钻井实验报告

实验日期 班级 姓名 同组者
一、实验目的 二、实验仪器、设备 三、原始记录及曲线 四、实验结果 岩石名称 硬度 Py 屈服极限 P0 塑性系数 K 硬度级别 塑性级别
五、思考 1．为什么要求被测岩样两端必须平行？ 2．画出的曲线有不规则的现象是何原因？ 3．在塑性岩石中，它没有破碎点，如何求它的硬度？
Py
P S
式中， P —所加载荷（查表），kg； S —压模面积，mm2。 2．求塑性系数 K K AF 面积OABC AE 面积OED
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式中， AF —岩石破碎前耗费的总功，相当于面积 OABC； AE —弹性变形功，相 当于面积 OED； P0 —屈服极限，kg； OC —压入岩样深度，mm。 3．将所试验的各点的 Py 值及 K 值进行平均得出该岩样的硬度及塑性系数。
实验一
一、实验目的
岩石硬度及塑性系数的测定
1．通过实验了解岩石的物理机械性质； 2．通过实验学习掌握岩石硬度、塑性系数的测定方法。 二、实验原理 手摇油泵将液压传给硬度仪，推动活塞上升，使岩样与压模和位移计同时接触， 随着压力的增加，压模将逐渐压入岩样，压入的深度和位移计的位移相等。位移计以 惠斯登电桥的原理工作，将机械位移变成阻值变化输出给动态电阻应变仪，经检波、 放大后，输出电压信号给函数记录仪的 X 轴，与此同时，荷重传感器按同样的原理， 把荷重传感器的信号输出给动态电阻应变仪后， 再由动态电阻应变仪输出给函数纪录 仪的 Y 轴。这样函数记录仪便自动记录下岩石的载荷—压入深度曲线。 三、实验仪器、设备 1．实验仪器设备示意图（如图 1） 2．压模（如图 2）
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⑫ 轻轻卸下外转筒，并将内筒逆时针方向旋转垂直向下用力，取下内筒。 ⑬ 清洗外转筒，并擦干，将外转筒安装在仪器上，清洗内筒时应用手指堵住锥 孔，以免脏物和液体进入腔内，内筒单独放置在箱内固定位置。
表3 转速(r/min) 粘度计读数 3 6 粘度计读数 100 200 300 600
5．测定水泥浆的稠化时间 油井水泥在规定压力与温度条件下， 从搅拌开始至水泥浆稠度达到 100 个稠度单 位（Bc-伯登）时所需要的时间，称为水泥的稠化时间。它是模拟现场注水泥过程所 得到的室内实验值。即从混拌水泥浆开始计起，直到水泥浆沿套管到达井底、而后由 环空返至预定的高度为止的全部时间。 ①将浆杯轻轻放入杯套内，使浆杯、杯套的缺口对齐。 ②打开总电源开关。按照实验中升温方案的初始值，设置温度拨码式调节器的下 一排数字。然后接通加热器电源。在温度完全稳定后，再进行下列步骤。 ③将调整好的指示计倒置，装上浆叶。 ④将配好的水泥浆小心的倒入浆杯，直到水泥浆与杯内壁上的刻线相平。 ⑤接通电机电源，电机带动浆杯转动。同时记住开机时间。⑥每隔一定时间记录 时间和稠度值。当指示计指针指到预定数值的时候，关闭电机电源。 ⑦关闭加热器电源。取出指示计和浆杯，注意浆杯温度较高，切勿烫伤。 ⑧将水泥浆倒入桶内。用水冲洗浆杯和浆叶，擦干并涂上油脂，放在仪器右侧。
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a
半桥测量 图3 电桥测量线路
b 全桥测量
③根据不同岩样，选择动态电阻应变仪、函数记录仪的测量范围（在教师指导下 进行）上面三个步骤经教师确认无误后接通动态电阻应变仪电源。 ④记录下所使用压摸的直径后，将岩样置于硬度仪的活塞面上，摇动油泵，活塞 慢慢上升，使压模与位移计在同一平面上，同时与岩样相接触。此时停止摇动油泵， 打开函数记录仪电源开关， X—T 开关打向 X， Y 开关打向 “测量” ， 抬笔开关打向 “记 录” ，并调整坐标原点。 ⑤用手摇泵均匀加载（为了限制动载效应的影响，要求加载速度约 10t/s）直到 岩样破碎（有响声） ，则该点测试完毕，将函数记录仪关闭然后卸载， （注意：卸载过 程中一定要关闭函数记录仪的电源， 直到第二测试点与压模接触后方可打开函数记录 仪电源） ⑥调整函数记录仪坐标纸：将 X—T 开关打向 T，当自动走纸到达所需位置时， 将开关打向 X， 移动岩样使第 1 点的破碎坑与第 2 点相距大于 10mm， 按(5)操作方法， 作出第二点的曲线，每块岩样作 2～3 次 五、数据处理 1．根据每点所作出的曲线求出硬度 Py
