钻井液性能评价测试及设计导书-final-03-12

钻井液工艺学实验指导书
中国地质大学（北京）
2011年11月
目录
1.钻井液基本性能及其测试 (3)
2.钻井液中膨润土含量 (8)
3. 膨润土造浆率测定 (10)
4. 泥浆的碱处理 (12)
5. 水解聚丙烯酰胺的性能应用 (13)
6. 泥浆的钙污染和处理 (15)
7. 钻井液抑制性及抑制剂评价实验 (16)
8. 细分散淡水泥浆体系 (19)
9. 不分散低固相淡水泥浆 (20)
10. 可循环微泡沫钻井液 (21)
中国地质大学（北京）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：
1. 钻井液基本性能及其测试
一、实验目的
通过实验：1）掌握钻井液基本性能指标及其测定方法；2）掌握常规钻井液性能测定仪器使用方法；理解钻井液性能对钻井作业的影响。

二、实验内容
1. 比重、流变参数（漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力、流性指数和稠度系数）、失水造壁（失水量、泥饼）、固相含量、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. 比重、粘度、切力、失水量、固相含量、含砂量、pH值等性能测定与计算。

三、实验仪器、设备及药品
（一）仪器、设备
天平、D90-1型电动搅拌机、GJ-1型高速搅拌机、量具、不锈钢尺、秒表、1002泥浆比重秤、1006型泥浆粘度计（漏斗粘度计）、ZNN-D6型电动六速旋转粘度计、SD型多联中压滤失仪、钻井液固相含量测定仪ZNG-A、钻井液含沙量测定仪ZNH-1、广泛pH试纸、定性滤纸等。

（二）药品
膨润土粉、碳酸钠（Na2CO3）、钠羧甲基纤维素（CMC）
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（图1-1）
图1-1 钻井液比重称构造图
1-秤杆；2-主刀口；3-泥浆杯；4-杯盖；5-校正筒；6-游码；
7-底座；8-主刀垫；9-挡壁
1.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（图1-2）
图1-2 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。

（3）仪器校正
由于漏斗粘度是泥浆相对水的粘度，在使用前应对粘度进行校正。

校正的方法是用漏斗粘度计测量清水的粘度。

清水标准的漏斗粘度为26s 。

误差在±1秒内，泥浆的实际粘度应根据下列公式校正：
()秒清水实测粘度
泥浆实测粘度泥浆实际粘度⨯=26
如果误差超过±1秒，该漏斗粘度计应停止使用。

2. 旋转粘度计测泥浆流变性能
（1）仪器：ZNN-D6六速旋转粘度计（图1-3）
图1-3 旋转粘度计示意图
（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扭矩，带动与扭力弹簧相连的内筒旋转一个角度。

该转角的大小与液体的粘性成正比。

于是，液体粘度的测量转换为内筒转角的测量。

（3）测定步骤
a) 将刚搅拌好的泥浆倒入样品杯刻度线处（350毫升）立即放置在托盘上，上升托盘
使液面至外筒刻度线外，拧紧手轮，固定托盘。

b) 迅速从高速到低速进行测量，待刻度盘读数稳定后分别记录600θ、300θ、200θ、
100θ、6θ、3θ的读数。

c) 上述测定完成后，用600转/分的转速将杯中泥浆搅拌10秒，静置10秒后，开始
用3转/分测量，读出刻度盘的最大值31θ-。

重新搅拌后，静置10分钟，同样以3转/分测量，小心地读出刻度盘的最大值32θ-。

d) 计算流变参数：
表观粘度：
（mPa ⋅s ） 塑性粘度: （mPa ⋅s ）
动切力: （Pa ） 流性指数: n= 3.322600
300
lg
θθ 稠度系数： n
K 511
511.0300
θ=
（Pa.s n ） 静切力（初切）： τ初=0.511×31θ- （Pa ） 静切力（终切）： τ终=0.511×32θ- （Pa ）
（三）泥浆失水量及泥皮厚度的测定
1. 仪器：SD 型多联中压滤失仪 （图1-4）
图1-4 API 滤失量测定仪
2. 原理：泥浆失水量的测定是按美国石油学会标准（API ）进行的，即在0.69MPa 的气体压力下，记录30分钟时的失水量。

