理本实验使用的促疑剂是氯化钙。
它可以加速Ca（OH）2和C-S-H凝胶生成速度，即对C3S 和C2S起作用。
另外，氯化钙的加速机理含有相似的扩散过程，OH-从外界快速地扩散进富含Ca++的溶液中，其作用是加速氢氧化钙的沉淀和硅酸钙的分解。
三、实验仪器设备标准天平、维卡仪、记时钟、量筒、高速搅拌器、水泥等。
四、实验步骤1．按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比为0.5）；2．在台称或天平上称取1400克水泥，用量筒量取相应水量700克；3．用标准天平称取氯化钙28克（现场常用比列为2%-4%），将称好的外加剂放入水中；4．将水溶液倒入搅拌器的杯内，启动搅拌机，调节转数为4000 r/min将称出的干水泥在16秒内加入水中。
然后调节搅拌机转速为12000r/min，继续搅拌35秒，注意同时记时。
5．将搅拌后的水泥浆倒入常压稠度仪的浆杯内，在室温下搅拌20分钟取出；6．按实验12程序进行操作；7．记录数据，将数据与纯水泥浆的初、终凝时间比较。
国产油井水泥外加剂介绍：1．促凝剂：氯化钙氯化钾甲酰胺纯碱盐水玻璃2．缓凝剂：丹宁酸钠酒石酸硼酸铁络盐腐植酸钠磺化丹宁磺化拷胶葡萄糖酸钙葡萄糖酸钠3．减阻剂：FND 铁络盐SZ 木钙草酸木质素磺化钠木质素磺化钙4．降失水剂：羟乙基合成尤胶Lw-1 Lw-2 S-24 羧甲基羟乙基纤维素羟乙基纤维素5．消泡剂：GPE 辛醇甘油聚醚XH-26．减轻剂：搬土粉粉煤灰沥青粉硅莎土纱珠岩空心微珠7．加重剂：重晶石钛铁矿粉氧化铁粉砂。
第一课水泥浆流变性
线性检验的基本原理是：如果流变方程呈线性分布，对 等间距的剪切速率，其对应的剪切应力呈线性增加，如果不 满足这个规律，流变方程就应该是非线性的。据此，线性检 验方法如下:
5、调整旋转粘度计
将装有水泥浆的旋转粘度计浆杯置于粘度计载物台，粘度计以最低转速旋 转，向上移动浆杯使浆液到达外筒表面刻度线并固定。
6、测量数据
粘度计以最低转速旋转10秒后测刻度盘读数，然后按转速增加顺序测各转 速下的读数；再按转速降低顺序测各转速下读数。取同一转速下所测两组数值 的平均值，作为测量结果。改变转速测量时须在外筒连续旋转10秒时才能读取 读数。
编写实验报告
1、按照实验报告样板编写，所有填充内容一律手写，不得打印； 2、实验报告递交时间：实验结束后的一周内交齐； 3、封面的内容也手写。
精品课件！
精品课件！
思考题
1、哪些因素影响水泥浆流变性，其作用机理是什么？ 2、简要分析流变性能与固井施工的关系？
参考《油气井注水泥理论与应用》 刘崇建等编著P57~P59
3、配制水泥浆
用天平称取过20目筛的水泥样品792克，水349mL。把称量好水的恒速搅拌器 浆杯，放置搅拌器上。打开电源开关，转速设定为低速档，按下电机开关，在15s 内将水泥样品缓慢倒入恒速搅拌器浆杯中，再将转速调至高速档并搅拌35s。
4、搅拌水泥浆
浆配好的水泥浆立即倒入已经预热到52℃的常压稠化仪浆杯中，将水泥浆搅拌 20分钟后，取出浆杯，移去叶片，用玻璃棒再搅拌5秒后把水泥浆立即倒入旋转粘 度计浆杯中至刻度线。
7、数据处理
1） 根据旋转粘度计测量的数据给出水泥浆的实际流变曲线， ~ 曲线。
水泥浆主要性能的测量方法
水泥浆主要性能的测量方法水泥浆主要性能的测量方法摘要：根据我国石油天然气行业的标准SY/T 5546-92，水泥浆应用性能试验方法测定的内容包括水泥浆密度的测定、水泥浆稠化时间测定、水泥浆离水量测定、水泥浆失水量测定等。
下面分别介绍试验方法（其中水泥的取样按照GB 10238第7章进行，水泥浆的制备略）。
关键词：水泥浆性能测定试验方法1 水泥浆密度的测定主要仪器：水泥浆加压密度计（测量范围在0.75～2.60g/cm3之间，最小刻度为0.01 g/cm3）；钻井液密度计。
1.1 用水泥浆加压密度计测定①在样品杯中加入水泥浆至样品杯上缘约6mm处；②将盖子放在样品杯上，打开盖子上的单向阀。
使盖子外缘和样品杯上缘表面接触，过量的水泥浆通过单向阀排出。
将单向阀向上拉到封闭位置，用水洗净、擦干样品杯和螺纹，然后将螺纹盖帽拧在样品杯上；③用专门加压活塞筒吸取适量水泥浆，通过单向阀向上自动封闭；④将样品杯外壳洗净、擦干，然后将密度计放在支架上，移动游码，使游梁处于平衡状态。
