1、實訓一 水基鉆井液配制及API 失水的測定一、實訓目的要求1、了解和掌握鉆井液的配制過程及方法，學會按所需比重配制一定量的水基鉆井液。2、了解測定鉆井液常規性能的各種儀器的測定原理，正確掌握測定鉆井液常規性能的儀器設備的使用方法。3、正確掌握 API 失水儀的測定。二、實訓儀器及藥品高速攪拌機一臺、高攪杯、API 失水試驗儀、秒表、天平、膨潤土等。三、實訓內容與測定方法1、水基鉆井液的配制鉆井液 ( 泥漿 ) 的種類很多， 通常分為兩種基本類型： 即水基鉆井液和油基鉆井液。 油基鉆井液是以柴油 ( 或原油 ) 作分散介質， 水及有機土或其他的親油粉末物質作分散相，加乳化劑等處理劑配制而成；水基

2、鉆井液是以水為分散介質，其基本組分是粘土( 搬土 ) 、水、和化學處理劑，這類鉆井液發展最早，使用最廣泛。我們這里所要配制的鉆井液只是其中一種最基本、最簡單的水基鉆井液，即般土原漿。它的配制要點是在選定粘土的基礎上，加入適量純堿或其它處理劑，以提高粘土的造漿率。 純堿的加量依粘土中鈣的含量而異，可通過小型實驗求得，一般不超過泥漿體積的1%。加入純堿的目的是除去粘土中的部分鈣離子， 使鈣質膨潤土轉化為鈉質膨潤土，從而提高它的水化分散能力，使粘土顆粒分散得更細。Ca(土 ) aCO=Na( 土) CaCO。因此，原漿加純堿一般呈現粘度增大，失水量減小；如果隨著純堿加入失水量反而增大，就說明純堿加過

3、量了。 有的粘土只加純堿還不行，需要加少量燒堿，其作用是把粘土中氫質土轉化為鈉質土。計算出配制密度為1.05 的水基鉆井液500ml 所需膨潤土重量( 密度約為 2.20g/cm ）， 用天平稱取所需膨潤土。其計算公式如下：cVm ( m1)mcc1mc 配漿所需的膨潤土粉重量g ；Vm 所配鉆井液的密度g/cm ；m 膨潤土粉的密度g/cm ；Vw 需配制的鉆井液體積ml 。所需水量： VwVm mmc2、鉆井液配制（配制1 杯）用量筒量 500ml 自來水放入高攪杯，將高攪杯放于高攪器下高速攪拌（11000 轉/ 分鐘），一邊攪拌一邊緩慢加入已稱好的膨潤土粉 ( 注意防止土粉在杯底堆積 )

4、 ，待土粉全部加完后，繼續攪拌 35 分鐘，按土粉重量的 2 5稱取所需的純堿粉邊攪邊加入鉆井液中，繼續攪拌 30 分鐘，直到鉆井液的溫度基本接近室溫即可。注：現場一般配漿是用自來水在常溫下配制， 配好后需放置幾天至十幾天，以使土粉充分水化分散，鉆井液性能穩定下來才能使用。本實驗用熱水配漿的目的是為了加快膨潤土的水化分散， 配制的鉆井液也應放置幾天，性能才能穩定。 因時間限制本實驗配制的鉆井液沒有放置陳放。由于配制的鉆井液性能受到的影響因素很多，如水溫、攪拌時間長短和強度、加土和堿的速度及時間、室溫高低等，所以配制的鉆井液性能各組可能有所不同。2、鉆井液失水量測定鉆井液的濾失量分為API 濾失

5、量 ( 靜濾失量 ) ，是指室內在一定的壓差 (690 35kP 相當于 70.35kg/cm 2）作用 30 分鐘，通過截面積為 45.8 0.6( 直徑 9cm)過濾面積的濾紙所滲透出來的失水量， 同時，在濾紙上沉積的固相顆粒的厚度稱為泥餅厚度 ( 以 mm表示 ) ；高溫高壓濾失量，即在 1034.25KPa 及 150下測定的濾失量；動濾失量即指在一定剪切速率下測定的濾失量，濾失量均以ml 表示。一般規律是，同一鉆井液，濾失量越大，泥餅愈厚。我們這里用國產仿 API 失水儀測定鉆井液的濾失量就是鉆井液的靜濾失量。鉆井液濾失量是一種滲濾現象， 它的特點是鉆井液處于靜止，作為滲濾介質的泥餅

