1、重庆科技学院重庆科技学院石油与天然气工程实验教学中心石油与天然气工程实验教学中心钻井工程实验钻井工程实验系列教学课件系列教学课件第1页，共14页。重庆科技学院重庆科技学院石油与天然气工程实验教学中心石油与天然气工程实验教学中心固井水泥浆性能评价实验固井水泥浆性能评价实验主讲教师：主讲教师：齐成伟齐成伟第2页，共14页。目 录 实验目的和要求 实验仪器和测量方法 第3页，共14页。一、实验目的和要求一、实验目的和要求 通过本次实验，使学生掌握油井水泥一般性能的测量方法。通过本次实验，使学生掌握油井水泥一般性能的测量方法。学会正确实验仪器。了解测量水泥浆的这些性能与固井施工和学会正确实验仪器。了解
2、测量水泥浆的这些性能与固井施工和固井质量的关系。本次实验开设下列几项实验：固井质量的关系。本次实验开设下列几项实验：1、水泥浆凝结时间的测量（初凝时间和终凝时间）、水泥浆凝结时间的测量（初凝时间和终凝时间）2、水泥浆密度的测量、水泥浆密度的测量3、水泥浆自由水的测量、水泥浆自由水的测量4、水泥浆流变性的测量、水泥浆流变性的测量第4页，共14页。二、实验仪器和测量方法二、实验仪器和测量方法 当水泥浆在凝固过程中，其稠度逐渐增加，一定重量及直径当水泥浆在凝固过程中，其稠度逐渐增加，一定重量及直径的试针沉入水泥浆时，受到的阻力也逐渐增大。为此，水泥浆的的试针沉入水泥浆时，受到的阻力也逐渐增大。为此，
3、水泥浆的凝结时间是以试针插入水泥浆的深度而定。凝结时间是以试针插入水泥浆的深度而定。初凝时间：当试针沉入水泥浆距底初凝时间：当试针沉入水泥浆距底0.51.0毫米时被定义为初毫米时被定义为初凝。从开始调水泥浆到初凝的时间间隔称为初凝时间。凝。从开始调水泥浆到初凝的时间间隔称为初凝时间。终凝时间：当试针沉入水泥浆不超过终凝时间：当试针沉入水泥浆不超过1.0毫米时被定义为终凝。从毫米时被定义为终凝。从开始调水泥浆到终凝的时间间隔称为终凝时间。开始调水泥浆到终凝的时间间隔称为终凝时间。（一）水泥浆凝结时间的测量（初凝时间和终凝时间）（一）水泥浆凝结时间的测量（初凝时间和终凝时间）第5页，共14页。1、
4、测量仪器及工具：、测量仪器及工具：凝结时间测定仪（维卡仪）一套、秒表一只、天平一台、搅拌凝结时间测定仪（维卡仪）一套、秒表一只、天平一台、搅拌工具一套、试模一只、玻璃板二块、夹具一付、恒温箱一个。工具一套、试模一只、玻璃板二块、夹具一付、恒温箱一个。凝结时间测定仪（维卡仪）的结构图见图凝结时间测定仪（维卡仪）的结构图见图1，仪器的主体由，仪器的主体由底座和支架用螺丝钉连接而成。支架上有两个同心圆直底座和支架用螺丝钉连接而成。支架上有两个同心圆直径为径为12毫米光滑孔，保证滑动部分在测试过程中能垂直降落。毫米光滑孔，保证滑动部分在测试过程中能垂直降落。滑动杆上带有试针用松紧固定螺丝钉固定其位置。
5、试针滑动杆上带有试针用松紧固定螺丝钉固定其位置。试针下降降落从示值板读得。下降降落从示值板读得。第6页，共14页。2、实验前准备：、实验前准备：（1）、检查维卡仪滑动杆能否自由滑动，同时检查试针与圆模）、检查维卡仪滑动杆能否自由滑动，同时检查试针与圆模顶接触时，指针是否调至要求的刻度，否则应予调整。顶接触时，指针是否调至要求的刻度，否则应予调整。（2）、检查恒温箱温度是否调至所需温度。）、检查恒温箱温度是否调至所需温度。（3）、试模内壁与玻璃板上应图上黄油或机油。）、试模内壁与玻璃板上应图上黄油或机油。3、测量方法：、测量方法：（1）、水泥浆的配制：）、水泥浆的配制：称取称取300克干水泥试样
6、，放入湿布擦过的容器内，加入克干水泥试样，放入湿布擦过的容器内，加入150毫毫升清水，用搅棒充分搅拌升清水，用搅棒充分搅拌3分钟，水泥浆配制好后，将搅拌均匀的分钟，水泥浆配制好后，将搅拌均匀的水泥浆注入圆模内，刮去多余部分水泥浆，使圆模平齐，盖上玻璃水泥浆注入圆模内，刮去多余部分水泥浆，使圆模平齐，盖上玻璃板上好夹具，立即置于恒温箱内进行养护。板上好夹具，立即置于恒温箱内进行养护。第7页，共14页。图图1 凝结时间测定仪（维卡仪）凝结时间测定仪（维卡仪）第8页，共14页。（2）、凝结时间的测量：）、凝结时间的测量：试模在恒温箱中养护一定时间后，从恒温箱中取出圆模放到维试模在恒温箱中养护一定时间