3. 测定步骤
6002
1
θμ=a 300600θθμ-=P )2(511.0)(511.06003003000θθμθτ-=-=p
a)用左手拿住泥浆杯，用食指堵住泥浆杯的气接头小孔，倒入被测泥浆，高度以低于
密封圈2～3毫米为最好，放好密封圈，铺平一张滤纸，拧紧泥浆杯盖，然后将泥
浆杯连接在三通接头上，将20ml量筒放在泥浆杯下面，对准出液孔。

b)打开气源，使压力表指示保持在0.69MPa,当见到第一滴滤液时开始计时。

c)当测量时间在7.5分钟时，如果失水量小于8毫升，可继续测量至30分钟，如果
失水量大于8毫升，则用7.5分钟的失水量乘以2作为泥浆30分钟的失水量。

d)当测量时间到时，取下量筒，关闭气源，放出余气。

待泥浆杯中的空气放尽后，取
下泥浆杯并倒转后拧开杯盖，取出滤纸，洗掉泥饼上的浮层，用不锈钢尺测量其厚
度，并观察泥饼的特征，记录结果。

（四）固相含量的测定
1. 仪器ZNG型泥浆固相含量测定仪
（1）原理：该仪器依据蒸馏原理设计，取一定量（20毫升）泥浆，用高温将其蒸干，然后进行固相称重，算出固相成份之含量。

（2）组成：ZNG型泥浆固相含量测定仪主要由蒸发器、加热棒、电线街头、冷凝器、量筒组成（图1-5）。

图1-5 固相含量测试仪
1-蒸馏器；2-加热棒；3-电线接头；4-冷凝器；5-量杯
2. 操作步骤
a)拆开蒸馏器、放平泥浆杯；充分搅拌泥浆，将其倒满泥浆杯。

轻轻的将泥浆杯盖放
在杯口上，使多出的泥浆溢出并擦干净，此时泥浆杯内泥浆为20毫升。

轻轻的抬
起杯盖，将黏附在杯盖底部的泥浆刮回到泥浆杯中。

为防止蒸馏过程中泥浆溢出，
向泥浆杯中加入3～5滴消泡剂，然后扭上套筒。

b)将加热棒旋紧在套筒上部（后直立放置），将蒸馏器插入泥浆箱后面小孔内，并将
20毫升百分刻度量筒夹在冷凝器倒流管口处，以收集冷凝液。

c)连接电路进行蒸馏，同时记时，通电3～5分钟，第一滴冷凝液流出，直到泥浆被
蒸干不再有冷凝液流出（大约20～40分钟）。

d)拔出电线插头，切断电源，用环架取下蒸馏器，用刮刀刮下泥浆杯及加热棒、套筒
上固相成分，然后称重，计算出固相含量。

e)记下量筒内冷凝液的体积，用于计算或作为参考。

若冷凝液水油分层不清，可加入
2～3滴破乳剂。

3. 注意事项
（1）用完应清洗蒸馏器和冷凝器孔，擦干加热棒，然后将其风干。

（2）电源电压为220伏交流，波动范围可在180～230伏，注意不能超压。

（3）通电时间不要太长，一般30分钟左右。

（4）使用一段时间后，应检查线路。

（五）泥浆含砂量的测定
1. 仪器：ZNH-1型泥浆含砂量测定仪
2. 原理：泥浆含砂量是指泥浆中不能通过200目筛网（相当于颗粒直径大于74微米）的砂子体积和泥浆体积的百分数。

