钻井液工艺原理讲义
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实验一 钻井液流变模式确定实验
一.实验目的
1. 掌握六速旋转粘度计的使用方法。
2. 掌握如何判断钻井液的流型及对应流变参数的计算方法。
3. 比较各流变模式与实际流变曲线的吻合程度，弄清各种模式的特点。
4. 掌握钻井液增粘剂对钻井液流变性的影响。
二.实验原理
1. 旋转粘度计工作原理
电动机带动外筒旋转时，通过被测液体作用于内筒上的一个转矩，使与扭簧相连的内筒
偏转一个角度。根据牛顿内摩擦定律，一定剪切速率下偏转的角度与液体的粘度成正比。于
是，对液体粘度的测量就转换为内筒的角度测量。
2. 流变曲线类型、意义。
流变曲线是指剪切速率和剪切应力的关系曲线。根据曲线的形式，它可以分为牛顿型、
塑性流型、假塑性流型和膨胀性流型。为了计算任何剪切速率下的剪切应力，常用的方法是
使不同流变模式表示的理想曲线逼近实测流变曲线，这样，只需要确定两个流变参数，就可
以绘出泥浆的流变曲线。
牛顿模式反映的牛顿液体，其数学表达式为：
=η·D
宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为：
=
0 +ηp
·D
指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为：
=K·D n 或 Lg
=lgK + n·lgD
卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为：
2121212
1
.Dc
实际流变曲线与哪一种流变模式更吻合，就把实际液体看成哪种流型的流体。
三、 实验仪器及药品
1． 仪器
ZNN-D6型旋转粘度计、高速搅拌器；
2. 药品
350ml水、500ml泥浆、增粘剂。
四．仪器使用要点
1.检查好仪器，要求；
①粘度计刻度盘是否对零。若不对零，可松开固定螺钉调零后再拧紧。
②检查粘度计的同心度。高速旋转时，外筒不得有偏摆。
③检查高速搅拌机的搅拌轴是否偏摆。若偏摆，则停止使用。
2.校正旋转粘度计
①倒350ml水于泥浆杯中，置于托盘上，上升托盘，使液面与外筒刻度线对齐，拧紧托
盘手轮。
②迅速从高速到低速依次测量。待刻度盘读数（基本）稳定后，分别记录各转速下的读
数Ø.
要求：Ø 600=2.0格,Ø 300=1.0格。
五.实验步骤
1.熟悉旋转粘度计的使用方法。
2.检查和校正旋转粘度计。
3.测量泥浆加入增粘剂前后在各剪切速率下的剪切应力。
将待测泥浆高速搅拌10min后，把水换成待测泥浆，按四-2的方法操作，分别记录各
转速下的读数。
泥浆剪切应力与粘度计读数Ø对应关系：=0.511 Ø，单位：Pa。
4. 测量泥浆在1分钟和10分钟的静切力
将上一步骤结束后的泥浆继续在600 rpm下旋转搅拌1分钟，然后将旋钮上提到3/6 rpm
位置，并同时关闭电源，静置1分钟后启动之，注意读取刻度盘的最大值，通过下面的公式
计算初切力s1。再重新在600 rpm下旋转搅拌1分钟，用同样的方法读取静置10分钟后3
rpm下的最大值，通过下面的公式计算终切力s10。
静切力计算公式：s=0.511×Ø3 ，单位：Pa。
5.实验后，关闭电源，倒出泥浆，洗净内、外筒，擦干装好。
注意：停转后，由于静切力作用，刻度盘可能不回零，此时不需要再调零。
六．实验数据处理
剪切速率D与粘度计转速n对应关系：D=1.703×n
钻井液剪切应力与粘度计读数对应关系：=0.511 Ø.