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实验二
油井水泥浆性能实验
油井水泥在规定压力与温度条件下， 从搅拌开始至水泥浆稠度达到 100 个稠度单 位（Bc-伯登）时所需要的时间，称为水泥的稠化时间。它是模拟现场注水泥过程所 得到的室内实验值。即从混拌水泥浆开始计起，直到水泥浆沿套管到达井底、而后由 环空返至预定的高度为止的全部时间。在固井时，为了保证有绝对安全的泵入时间， 避免“灌香肠”等事故，必须对使用的水泥浆进行稠化时间实验。
图2
压 模
圆柱体压模用高强度钢制成胚体后镶入硬质合金锥，将硬质合金锥磨成柱体（尺 寸如图 2 所示，直径 d=1.2~2.5mm） ，使压模与岩石的接触面积始终不变，便于计算 岩石的抗压与极限强度—硬度值，要求压模两端绝对平行，硬质合金应垂直地镶入胚 体中。经研磨后的柱体必须用读数显微镜测出直径的准确数值。
表2
水泥级别 浆体密度，g/cm3 水灰比 W/C A 1.87 0.46 B 1.87 0.46
API 的水灰比（W/C）标准
C 1.78 0.56 D 1.97 0.38 E 1.96 0.38 F 1.94 0.38 G 1.895 0.44 H 1.974 0.38
① 按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比 0.5） 。 ② 在天平上称取 1400 克水泥，用量筒取相应的水量 700 克。 ③ 若使用外加剂，则将称好的外加剂放入水中搅拌（如加入 2%的促凝剂氯化 钙） 。
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3．钻井液密度计 4．六速旋转粘度计 5．油井水泥常压稠化仪 四．实验步骤 1．标定常压稠化仪指示计 实验前，应当在标定装置上对指示计进行标定，指示计结构示意图见图 1。 如图 1 所示，将铜套圈装在指示计上方；缺口对准指示计销轴，尼龙线一端系在 指示的销轴上，另一端沿铜套圈沟槽绕一周，然后再沿滑轮的沟槽引下与吊钩连接。 标定时，在吊钩上装上砝码，读出指示计数值。然后将吊钩、砝码用手托起，使指示 计指针回到零。接着松手让吊钩、砝码慢慢落下，读数。如此反复几次，取平均值。
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3．硬度计：由底座，液缸及活塞，支柱，横梁组成，并可固定位移计、荷重传 感器、压模及岩样。 4．加压系统：用活塞式手摇液压泵给液缸加压力液，使活塞上升并使压模加载 荷给岩样，管汇中装有压力表以观察载荷的变化。 5．位移计：位移计固定在硬度仪的横梁上，用它测定压模压入岩样的深度，将 机械位移量转换成电量。 6．荷重传感器：将所加载荷的物理量转换成电量 7．动态电阻应变仪：由位移计、荷重传感器输入的信号经过放大、相敏检波、 滤波后，输出给函数记录仪。 8．函数记录仪：由动态电阻应变仪输出的信号经过衰减—测量电路—交直流转 换器—直流信号放大器—直流电机—转换为机械量—带动记录笔—在记录纸上绘出 载荷—压入深度的曲线。 四、实验步骤 1．岩样制备 将岩石切磨成正方（圆柱）体，其高度不小于 50mm，被测两端面应加以研磨， 使岩样平滑且相互平行 （直径 50mm 的岩样两端面不平行度不应超过 0.5mm） 岩样制 备后应在低于 100 的烘箱中烘干 2~2.5 小时，然后放在干燥器内备用。 2．仪器操作 ①将位移计的三根导线按半桥测量方法接在电桥盒上，如图 3.aA 所示（R1，R2 为位移计中的电阻应变片） ，再将电桥盒的另一端插入动态电阻应变仪的一个输入频 道，将一根二芯导线的插柱插入该频道的输出孔中，另一端引向函数记录仪的 X 轴 之接线柱上（注意正负方向）并旋紧，保持接触良好。 ②将荷重传感器的五根导线按全桥测量方法，接于电桥盒上，如图 3.b 所示 （R1~R4 为荷重传感器中的电阻应变片） ，将电桥盒的另一端插入动态电阻应变仪的 另一个输入频道，将二芯导线插入该频道的输出孔，另一端引向函数记录仪的 Y 轴 之接线柱上。