3. 测定方法
a) 在玻璃量筒中加入钻井液20毫升，再加入适量清水（总体积小于100毫升），用手
指堵住筒口，用力摇晃，使钻井液与水充分混合。

b) 将玻璃量筒中的混合液倒入过滤筒中，并用清水清洗量筒中剩余的砂粒，直至将砂
粒全部移至过滤筒中为止。

再用清水冲洗过滤筒中的砂粒，直至通过筛网的水彻底透明为止。

筛网上留下的全是不能通过200目筛网的砂子。

c) 将漏斗套在过滤筒上，并慢慢倒转回来，将漏斗嘴插入玻璃量筒中，再用清水将砂
子全部洗入量筒中。

d) 待砂子全部沉底后，从玻璃量筒上的刻度，读出砂子的体积百分数。

（六）泥浆pH 值的测定
比色法
比色法是常用的泥浆pH 值测定方法，一般采用广泛pH 值试纸。

用试纸测量时，将试纸置于泥浆表面，至液体完全润湿试纸表面且颜色稳定时（不超过3秒）取出，与标准比色板比较得出泥浆的pH 值。

五、实验数据分析
1. 设计表格记录原始数据
2. 绘制所测泥浆的流变曲线
3. 计算a μ、p μ、0τ、n 、K 、 τ初、 τ终，描述泥饼的特征
六、讨论钻井液性能与钻井作业的关系，分析各种性能对实现安全快速钻进所起的作用及影响，怎样调控钻井液性能？
中国地质大学（北京）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：
2. 钻井液中膨润土含量
一、实验目的
通过实验掌握：1）用亚甲基蓝(Methylene Blue)测定钻井液的阳离子交换容量（Cation Exchange Capacity--CEC ）的方法；2）确定钻井液中膨润土含量（Bentonite Content of Mud ）；3）进一步加深对粘土矿物吸附特性的认识。

二、实验内容
亚甲基蓝测试、阳离子交换容量和钻井液中膨润土含量测定。

三、实验原理
亚甲基蓝分子式为O H SCl N H C 2318163 ，是一种常见染料，在水溶液中电离出有机阳离子和氯离子，其中的有机阳离子很容易与膨润土发生离子交换。

四、仪器和试剂
1. 亚甲基蓝溶液(Methylene blue solution)：1mL=0.01毫克当量（3.20克试剂级亚
甲基蓝溶成1L 溶液）
2. 双氧水(Hydrogen peroxide)：3％溶液
3. 稀硫酸(Dilute sulfuric acid)：约2.5mol/L
4. 250mL 带胶塞烧瓶(250mL Erlenmeyer flask with rubber stopper)
5. 移液管(Serological pipettes)：1mL 一只，5mL 一只
6. 滴定管(Burette)：10mL
7. 量筒(Graduated cylinder)：50mL 8. 电炉(Hot plate)
9. 玻璃棒(Stirring rod) 10. 滤纸(Filter paper) 五、实验方法及步骤 a) 将2mL 钻井液（或需使用2～10mL 亚甲基蓝的对应的体积）加入已加入10mL 水的250mL
烧瓶中，加入15mL 3％的双氧水和0.5mL 稀硫酸。

缓缓煮沸10min ，然后用水稀释至50mL 。

b) 用移液管向烧瓶中加入亚甲基蓝溶液（1mL=0.01毫克当量），待滴入0.5mL 亚甲基蓝溶
液后，摇动烧瓶约30s 。

当其中固体仍处于悬浮状态时，用玻璃棒蘸一滴烧瓶中的样品并将其放在一张滤纸上。

如在已染了色的固体周围出现绿蓝色圈时即达到终点。

c) 如观察到液滴周围扩散的色环，再摇动烧瓶1min ，然后取一滴样品滴到滤纸上，如再
次有明显的蓝色环，说明已到终点。

如色环未出现或出现后又消失，则继续上述过程，直到摇动2min 后滴在滤纸上的液滴出现稳定明显的色环为止。

六、计算
1. 钻井液的阳离子交换容量CEC 用亚甲基蓝容量表示，可用下式计算：
亚甲基蓝容量＝亚甲基蓝毫升数/钻井液样品毫升数，3
3
/cm cm
2. 钻井液中膨润土含量。

一些添加剂，如CMC 、聚丙烯酰胺、褐煤和木质素磺酸盐等，用其处理时，它们也有吸附亚甲基蓝的性能。

为消除这些添加剂的干扰，样品需先用双氧水处理。

如这些吸附亚甲基蓝的材料在钻井液中浓度不高，则钻井液中膨润土含量为：
钻井液中膨润土含量⨯=25.14)/(3m kg 亚甲基蓝容量
七、实验数据记录、数据处理及现象分析
1. 数据记录
2. 数据处理
3. 现象分析
八、讨论影响粘土吸附亚甲基蓝量的因素
中国地质大学（北京）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：
3. 膨润土造浆率测定
一、实验目的
掌握API膨润土评价标准和造浆率测定方法。

