钻井液实验报告
- 格式：doc
- 大小：275.00 KB
- 文档页数：11
本科生实验报告
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OHSClNHC2318163，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，33/cmcm
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)/(3mkg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
土样 质量 300r/min 600r/min 消耗体积
3% 0.2225g 5.5 7 10.6ml
2. 数据处理
解：亚甲基蓝容量=亚甲基蓝毫升数/钻井液样品毫升数=10.6/2=5.3
所以，钻井液中膨润土含量=14.25*亚甲基蓝容量=5.3*14.25=75.525 kg/错误!未找到引用源。
3. 现象分析
答：带蓝色的亚甲基蓝染料在水溶液中容易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。开始时蓝色比较淡是因为加入的亚甲基蓝比较少，电离的有机阳离子全部用于取代膨润土层间的阳离子，因而不显出深蓝色。随着亚甲基蓝加入量的增加膨润土中的阳离子全部被取代，多余的有机阳离子溢出溶液中，溶液显示出深蓝色的圈环，也即达到了反应的终点。
八、讨论影响粘土吸附亚甲基蓝量的因素
答：1、膨润土的浓度和品级。
2、膨润土中阳离子的种类和所带电荷数。
3、溶液的PH值。
图2-1 亚甲基蓝试验和终点的确定
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10~25mPas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
土样 3% 5% 7%
300r/min 5.5 13 30
600r/min 7 18 39
2、数据处理
土样 3% 5% 7%
300r/min 5.5 13 30
600r/min 7 18 39
表观粘度 3.5 9 19.5
3、用API标准评价所测粘土质量。
六、造浆率计算 API标准
旋转粘度计600转/分的读数 最小30
屈服值（磅/100英尺2） 不大于3×塑性粘度
失水量 最大13.5ml/30min
200目湿筛筛余 最大4％
水分（按加工厂运出计） 最大10％ 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15mPas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15mPas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。
1wssVBWM
式中，B --造浆率，m3/t；Vw --水的体积，ml；Ws --土的重量，g；Ms --土的比重，g/cm3。
4. 聚丙烯酰胺衍生物絮凝性能应用
一、实验目的
通过对聚丙烯酰胺衍生物絮凝实验，区分不同衍生物絮凝能力的差别，并比较各种衍生物絮凝效果，了解水解聚丙烯酰胺选择性絮凝作用，获得感性认识，掌握其絮凝机理，为以后工作中应用打下良好基础。
二、实验内容
1. 聚丙烯酰胺衍生物絮凝效果测试。
2. 水解聚丙烯酰胺的选择性絮凝实验。
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
电子天平 1台 烧杯（1000毫升） 3只
电动搅拌机 1台 150毫升烧杯 3只
50毫升量筒 5 只 秒表
10毫升量筒 2只
（二）药品
石油大学聚丙烯酰胺PAM、水解度为20%的阴离子水解聚丙烯酰胺APAM以及30%和50%离子度阳离子聚丙烯酰胺CPAM，三种不同品质膨润土，NaOH等。
四、实验方法及步骤
(一) 聚丙烯酰胺衍生物絮凝效果测试
实验方法：
1、取石油大学聚丙烯酰胺PAM、水解度为20%的阴离子水解聚丙烯酰胺APAM以及30%和50%离子度阳离子聚丙烯酰胺CPAM，各配制0.1%水溶液100ml（需提前预水化），搅拌均匀，备用。
2、称取膨润土5g，加入1g NaOH配置1%溶液500ml，高速搅拌20分钟，备用。
3、取膨润土溶液90ml，倒入4个150ml烧杯中。
4、依次加入PAM、20%APAM、30%CPAM、50%CPAM溶液10ml，配制成100ppm溶液，在100 r/min的速度下搅拌3 min，倒入100毫升刻度带塞试管，反复倒转5次以上，观察絮凝过程。这时可形成一个清晰的悬浮体沉降分界面。记下不同时间清液高度H(刻度从液面向下读，在量筒中记毫升数)。静置10分钟的高度记作Hmin，前10s的高度记作H10。按Stokes公式：
292()tHgRDd
对同一体系的（介质粘度)、(D-d)(悬浮物和介质的密度差)、R(悬浮体表观半径)和g（重力加速度)均为常数。所以t(沉降时间)与H(沉降距离)成正比：H=Kt、K=H/t(ml/min)为比例常数。将絮凝数据记入表1，并作出t-h曲线。从图中得出1/2Hmin所对应时间t1/2记入表格中，并得出K值(K=H/t)，由此判断絮凝能力。
(二) 水解聚丙烯酰胺选择性絮凝实验
实验方法：
1、称取三种品质不同的膨润土10g，加入1 g NaOH配置1%溶液500ml，高速搅拌20