6、 ( 另一介質是地層 ) 的厚度是個變數， 它隨滲濾時間的延長而增厚。影響靜濾失量因素有滲濾時間、滲濾壓力、固相的數量及類型、泥餅的滲透率、濾液粘度及溫度等，根據鉆井液靜失水基本方程， 當其它不因素不變時， 鉆井液的濾失量與滲濾時間的平方根成正比；滲濾壓力 ( 鉆井液液柱壓力與地層孔隙內流體壓力之差 ) 對鉆井液濾失量的影響在其它條件相同的情況下，壓差對鉆井液的影響存在三種不同的情況： 一種是隨壓差增加而變大； 一種是不隨壓差而變化； 另一種是壓差愈大濾失量反而變小， 說明泥餅具有較好的壓縮性。鉆井液中固相含量增加，濾失量減小，泥餅增厚。而泥餅的滲透率才是影響濾失量的主要因素， 因此，控制鉆井

7、液濾失量的途徑主要是降低泥餅的滲透率。 泥餅的滲透率取決于構成泥餅的粘土及其它顆粒的尺寸、形狀與水化程度。顆粒越小，形狀越呈扁平狀，在壓力下越易變形；水化膜越厚者，滲透性越小。由此可見，鉆井液濾失量這個參數實際上反映了鉆井液的膠體性質， 分散的、較細的膠體粒子占了相當數量， 才有可能把鉆井液的濾失量控制在較小的數值之內。放空閥的工作原理 ( 見圖 ) ：當放空閥關死時，即處于位置 1，減壓閥輸出 (A 室) 被密封圈堵死，氣體無法進入泥漿杯內 (B 室) ，而泥漿杯 (B 室) 與大氣 (C 室) 相通。當放空閥退回 1 圈時，即處于位置 2，(B 室) 與外界隔絕，而與泥漿杯相通，即氣體由減

8、壓閥輸出，經過輸出管道，進入泥漿杯。當放空閥恢復到位置 1 時，這時泥漿杯內壓力被放空， 便可安全地卸下泥漿杯。放空閥原理圖減壓閥工作原理 ( 見圖 ) ：(1) 當我們工作時，順時針轉動調壓手柄 (6) 下壓調壓彈簧 (5) 及膜片組件 (4) 將閥芯打開，使高壓室氣體經過閥芯配合空隙處( 阻尼 )進入低壓室。(2) 膜片組即產生向上推力， 企圖將閥門關閉， 使輸出壓力下降，當作用在膜片的推力與彈簧壓力平衡后， 減壓閥便有一定大小的壓力輸出。(3) 當輸入壓力發生波動時，若壓力在瞬時升高，輸出壓力也隨之升高，而作用在膜片上推力也相應增大， 破壞了原來的力平衡狀態，從而必然導致上壓調壓彈簧，

9、使膜片上移，此時靠高壓室復位彈簧 (3)及阻尼的作用，使閥桿上移，從而使閥門開度減小，節流作用增大，使輸出壓力回降，直達到新的力平衡為止。 而重新平衡后的輸出壓力，基本上又回到原來的調壓數值。(4) 反之當輸入壓力瞬時下降，膜片下移，閥門開度增大，節流作用減小輸出壓力又基本上回升到原來的數值。 這就是減壓閥能穩壓的工作原理。總之，減壓閥的工作原理是靠進氣閥芯處的節流作用減壓， 靠膜片上力的平衡作用來穩壓。1- 減壓閥座； 2- 閥芯組件； 3- 高壓復位彈簧； 4- 阻尼組件； 5- 調壓彈簧； 6- 調壓手柄； 7- 調壓閥蓋； 8- 輸入氣接頭； 9- 1119 密封圈； 10- 輸出氣接