读出游码箭头一侧的密度值；⑤测量完后，重新联接专用加压活塞筒，释放样品杯中的压力，拧开螺纹盖帽，取下盖子，将样品中的水泥浆倒掉，用水彻底清洗、擦干个部件，并在单向阀上涂抹润滑油脂。
1.2 用钻井液密度计测定①将水泥浆倒入样品杯中，边倒边搅拌，倒满后再搅拌25次除去气泡；②盖好盖子，洗净从小孔溢出的水泥浆，用滤纸或面巾纸将密度计上的水擦干净；③然后将密度计放在支架上，移动游码，使游梁处于平衡状态。
读出游码左侧所示的密度值；④测定完后，将样品杯中的水泥浆倒掉，用水彻底清洗个部件并将其擦干净。
2 水泥浆稠化时间的测定试验仪器主要是：稠化仪、电位器。
根据钻井现场获得的数据制定稠化时间试验方案，以井底温度、井深、井口表压、钻井液密度和水泥浆到达井底的时间等数据，按给定的套管程序，制定出升温、升压的试验方案。
其模拟试验步骤如下：①按照制定或选定地模拟试验方案给稠化仪升温、加压。
防窜双凝高密度水泥浆体系研究与现场试验
243CPCI中国石油和化工石油工程技术防窜双凝高密度水泥浆体系研究与现场试验覃 毅1 孙泽秋2 贺鑫欣1 杨棋翔1 尹 璐1（1.中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一固井分公司 河北任丘 062552；2.中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司 山东德州 253005）摘 要：水泥浆的性能是固井的关键，直接决定着一口井固井质量的好坏，水泥浆密度、稠化时间、强度、析水等一系列指标都改变水泥浆性能。
根据水泥外加剂的作用，经过室内研究，在水泥浆中加入降失水剂、分散剂、调凝剂、消泡剂等外加剂，优选出适合该区块固井的防油气水窜双凝双密度水泥浆体系。
在某生产油井固井现场试验，固井质量合格率100%，优质率98%以上，取得了良好的效果。
关键词：防窜水泥浆 高密度水泥浆体系 室内研究 现场试验水泥浆化验是固井成功与否的关键环节。
水泥浆各项性能须满足固井施工要求①水泥浆流动性，稠化时间达到安全施工时间，控制失水小于50ml ，析水接近零和抗压强度达到后续这个要求；②混拌后的水泥浆试验，保证与室内实验的一致。
在某区块复杂井水泥浆密度设计一般在上部地层较低，在下部地层较高，呈现的密度梯度直接影响着水泥浆的凝固时间，实际施工时，密度波动较大，难以保证水泥浆密度梯度的形成，不能实现压稳，从而造成固井质量不合格。
某区块井中油层、水层、油水同层多。
有些断块水层、油水同层多，有多达9-10层的，位置浅，能量比较大，严重影响水泥浆凝固质量。
根据固井实际需要，某区块井井深在2600m 到3500m 之间，选用防窜双凝高密度水泥浆体系，试验温度在75至85℃。
1 外加剂的选择水泥浆失水严重会造成产层污染，固井施工中，适当控制失水量十分重要，重要的方法是使用降失水剂。
水泥浆中加入降失水剂、调凝剂、膨胀剂、分散剂等，形成早强微膨胀油井水泥浆体系，具有良好的水泥石、析水小、自身补偿水泥石收缩等优良性能，并可根据现场情况对水泥浆进行针对性的调整，稠化时间满足施工要求。
油井水泥浆基本性能测定12
实验12 油井水泥浆基本性能测定一、实验目的密度、流动度、滤失量、流变性称为油井水泥浆的基本性能。
通过本次实验，主要让同学们了解油井水泥浆基本性能的测定方法，掌握有关仪器的使用方法；对油井水泥浆基本性能的指标范围产生一定的印象。
本实验包括以下内容：油井水泥浆密度的测定；油井水泥浆流动度的测定；油井水泥浆滤失量的测定；油井水泥浆流变性能的测定。
二、实验仪器设备水泥浆密度计，水泥浆流动度仪，油水泥浆滤失量测定仪，旋转粘度计，高速搅拌器，天平、秒表等。
三、实验步骤1．水泥浆的配制方法：配制水泥浆之前必须确定水灰比。
合理的水灰比是保证水泥环具有足够的抗压强度和水泥浆良好的可泵性的前提。
当水灰比过小时，水泥浆难以搅拌和泵送，在环空流动将产生较高的摩擦阻力。
如遇渗透性好的低压井段，则产生压差滤失，使水渗入地层，造成憋泵事故。
水灰比过小，水泥环将达不到要求的抗压强度。