计算钻井液的流变参数、绘制流变曲线并确定泥浆的流变模式，了解钻井液增粘剂对钻
井液流变模式和流变参数的影响。
实验二 钻井液静滤失量及瞬时滤失量测定实验
一．实验目的
1.掌握常用API钻井液仪器的使用和校正方法。
2.掌握钻井液静滤失量及瞬时滤失量测定实验。
3.了解钻井液降滤失剂对钻井液滤失量的影响。
二．钻井液滤失原理
在滤失介质两端施加一定的压力差，在压力差的作用下，泥浆通过滤失介质发生滤失。
三．实验仪器及药品
1.ZNS型打气筒失水仪一台
2.马氏漏斗粘度计一个
3.ZNB型泥浆密度计一个
4. 高搅机一台
5. 秒表一只
6. 钢板尺一个
7. PH试纸一盒
8. 20ml量筒1个
9. 滤纸
10.待测泥浆约2000ml
11.降滤失剂500g
四．打气筒失水仪使用方法
①松开减压阀，关死放空阀，打气使气筒压力达1MPa 左右，然后顺时针旋转减压阀，
直到压力表读数为0.7MPa。
②用手指堵住泥浆杯气接头小孔，倒入适量的泥浆，使液面与泥浆杯内刻度线平齐，放
好干燥的密封圈，铺一张干燥的滤纸，将干燥的泥浆杯盖盖好旋紧。然后装入三通接头并卡
好，放好量筒。
① 逆时针旋转放空阀，当压力表指针开始下降或有进气声时，开始计时并及时打气使
压力保持为0.7MPa。
② 分别记录7.5分钟和15分钟后（或其它时间点）的滤失量，取开量筒，顺时针转放
空阀，把泥浆杯中余气放尽后，取下泥浆杯。打开泥浆杯，取下滤纸，放置在平整的桌面上，
用钢板尺测量滤纸上泥饼的厚度。
⑤假设瞬时滤失量为零，量筒中滤液体积的2倍即为API滤失量。若瞬时滤失量不为零，
应先按下列方程组求出瞬时滤失量，然后按 计算API滤失量。
⑥冲净、擦干泥浆杯及杯盖。
4. PH广泛试纸
将PH试纸放到待测酸碱度的泥浆中浸湿后取出，待其颜色稳定后，把变色的试纸上侧
颜色和标准色对照，估计出泥浆的PH值。
五、步骤
1.用高速搅拌器高速搅拌泥浆10分钟。
2.测量泥浆的API滤失量、泥饼厚度和pH值
3.在钻井液中加入降滤失剂，重新测定钻井液的性能。
六.数据处理
整理并计算所测得的数据。
spVVV5.730
2
5.75.71515cspspVVcVV
实验三 钻井液盐侵及处理
一.实验目的
1.了解淡水钻井液盐侵后性能的变化规律。
2.学会盐侵钻井液性能的调整。
二.实验原理
1.钻井液盐侵后，压缩粘土的扩散双电层，其电位降低，水化膜变薄，粘土颗粒间形
成网架结构，导致钻井液粘度、切力上升，失水增大。当盐侵到一定程度后，粘土颗粒面-
面联结，粘土分散度明显降低，使粘度、切力转而下降，失水继续增大，见下图。
2.盐侵钻井液加入适量处理剂后，一是拆散较强的粘土网架结构，使钻井液处于适度絮
凝状态，二是保护粘土颗粒使它保持适度尺寸，不至于结合变的过大，从而使钻井液滤失性
能得到改善。
三.实验仪器及药品
1.高速搅拌机一台；
2.六速旋转粘度计一台；
3.打气筒失水仪一台；
4.电子天平一台；
5.秒表一只；
6.吸管一支；
7.牛角勺两把；
8.量筒两支；
9.pH试纸、泥浆500ml、NaCl、降失水剂、降粘剂等。
四．实验步骤
1．取泥浆450ml高搅5分钟后，测其六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值。
2．各组按下表向步骤1完成后的泥浆中加入一定量的NaCl，高速搅拌15分钟后测六
速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值。
组
1 2 3 4 5
NaCl,% 0.1 0.5 0.75 2 3
3．根据步骤2完成后的泥浆性能，加入适量的降粘剂和降失水剂，高速搅拌30分钟后
测六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值，使其性能得到恢复。
降粘剂和降失水剂加量参考下表：
组
1 2 3 4 5
降粘剂,%
0.1 0.2 0.4 0.3 0.1
降失水剂,%
0.1 0.2 0.3 0.5 0.6
五.实验数据及处理
1．将所得数据及计算结果整理列表。
2．绘出钻井液粘度、动切力以及失水量随NaCl加量的变化曲线，并扼要解释。
实验四 钻井液润滑性测定
一.实验目的
1. 掌握钻井液润滑性测定仪器的使用和校正方法；
2. 掌握钻井液润滑性的调整方法及常见润滑剂对钻井液润滑性能的影响。
二.实验原理
可以查阅课本或其它相关书籍，确定液体类润滑剂、固体润滑剂（如玻璃微珠、塑料小
球、石墨类等）的润滑机理。
三.仪器、药品
1.ZNS型打气筒失水仪一台
2.粘滞系数测定仪一台
3.高搅机一台
4. 秒表一只
5. 钢板尺一个
6. 20ml量筒1个
7.滤纸
8. 待测泥浆约500ml
9. 润滑剂500g
四．实验步骤
1.接通粘滞系数测定仪的电源，预热15min，并检查电机、清零及显示屏工作是否正常。
2.通过手动调节测试板和仪器箱底的升降螺母使仪器测试板水平泡居中。
3.按清零按钮将数字显示屏归零。
4.测定基浆的滤失量后，将泥饼平整的放置在测试板上，将长方体滑块以垂直于测试者
身体方向，缓慢地放置在泥饼的中心位置。
5.按动电机按钮，测试板开始以一定速率缓慢的倾斜，直到滑块开始与泥饼出现相对滑
动时，记录下此时显示屏的读数。此读数的正切值即为泥饼的粘滞系数。
6.在基浆中加入一定量的润滑剂后，按实验步骤4和5测定滤失后泥饼的粘滞系数。
五．数据处理
确定加入润滑剂后的润滑系数降低率，并简要解释润滑性能提高的原因。