二、实验内容
按API实验程序配制泥浆及按API标准评价造浆用粘土造浆率。

三、实验仪器、设备及药品
（一）仪器及设备
电动搅拌机、高速电动搅拌机、ZNN-D6型旋转粘度计、ZNS型泥浆失水量测定仪、1002型泥浆比重秤、量具、pH试纸
（二）药品
碳酸钠、粘土粉
三、实验方法及步骤
a)预备3份350ml的膨润土悬浮液，每份含不同加量的膨润土，以得到范围大约为
10~25mPa⋅s的不同表观粘度。

用搅拌器对各悬浮液搅拌20分钟，搅拌时至少中断
2次，以刮掉粘附在容器壁上的粘土。

b)将悬浮也在密闭容器内陈化24小时后，用搅拌器再各搅拌5分钟，测量它们的表
观粘度和API失水量。

五、实验数据记录及处理
1、数据记录
2、数据处理
3、用API标准评价所测粘土质量。

对造浆粘土的评价方法之一是按照造浆性能要求确定粘土的造浆率。

所谓造浆率是指配得表观粘度为15m Pa⋅s的泥浆时，每吨粘土造浆的立方数，计量单位为m3/t。

它直接表示泥浆造浆效率的高低，
在半对数坐标纸画出表观粘度和API失水量相对于膨润土含量（克土/100毫升水）的关系图，通过3个粘度点尽可能画出直线，由此确定表观粘度为15mPa⋅s的悬浮液所需的膨润土含量。

从表3-1中得出相应的造浆率（米3/吨），精确到0.5米3/吨。

同理，通过3个失水量数据点尽可能画出直线，由此确定浓度为7.5克膨润土/100毫升水的悬浮液的API 失水量，精确到1ml。

或者由下式计算膨润土造浆率。

1w s s V B W M =+
式中，B --造浆率，m 3/t ；V w --水的体积，ml ；W s --土的重量，g ；M s --土的比重，g/cm 3。

学号： 姓名： 课程：钻井液工艺原理 课程号：0201171 成绩： 4. 泥浆的碱处理
一、实验目的
了解无机处理剂碳酸钠对泥浆性能的影响。

二、实验内容
1、用碳酸钠以不同的加量处理泥浆
2、测定泥浆性能，确定碳酸钠最优加量
三、实验仪器、设备及药品
（一）仪器、设备
ZNN-D 6型旋转粘度计、ZNS 型泥浆失水量测定仪、电动搅拌机、天平、量具、烧杯、
移液管
（二）药品
碳酸钠、粘土粉
四、实验方法及步骤
（一）原理
天然的钙质膨润土加入纯碱发生下列反应：
Ca ２＋ + Na 2CO 3 → ２Na ＋+CaCO 3 ↓
（二）测定步骤
a) 称取粘土粉28克，共6份。

按粘土粉重量的0、2、4、6、8和10％加量称取所需
碳酸钠量，共6份。

b) 将6份碳酸钠分别放入6支1000毫升的量杯中，加水溶解，并稀释至700毫升。

c) 开动搅拌机，依次将称好的粘土粉徐徐加入量杯中。

用低速搅拌机搅拌30分钟，
然后在高速搅拌机上再搅拌5分钟，立即测定泥浆的流变参数和API 失水（30分
钟和7.5分钟），并记录结果。

d) 有关计算：
视粘度 ： 60012A μθ=
（单位：mpa s ⋅） 卡森粘度 ： 1
112226001001.195()C μθθ=- （单位：mpa s ⋅）
达西渗透率 ：307.52()K Q Q =- （单位：ml ）
30Q 、7.5Q --30分钟和7.5分钟的失水量
五、实验数据记录、数据处理及现象分析
1. 数据记录
2. 数据处理
3. 绘制碳酸钠加量对a μ、c μ及K 值影响曲线，并确定最低加碱量的合理范围。