(1)按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比为0.5）(2)在台秤或天平上称取1400克水泥，用量筒量取相应的水量700克；(3)若使用外加剂，则将称好的外加剂放入水中并搅拌；(4)将量出的水倒入搅拌器的杯内，启动搅拌机，调节转数为4000r/min。
将称出的干水泥在15秒内加入水中。
然后调节搅拌机转数为12000r/min，继续搅拌35秒；(5)将搅拌后的水泥浆倒入常压稠度仪的浆杯内，在室温下搅拌20分钟即成（速度150r/min）。
2．测定水泥浆密度由于地层的承压能力不同，在施工中必须控制水泥浆密度。
正常密度在 1.78-1.98克／厘米3范围内。
（使用加压液体密度计测量较好）。
(1) 测定前，标定密度计。
将密度计浆杯中盛满水，盖好杯盖，擦净溢出的水，然后将其放在刀架上；(2) 移动游码至1.0处。
这时秤臂应呈水平状态；如不准确应进行调整；(3) 标定之后将水泥浆倒入密度计内，盖好杯盖后擦去溢出的水泥浆。
放置于刀架上并调整游码，使秤臂呈水平状态。
深水油井水泥试验
深水油井水泥试验1 范围本标准规定了在深水条件下(平均水深大于500m)油井水泥和水泥混料的试验方法。
本标准适用于深水油、气井注水泥作业用油井水泥浆的设计和性能评价，油井水泥浆可基于（但不限于）GB 10238规定的油井水泥级别和类型。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB 10238 油井水泥（GB 10238-2005,ISO 10426-1:2001,MOD）GB/T 19139-2012 油井水泥试验方法（ISO 10426-2：2003，MOD）3 术语和定义GB/T 19139-2012界定的术语和定义适用于本文件。
4 取样本标准的水泥浆试验需要以下样品：纯水泥或水泥混料、固体和液体外加剂、拌合水。
取样方法应保证试验条件和试验材料尽可能与现场一致。
拌合水、水泥或水泥混料的温度应使用精度为± 2℃的热电偶或温度计进行测量。
应记录试验材料的温度。
热电偶应每年校准一次，温度计应每年检验一次。
取样器和取样方法应符合GB/T 19139-2012的规定。
5 水泥浆制备5.1 常规水泥浆制备根据GB/T 19139-2012第5章准备试验样品。
水泥样品、外加剂和拌合水的温度应与现场温度相差不超过±2℃。
混拌容器的温度应与水泥浆设计中拌合水的温度接近。
搅拌器应每年校准，4000 r/min转速误差为±200 r/min，12000 r/min的转速误差为±500 r/min。
若需大体积水泥浆，见GB/T 19139-2012附录A中的另一种制备水泥浆的方法。
水泥浆的密度测定应按GB/T 19139-2012第6章的规定执行。
5.2 特殊水泥浆制备在深水环境下固井施工可能需要使用特殊水泥浆，包括泡沫水泥浆或微珠水泥浆。
特殊水泥浆的制备和试验应使用最适合的方法，或被服务供应方和用户共同认可的方法。
钻井实验报告
2．配制水泥浆 配制水泥浆之前必须确定水灰比。 合理的水灰比是保证水泥环具有足够的抗压强 度和水泥浆良好的可泵性的前提。当水灰比过大时，水泥浆难以搅拌和泵送，在环空 流动将产生很高的摩擦阻力。如遇渗透性好的低压井段，则产生压差滤失，使水渗入 地层，造成憋泵事故。水灰比过小，水泥环将达不到要求的抗压强度。API 标准推荐 的水灰比见表 2
表2
水泥级别 浆体密度，g/cm3 水灰比 W/C A 1.87 0.46 B 1.87 0.46
API 的水灰比（W/C）标准
C 1.78 0.56 D 1.97 0.38 E 1.96 0.38 F 1.94 0.38 G 1.895 0.44 H 1.974 0.38
① 按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比 0.5） 。 ② 在天平上称取 1400 克水泥，用量筒取相应的水量 700 克。 ③ 若使用外加剂，则将称好的外加剂放入水中搅拌（如加入 2%的促凝剂氯化 钙） 。
1