7、后，从恒温箱中取出圆模放到维卡仪的试针下，使试针与水泥浆面接触，拧紧螺丝，然后突然放松卡仪的试针下，使试针与水泥浆面接触，拧紧螺丝，然后突然放松螺丝，使试针自由沉入水泥浆，观察指针读数。初次测量时应用手螺丝，使试针自由沉入水泥浆，观察指针读数。初次测量时应用手轻轻扶持滑杆下部，使其徐徐下降，以防撞弯试针。但初凝时仍以轻轻扶持滑杆下部，使其徐徐下降，以防撞弯试针。但初凝时仍以自由降落测得的结果为准。如未初凝继续放入恒温箱养护，以后每自由降落测得的结果为准。如未初凝继续放入恒温箱养护，以后每隔隔5分钟测量一次。初凝时间取得后，试模继续放入恒温箱进行分钟测量一次。初凝时间取得后，试模继续放入恒温箱进
8、行养护，临近终凝时，每隔养护，临近终凝时，每隔10分钟测量一次，终凝取得后实验结束。分钟测量一次，终凝取得后实验结束。第9页，共14页。（二）水泥浆密度的测量（二）水泥浆密度的测量:1、仪器及工具：、仪器及工具：水泥浆天平一套（见图水泥浆天平一套（见图2）、水泥浆搅拌工具一套、天平）、水泥浆搅拌工具一套、天平一台。一台。2、实验前准备：、实验前准备：首先，对泥浆天平进行标定。将泥浆天平盛满清水，盖好首先，对泥浆天平进行标定。将泥浆天平盛满清水，盖好杯盖擦净溢出的清水，然后把泥浆天平旋在称架上，砝码移码杯盖擦净溢出的清水，然后把泥浆天平旋在称架上，砝码移码1.0处杠杆应成水平、水平泡居中央。如不
9、平衡应调整平衡杯中物件处杠杆应成水平、水平泡居中央。如不平衡应调整平衡杯中物件（铅粒）的重量。（铅粒）的重量。第10页，共14页。1.杠杆杠杆 2.主刀口主刀口 3.浆杯浆杯 4.杯盖杯盖 5.平衡杯平衡杯6.砝码砝码 7.称架座称架座 8.主刀口主刀口9.挡臂挡臂 10.水平泡水平泡图图2 水泥浆天平水泥浆天平 第11页，共14页。3、测量方法：、测量方法：称取得称取得300克干水泥式样，放入用湿布擦过的容器内，加克干水泥式样，放入用湿布擦过的容器内，加入入150毫升清水，用搅拌棒充分搅拌毫升清水，用搅拌棒充分搅拌3分钟。水泥浆搅拌好后，分钟。水泥浆搅拌好后，就将水泥浆边搅拌边注入水泥浆天平
10、的泥浆杯内，并盖好就将水泥浆边搅拌边注入水泥浆天平的泥浆杯内，并盖好杯盖。溢出的水泥浆用湿布擦干净，然后将天平平放在称杯盖。溢出的水泥浆用湿布擦干净，然后将天平平放在称架上，移动砝码视水平泡居中为止。取小数点后两位数架上，移动砝码视水平泡居中为止。取小数点后两位数（第三位数按四舍五入计算）作为水泥浆的密度。（第三位数按四舍五入计算）作为水泥浆的密度。（三）水泥浆自由水含量的测定：（三）水泥浆自由水含量的测定：1、仪器、仪器:三速搅拌器一台、秒表一只、常压稠度仪一台、三速搅拌器一台、秒表一只、常压稠度仪一台、250毫升玻璃量杯一只、毫升玻璃量杯一只、25毫升玻璃量杯一只、天平一台。毫升玻璃量杯一
11、只、天平一台。第12页，共14页。2、测量方法：、测量方法：称取称取500克干水泥试样放入三速搅拌器搅拌杯中，加入克干水泥试样放入三速搅拌器搅拌杯中，加入250毫毫升清水，盖上杯盖，起动低速挡进行搅拌升清水，盖上杯盖，起动低速挡进行搅拌45秒钟后，迅速倒入常秒钟后，迅速倒入常压稠度仪盛水泥浆的容器中，注入至灌注水平凹槽位置，放入压稠度仪盛水泥浆的容器中，注入至灌注水平凹槽位置，放入常压稠度仪中在调定的常压稠度仪中在调定的70。C温度中搅拌温度中搅拌20分钟时间后，将水泥分钟时间后，将水泥浆倒入六速旋转粘度计盛水泥浆杯中，注入杯中的刻度为止。浆倒入六速旋转粘度计盛水泥浆杯中，注入杯中的刻度为止。
12、随后装在六速粘度计上启动随后装在六速粘度计上启动600转转/分转速位，转动一分钟后，分转速位，转动一分钟后，记录下刻度盘上的读数；然后转动至记录下刻度盘上的读数；然后转动至300转转/分转速位，转动一分转速位，转动一分钟并记录下读数，最后用宾汗塑性流体公式计算出水泥浆的流分钟并记录下读数，最后用宾汗塑性流体公式计算出水泥浆的流变性。变性。第13页，共14页。宾汗塑性流体公式宾汗塑性流体公式：psf(f-f)n600n300ysf(2f-f)n300n60047.9(1.068)宾汗塑性粘度，宾汗塑性粘度，MPa.s(cp)；剪切应力，宾汗流体屈服值，剪切应力，宾汗流体屈服值，Pa；弹簧系数（弹簧系数（1.016）；）；300r/min读数；读数；600 r/min读数。读数。pysffn300fn600第14页，共14页。