六、讨论碳酸钠的作用原理
学号： 姓名： 课程：钻井液工艺原理 课程号：0201171 成绩： 5. 水解聚丙烯酰胺的性能应用
一、实验目的
了解不同水解度PAM 的最佳絮凝浓度、PHP 的选择性絮凝作用和聚丙烯酰胺化学胶液
的配制及其性能。

二、实验内容
1. 不同水解度的PAM 最佳絮凝浓度实验。

2. PHP 的选择性絮凝实验。

3. 聚丙烯酰胺化学溶液的配制及其性能。

三、实验仪器、设备及药品
（一）仪器及设备
10毫升量筒 5只 100毫升刻度带塞试管 5只
天平 1台 烧杯（100毫升） 2只
电动搅拌机 1台 500毫升量杯 1只
量筒 2只 ZNN-D 6型旋转粘度计
API 失水仪 pH 试纸
（二）药品
聚丙烯酰胺（不同水解度），粘土，碳酸钠，FeCl 3，水玻璃，KCl ，KOH 等。

四、实验方法及步骤
(一) 最佳絮凝浓度的测定
在泥浆中加入PAM 溶液，恰好水土分层，此时PAM 在泥浆中的浓度即为其最佳絮凝
浓度。

a) 准备未水解的PAM 及水解度为10、30、50、70％的PHP （水解聚丙烯酰胺），配
成浓度为0.2％的稀溶液，并分别装入5只10毫升的量筒中备用。

b) 用高岭土配制成比重为1.2的泥浆或用膨润土配成比重为1.05～1.10的泥浆
c) 用5只100毫升带刻度带塞试管，分别装入50毫升泥浆。

d) 将配好的不同水解度的PAM 溶液用小滴管分别滴入上述试管中，边滴边缓慢倒转
试管，使药液均匀地混入泥浆，直到恰好水土分层，停止滴加，记录所消耗的PAM
及PHP 的毫升数。

e) 最佳絮凝浓度计算：
6212
10m V C p V V ⨯=⨯+ 式中，P m --最佳絮凝浓度
V 1--带塞试管中泥浆体积（毫升）
V 2--消耗聚丙烯酰胺体积（毫升）
C--聚丙烯酰胺的百分浓度
(二) 选择性絮凝实验
在3只100毫升带塞试管中分别加入4克钠膨润土、钙膨润土和高岭土，加蒸馏水至
90毫升，再加入水解度为1%的PHP ，反转50次，静止时开始记下不同时间的沉降高度H 。

(三) 聚丙烯酰胺化学溶液的配制及其性能
1. 配制聚丙烯酰胺溶液并测定其性能
配制500ml一定浓度的（0.03%~0.06%）聚丙烯酰胺溶液并测定其性能。

2. 配制聚丙烯酰胺化学交联溶液并测定性能（选择下面一种化学溶液配方，配制500ml 溶液并测定其性能）。

1)0.03%~0.06%PHP+0.018%~0.0369% FeCl3
2)0.05%PHP+0.2%~1%水玻璃
3)0.05%~0.08%PHP+0.2%~1%KCl+0%~0.1%KOH
五、实验数据记录及处理
学号：姓名：课程：钻井液工艺原理课程号：0201171 成绩：
6. 泥浆的钙污染和处理
一、实验目的
了解钻井液钙污染的来源，及污染后对钻井液性能的影响。

泥浆钙、镁污染来源主要有：1）配浆水；2）海水中除主要含有食盐NaCl以外还含有一定量的MgCl2 ；3)含无水石膏（CaSO4）和有水石膏（CaSO4.2H2O或CaSO4.1/2H2O）的地层。

掌握泥浆钙污染的处理方法以及作用原理。

二、实验内容
泥浆抗钙污染实验。

三、实验仪器、设备及药品
1）、实验仪器、设备
天平、烧杯、高速搅拌机及样品杯、ZNN-D6型旋转粘度计、ZNS型泥浆失水量测定仪、量具、移液管
2）、实验药品
氯化钙、待测泥浆
四、实验步骤
1、根据使用需要，选择钙离子浓度为300mg/L、500mg/L、700mg/L、3000mg/L做抗钙污染实验。