3．硬度计：由底座，液缸及活塞，支柱，横梁组成，并可固定位移计、荷重传 感器、压模及岩样。 4．加压系统：用活塞式手摇液压泵给液缸加压力液，使活塞上升并使压模加载 荷给岩样，管汇中装有压力表以观察载荷的变化。 5．位移计：位移计固定在硬度仪的横梁上，用它测定压模压入岩样的深度，将 机械位移量转换成电量。 6．荷重传感器：将所加载荷的物理量转换成电量 7．动态电阻应变仪：由位移计、荷重传感器输入的信号经过放大、相敏检波、 滤波后，输出给函数记录仪。 8．函数记录仪：由动态电阻应变仪输出的信号经过衰减—测量电路—交直流转 换器—直流信号放大器—直流电机—转换为机械量—带动记录笔—在记录纸上绘出 载荷—压入深度的曲线。 四、实验步骤 1．岩样制备 将岩石切磨成正方（圆柱）体，其高度不小于 50mm，被测两端面应加以研磨， 使岩样平滑且相互平行 （直径 50mm 的岩样两端面不平行度不应超过 0.5mm） 岩样制 备后应在低于 100 的烘箱中烘干 2~2.5 小时，然后放在干燥器内备用。 2．仪器操作 ①将位移计的三根导线按半桥测量方法接在电桥盒上，如图 3.aA 所示（R1，R2 为位移计中的电阻应变片） ，再将电桥盒的另一端插入动态电阻应变仪的一个输入频 道，将一根二芯导线的插柱插入该频道的输出孔中，另一端引向函数记录仪的 X 轴 之接线柱上（注意正负方向）并旋紧，保持接触良好。 ②将荷重传感器的五根导线按全桥测量方法，接于电桥盒上，如图 3.b 所示 （R1~R4 为荷重传感器中的电阻应变片） ，将电桥盒的另一端插入动态电阻应变仪的 另一个输入频道，将二芯导线插入该频道的输出孔，另一端引向函数记录仪的 Y 轴 之接线柱上。
G级油井水泥的水化硬化及性能
G级油井水泥的水化硬化及性能以硅酸盐水泥基础理论及有关研究成果为基础，对嘉华G级水泥在25～200℃温度范围内的水化硬化过程、水化产物组成及形态、显微结构、水泥浆稠化陛能、水泥浆流变性能及水泥石强度性能等进行了深入、系统地研究。
详细地分析和评价了温度、外加剂及加量等对上述过程及性能所产生的影响规律及本质，揭示了水泥水化过程与有关主要性能变化间的内在本质联系及温度、外加剂的作用机理。
从而达到实现确立嘉华G级油井水泥的强度衰退临界温度及合理加砂量、浆体性能的合理调控原则及外加剂的合理选配等目的。
为进一步优选和设计以G级水泥为基础的深井水泥浆体系建立依据。
水泥水化过程、规律及水泥石微观结构方面，在分析总结常温下水泥熟料矿物及普通硅酸盐水泥研究成果的基础上，利用DSC差热扫描仪、X—射线衍射仪及扫描电子显微镜对不同温度等条件下的嘉华G级油井水泥的水化过程、水化产物及显微形态进行了检测分析，提出了随温度升高水泥水化速度加快，并在较高温度下C<sub>3</sub>A、C<sub>3</sub>S、C<sub>2</sub>S放热峰存在相互重叠的趋势；温度超过110℃后，原浆水泥主要水化硅酸钙产物为G<sub>2</sub>SH、而加硅砂后在养护24和48小时条件下150℃出现C<sub>5</sub>S<sub>6</sub>H<sub>5</sub>、160℃出现C<sub>6</sub>S<sub>6</sub>H等产物变化特征与规律；给出了水泥石主要产物的形貌特征及水泥石中产物胶结状态随温度的变化特点；明确了硅砂的界面反应特征、孔隙度变化特点等与温度等条件的密切关系；建立了水泥水化动力学模型及化学反应式；揭示了温度、硅砂及硅砂加量三者对水化过程、产物及结构的影响本质。
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y p
（2）幂律模式
k n
式中 n 为流性指数，k 为稠度系数。 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。
稠度（Bc）
14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60
图一
由图 1 可知，水泥浆稠度是时间的幂函数。取最后两点作趋势线，如图 2：
稠度（Bc）
15 y = 1.3x - 52.4 10 5 0 42 44 46 48 50 52
图 1