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④ 将量出的水倒入搅拌器的杯内，启动搅拌机，调节转数为 4000 转/分。将称 出的干水泥在 15 秒内加入水中。然后调节搅拌器转数为 12000 转/分，继续搅拌 35 秒。 3．测定水泥浆的密度 ① 将水泥浆倒入样品杯，边倒边搅拌；倒满后再搅拌 25 次除去气泡。 ② 盖好盖子并洗净从盖中间小孔溢出的水泥浆。 ③ 用滤纸或面巾纸将密度计上的水擦干净。 ④ 然后将密度计放在支架上，移动游码，使游梁处于平衡状态。 ⑤ 读出游码左侧所示的水泥浆密度值。 ⑥ 测定完毕，将样品杯中的水泥浆倒掉，用水彻底清洗各部件并将其擦干净。 。 4．测定水泥浆的流变参数 液体的流变性是指液体在外力作用下所产生的流动和变形特性。 也即作用于流体 的层间剪切应力与液体变形（流动）的特性。 ① 检查仪器各转动部件、电器及电源插头是否安全可靠。 ② 向左旋转外转筒，取下外转筒。将内筒逆时针方向旋转并向上推与内筒轴锥 端配合。向右旋转外转筒，转上外转筒。 ③ 接通电源 220V/50Hz。 ④ 拉动三位开关，调至高速或低速挡。 ⑤ 仪器转动时，轻轻拉动变速杠杠的红色手柄，根据标示变换所需要的转速。 ⑥ 将仪器以 300r/min 和 600r/min 转动，观察外转筒不得有摆动。如有摆动应 停机重新安装外转筒。 ⑦ 以 300r/min，检查刻度盘指针零位是否摆动。如指针不在零位，应参照仪器 校验的“空载零位校验” 。 ⑧ 将刚搅拌过的钻井液倒入样品杯内至刻度线处（350ml） ，立即置于托盘上， 上升托盘使杯内液面达到外筒刻度线处。 ⑨ 迅速从高速调整到低速进行测量，待刻度盘的读数稳定后，分别记录各速度 梯度下的读数。对其他触变性流体应在固定速度梯度下，剪切一定时间，取最小的读 数为准；也可以采用在快速搅拌后，迅速转为低速进行读数的方法。 ⑩ 样品的粘度、切应力等测试和计算参照“数据测试及计算”进行。 ⑪ 测试完毕后，关闭电源，松开扳板手轮，移开样品杯。
一、实验目的 1．通过实验掌握油井水泥浆密度、流变性能的测定方法，掌握有关仪器的使用
方法，对油井水泥浆基本性能的指标范围有一定的认识。
2．通过实验掌握水泥浆稠化时间的测量方法及常压稠化仪的操作方法，了解常 用油井水泥的稠化性能与有关标准，充分认识水泥浆稠化时间对固井作业的重要性。 二、实验原理 1．YM 型钻井液密度计是不等臂杠杠测试仪器。杠杠左端为盛液杯，右端连接 平衡筒。当盛液杯盛满被测试液体时，移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡 位置，此时砝码左侧边所对应的刻度线就是所测试液体的密度。 2．六转速粘度计是以电动机为动力的旋转型仪器。被测试液体处于两个同心圆 筒间的环形空间内。通过变速传动外转筒以恒速旋转，外转筒通过被测试液 体作用于内筒产生一个转矩，使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度。依 据牛顿定律，该转角的大小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转变 为内筒转角的测量。反应在刻度盘的表针读数，通过计算即为液体粘度、切 应力。 3．水泥浆常压稠化仪中有一带固定浆叶的可旋转的水泥容器。浆杯由电机带动 以 150 转/分的转速逆时针转动， 浆杯中的水泥浆给予浆叶一定的阻力。 这个 阻力与水泥浆的稠度变化成比例关系。该阻力矩与指示计的弹簧的扭矩相平 衡，通过指针在刻度盘上指示出稠度值。 三、实验仪器、设备 1．电子天平 2．恒速搅拌器