2、量取5份各350mL待测泥浆，其中一份作为空白试样，装入高速搅拌机的样品杯中。

3、加入相当于选择的钙离子浓度的氯化钙，依次加入待测泥浆，在高速搅拌机搅拌10min。

4、按第一部分中钻井液性能测试程序测试：比重、流变参数、API失水、PH值。

5、列表对比不同加量钙污染后的泥浆性能变化，分析原因。

五、泥浆钙污染处理方法
通常用纯碱来处理（1.0mg/L的钙离子用0.00266kg/m3纯碱处理）。

2
++
+
Ca2
↓
NaCO
CaCO
+Na
→
3
3
学号：姓名：课程：钻井液工艺原理课程号：0201171 成绩：
7. 钻井液抑制性及抑制剂评价实验
一、实验目的
熟练掌握测试评价泥浆抑制性的实验方法及原理，理解泥浆抑制性在安全钻井中所起的作用及原理及抑制剂的作用原理。

二、实验内容
1、岩心回收率实验
2、泥页岩膨胀率实验
三、实验仪器及材料
1）实验仪器
1．泥浆磙子炉，泥浆品脱罐
2．40目分样筛，及40目以上分样筛
3. 真空恒温干燥箱
4. 天平、秒表
2）试验材料
1.岩屑
2.待测钻井液
3.待测抑制剂
四、实验操作步骤
1. 岩屑回收率实验
1）量取50.0g（准确至0.1g）小于6目，大于10目的岩心样品，放入（105±3）℃的恒温干燥箱中烘干至恒重，降至室温。

装入盛有350ml待测泥浆的泥浆品脱罐中，加盖旋紧。

2）将装好试样的泥浆品脱罐放入温度已调到（80±3）℃的泥浆磙子炉中，滚动16h，开始滚动10min后，应检查泥浆品脱罐是否漏失，若发现漏失，应取出盖紧或更换垫圈。

3）恒温滚动16h后，取出泥浆品脱罐，冷却至室温，将罐内的液体和岩样全部倾倒在40目分样筛上，在盛有自来水的水槽中湿式筛洗1min。

4）将40目筛余放入（105±3）℃的恒温干燥箱中烘干4h。

取出冷却，并在空气中静放24h，然后称量（准确至0.1g）。

5）结果计算。

按下式计算16h回收率：
R40=（m平/50）×100%
式中，R40--40目岩心回收率；
m平--40目筛余的平均值，g。

2.泥页岩膨胀率实验
页岩膨胀实验是让页岩岩心直接与钻井液接触，测定其岩心在不同时间的线膨胀百分数，以此来评价泥浆体系的抑制性能。

页岩线膨胀百分数的测定是在限制条件下，只允许岩心在一个方向膨胀。

各种页岩的膨胀性强弱可用相同条件下的2h和16h的线膨胀百分数来进行比较。

1）仪器材料。

NP-01型页岩膨胀测试仪，包括主机、记录仪和压力机全套设备。

主要部分示意图见图7-1。

游标卡尺、凡士林、滤纸等。

2）操作步骤
1、岩粉制备
①．洗净测筒，擦干并在底盖内垫一层普通滤纸，旋紧测筒底盖。

②．将岩粉过100目筛，在（105±3）℃烘干4h 并冷却至室温后，称取10～15±0.01g
装入测筒内，将岩粉铺平。

③．装好活塞杆上的密封圈，将活塞杆插入测筒内，然后放在压力机上逐渐均匀加压，
直到压力表上指示4MPa ，稳压5min 。

④．卸去压力，取下测筒，将活塞从测筒内慢慢取出，用游标卡尺测量岩心的厚度（即
原始高度）。

2、膨胀实验
①．接通主机电源，启动记录仪电源，预热30min 。

②．将装好岩心的测筒安装到主机的两根连杆中间，放正。

把测杆（孔盘）放入测筒内，
使之与岩心紧密接触，将测杆上端插入传感器中心孔，调整中心杆上的调节螺母，使数字表
显示0.00。

③．调整记录仪测量范围为1V （满量程相当于10mm ），记录纸速度为0.01mm/s （不启
动走纸开关）。

调整记录仪的调零旋钮，使记录仪指针（笔尖）对正记录纸0线。

④．将事先准备好的泥浆或待测抑制剂溶液（约20mL ）注入测筒内，与此同时启动记
录仪走纸开关。

主机数字表随时显示岩心的膨胀数据，同时记录仪扫描绘出膨胀量—时间曲
线（膨胀曲线）。

⑤．仪器工作16h 之后，关断电源，拆下测筒、测杆，清洗干净并烘干，收存备用。

3、结果计算
按下式分别计算2h ，16h 的线膨胀百分数；
%100/⨯=H R V t t
式中，t V --时间t 时页岩的线膨胀百分数；
t R --时间t 时的线膨胀量，mm ；
H --岩心的原始高度。