10、頭減壓閥圖測量方法及步驟：(1) 逆時針旋轉減壓閥調壓手柄 (6) 使之成自由狀態 ( 此時減壓閥高低壓室關閉 ) ，使氣瓶中的氣源不能進入減壓閥。同時順時針旋緊放空閥旋鈕 ( 見圖 ) 。1- 支架組； 2- 減壓閥裝配； 3- 放氣閥組； 4- 泥漿杯組； 5- 量筒掛架；6-20 毫升量筒圖 ZNS 型中壓失水儀圖(2) 將泥漿杯及泥漿杯蓋和 “”型密封圈等用干布擦拭干凈，用手指堵住泥漿杯輸氣接頭端面小輸氣孔， 慢慢倒入被測鉆井液至泥漿杯高度的刻度線處 ( 注意鉆井液不能裝滿泥漿杯 ) ，先把 “”型密封圈平放在泥漿杯臺階上 ( 若臺階上沾有鉆井液須用布擦干凈 ) ，然后再把一張定性干濾

11、紙平放在 “”型密封圈上 ( 注意不要浸濕濾紙 ) ，將泥漿杯蓋放在濾紙上， 使杯蓋的凸緣夾在泥漿杯的凹槽之間， 再順時針用力擰緊，使杯與蓋的凸緣重疊寬度在 1左右。注意不要擰的太緊， 以避免把濾紙擦破或實驗完后難以打開杯蓋， 但是也不能擰的太松使鉆井液漏失或加壓后杯蓋滑脫， 造成實驗失敗。(3) 將泥漿杯倒過來，使泥漿杯的矩形公接頭插入失水儀三通接頭的矩形母接頭下，向任意方向旋轉 14 圈使之吻合。(4) 將 20ml 量筒對準泥漿杯蓋下的濾水孔，平放在底座上。(5) 順時針旋轉調壓手柄 (6)( 見圖 ) ，使氣瓶的氣體進入低壓室，同時觀察減壓閥壓力表指針，調整壓力至 56kg/cm。(6

12、) 按逆時針方向，慢慢旋轉放空閥旋鈕 ( 見圖 ) ，使高壓室氣體進入低壓室，同時觀察壓力表指示， 當壓力表指針瞬時發生較大角度下降時，表示壓力已經進入泥漿杯，待指針基本穩定后，迅速轉動調壓手柄調壓至7kg/cm7kg/cm ，直至見到第一滴濾液流出開始計時。(7) 若測定時， 7.5 分鐘時的濾失量小于 8ml，則應連續測量至30 分鐘。 30 分鐘的濾失量即為API 濾失量。若 7.5 分鐘時的濾失量大于 8ml，則可用 7.5 分鐘時的濾失量乘以2，即為該鉆井液的濾失量，也即 API 的失水量。本實驗為了驗證泥漿靜失水基本方程，要求測定和記錄以下時間的失水量。1、 2、3、4、5、 6、

13、7.5 、10、12、14、16、18、20、 22、 25、30 分鐘。附表累時間（分）1234567.510計濾液（ml）失時間（分）1214161820222530水濾液（ml）量泥餅厚度（毫米）蒸餾液體積固相固相W杯W杯+漿W杯 +固固相含量（ml）平均測定（g）（g）（g）重量% 體積% 比重水油s數據(8) 當測量時間到 30 分鐘時，立即取出量筒， 讀出量筒內濾液體積并記錄。逆時針旋轉調壓手柄，將減壓閥關閉 ( 若需要再次測定濾失量，可不需關閉減壓閥 ) ，切斷高低壓室氣源。 (9) 按順時針旋轉放空閥 ( 旋緊 ) ，將泥漿杯內氣體放空， 即旋轉到能夠聽到放空閥的出氣小孔發出“咝咝”的響聲為止 ( 表示杯內氣體已放出 ) 。(10) 將放空后的泥漿杯旋轉 90，取下泥漿杯并倒過來，按逆時針方向打開泥漿杯蓋， 用較小的水輕輕沖洗掉濾紙上泥餅表面的鉆井液，取出濾紙及泥餅平放在水平面上， 用鋼板尺垂直插入泥餅測量泥餅厚度并記錄。(11) 用 pH試紙測定濾液 pH值，記入表格。(12) 丟去泥餅及濾紙，清洗泥漿杯及蓋、 “ O”型密封圈及量筒，特別是泥漿杯蓋的金屬網絲一定要