令 y=100，得 x=117.23min。稠化时间为 117.23 分钟。 用指数拟合， 得到公式如图 3 所示， 当 x=66.42， y=100.00。 稠化时间为 66.42 分钟。很显然，这两种方法中后者估算的更精确，采用后者的计算结果。
二、实验仪器
1、电子天平 4、六速旋转粘度计 2、恒速搅拌器 5、常压稠化仪 3、钻井液密度仪
三、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
表 1 粘度计读数
转速(r/min) 示数
3 13
6 20
100 41
200 56
300 71
（4）测定水泥浆的稠化时间（实验温度及压力条件 75℃ 常压）
表格 1 不同时间的水泥浆稠度
时间（min） 稠度（Bc） 0 1.7 5 1.7 10 1.7 15 1.7 20 1.9 25 2.1 30 2.4 35 3.0 40 3.9 45 6.1 50 12.6
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
300 n 2.092lg 100 0.511 300 K 511n
稠度（Bc）
14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 y = 6E-07x5 - 6E-05x4 + 0.002x3 - 0.029x2 + 0.132x + 1.659 R² = 0.998
图 2
五、思考题
1、实验室测定的各项水泥浆性能与现场施工中有无差别，试分析？ 答： 实验室中测定的各项指标是在常压、 恒温下进行的， 测定条件相对稳定； 而现场施工中经常处于变动的高温高压状态，对水泥浆的性能有一定影响，与实 验室所测参数有一定差异。 2、常压稠化仪与高温高压稠化仪的不同作用是什么？ 答：常压稠化仪只能提供常压、高温环境，高温高压稠化仪可提供高温高压 测试环境，更加符合井底实际施工状况，所测参数对现场更具指导意义 3、测试水泥浆的性能对固井施工有什么意义？ 答： （1）足够长的稠化时间可以使水泥浆到达指定位置后凝固，过短的稠化 时间可能导致后期泥浆憋泵、留水泥塞过多。 （2）流变性能好，所需注入压力小，施工过程较为安全。 （3）水泥浆密度对对固井质量有很大的影响。 4、为什么要经常标定常压稠化仪电位计？ 答：经常标定电位计可提高测量精度，可减小测量误差。
首先，判别流变模式：
0.5 0.03
宾汉塑性模式
F (200 100 ) /(300 100 )
0.5 0.03
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。
1、计算水泥浆流变参数 ������200 − ������100 = 0.5 ������300 − ������100 F 处在 0.47~0.53 之间，选择宾汉模式 F= 塑性粘度P 0.0015 300 100 0.045Pa s 动切应力 o 0.511300 511 P 13.286Pa 2、绘制水泥浆稠化时间曲线
中国石油大学 钻井工程 实验报告
班级： 石工 12-7 班 学号： 同组者： 实验日期： 2015.11.26 12021388 姓名：善人教师： 成绩：
油井水泥浆性能实验
一、实验目的
1．通过实验掌握油井水泥浆的基本配制方法，掌握水泥浆密度、流变性能 的测定方法， 掌握有关仪器的使用方法， 对油井水泥浆基本性能的指标范围有一 定的认识。 2． 通过实验掌握油井水泥浆稠化时间的测量方法及常压稠化仪的操作方法， 了解常用油井水泥浆的稠化性能与有关指标， 充分认识水泥浆稠化时间对固井作 业的重要性。
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
四、实验数据处理
实验原始数据： （1）水泥浆配方 水泥级别 G 水灰比 0.56 外加剂名称 氯化钙 外加剂加量 15g
（2）水泥浆密度（实验温度及压力条件常温常压） 水泥浆密度 1.7g/cm3 （3）测定水泥浆的流变参数（实验温度及压力条件常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。