4、注意事项
1、测量岩心原始高度时，应在装入岩粉前用游标卡尺测量测筒高度（测正交四个点，
取平均值），岩心制好后再用同样方法测量测筒高度，两次之差即为岩样高度。

图7-1 NP-01型页岩膨胀测试仪示意图
1、底盖；
2、滤纸；
3、岩心；
4、测杆；
5、试验溶液；
6、测试杯；
7、传感器；
8、转
换部件；9、数字表；10记录仪
2、作为页岩理化性能，只需报告页岩在泥浆中2h和16h的线膨胀百分数。

因此可以不启动走纸开关。

但需在测筒内注入钻井液的同时开始记时，分别在2h和16h读记数字表上的线膨胀量。

3、在进行页岩抑制剂的评选时，需要进行多组实验，这种情况应该使用记录仪。

还可使记录纸反向移动到前次实验的起点，逐一测试，得到一簇膨胀曲线，以便于相互比较。

学号：姓名：课程：钻井液工艺原理课程号：0201171 成绩：2009-12--21
8. 细分散淡水泥浆体系
一、体系介绍及实验目的：
由淡水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂(简称为分散剂)配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。

为了与钙处理钻井液相区别，有时又称为细分散钻井液或淡水钻井液。

细分散泥浆的含盐量小于1%，含钙量小于120ppm，不含抑制性高聚物。

其组成除粘土、Na2CO3和水外，为了满足钻井需要，往往加有提粘剂、降失水剂和防絮凝剂（稀释剂）。

依所加处理剂的不同，可有不同种类，如钠羧甲基纤维素泥浆、铁铬盐泥浆、木质素磺酸盐泥浆和腐植酸泥浆等。

本实验通过配制不同比重的细分散泥浆，理解细分散泥浆的基本组成及各自组成成份所起的作用及原理。

参考配方：1000ml水+100g～150g膨润土+5g～7.5g碳酸钠+2g～4gCMC+3g～10gFCLS（1g～3gXY-27）
二、实验内容：
1、按要求配制细分散淡水泥浆；
2、测试所配泥浆体系基本性能。

三、实验仪器及材料
1）实验仪器
天平、D90-1型电动搅拌机、GJ-1型高速搅拌机及搅拌杯、量具、不锈钢尺、秒表、水桶、1002泥浆比重秤、1006型泥浆粘度计（漏斗粘度计）、ZNN-D6型电动六速旋转粘度计、SD型多联中压滤失仪、钻井液固相含量测定仪ZNG-A、EP-B极压润滑仪、钻井液含沙量测定仪ZNH-1、广泛pH试纸、定性滤纸。

2）实验材料
优质膨润土、碳酸钠、LV-CMC（低粘羧甲基纤维素钠）、FCLS（铁铬木质素磺酸盐）、XY-27
四、实验步骤
（1）配制泥浆
1）、按参考配方分析所要考虑的因素以及水平，给出相应的正交实验表格。

2）、按照正交表格确定实验的组数，每组实验分别用量筒量取500mL清水，装入高速搅拌杯中，按照列出的正交表格中不同组别各自成份的加量比例，称取相应材料的重量。

3）、将盛有500mL清水的搅拌杯固定到搅拌机上，钻速设置为10000r/min，开动搅拌机，将称取好的材料按先后顺序依次加入到搅拌杯中，搅拌时间为20min。

（2）、性能测试
依据第一部分给出的泥浆性能测试方法，测试所配体系的基本性能。

其中包括：比重、流变参数、PH值、API中压失水、固相含量、含砂量、润滑性等。

五、数据处理及实验分析总结。