钻井泥浆膨润土关键性能指标测定技术解析

摘要： 钻井泥浆膨润土的性能指标对钻井工程的质量和效率起着关键作用。本文深入探讨了钻井泥浆膨润土的粘度、含砂率、胶体率、湿水量以及泥皮厚等性能指标的测定方法，详细介绍了各测定过程的原理、操作步骤和注意事项。

一、引言

在现代钻井工程中，钻井泥浆膨润土作为重要的泥浆组成成分，其性能直接关系到钻井过程中井壁的稳定性、岩屑的携带能力以及钻井液的流变特性等。准确测定钻井泥浆膨润土的各项性能指标，是合理配置钻井泥浆、确保钻井作业安全高效进行的基础。本文将对钻井泥浆膨润土的关键性能指标测定方法进行详细解析。

二、粘度测定方法及原理

（一）测定原理

钻井泥浆膨润土的粘度反映了泥浆内部阻碍其流动的内摩擦力大小。通过测量泥浆在特定条件下的流动时间，可间接获得其粘度值。在本测定方法中，利用泥浆在重力作用下从漏斗中流出的时间来表征粘度，时间越长，表明泥浆的粘度越大。

（二）操作步骤

准备工作：选用精度合适的两端开口量杯，分别量取 200 毫升和 500 毫升的钻井泥浆样本。同时，准备好滤网，用于过滤泥浆中的大颗粒杂质。

泥浆过滤：将量取的泥浆通过滤网进行过滤，去除其中的大沙粒等杂质，以保证测量结果的准确性。

漏斗注入：将过滤后的 700 毫升泥浆小心地倒入漏斗中。

时间测量：打开漏斗出口，使泥浆自然流出，用量杯收集流出的泥浆，记录流满 500 毫升量杯所需的时间（单位：s），该时间即为所测泥浆的粘度值。

漏斗校准：为确保测量的准确性，需对漏斗进行校准。向漏斗中注入 700 毫升清水，测量流出 500 毫升清水所需的时间，标准时间应为 15S。若测量值与标准值偏差超过±1S，则在测量泥浆粘度时需对测量结果进行校正。

三、含砂率测定方法及原理

（一）测定原理

含砂率测定的原理是基于泥浆中砂粒的沉淀特性。通过将泥浆与一定量的水混合并充分摇动，使砂粒在重力作用下沉淀到容器底部，然后测量沉淀物的体积，进而计算出泥浆中的含砂率。

（二）操作步骤

样本准备：取调制好的 50 毫升钻井泥浆，倒入含砂滤器中。

加水混合：向含砂滤器中加入 450 毫升清水，确保泥浆与水充分混合。

摇动沉淀：将含砂滤器的口部密封好，用力摇动 1 分钟（1min），使砂粒充分分散后沉淀。

读数计算：待砂粒沉淀稳定后，通过含砂滤器的刻度读取下端沉淀物的体积。对于常规含砂滤器，将读取的体积数值乘以 2，即可得到泥浆的含砂率（单位：%）；若使用大型含砂率计，可直接读取含砂率数值，无需乘以 2。

四、胶体率测定方法及原理

（一）测定原理

胶体率测定的原理基于泥浆中土粒的悬浮稳定性。在静置条件下，泥浆中的土粒会因重力作用逐渐沉淀，通过测量一定时间后上清液和沉淀物的体积，可计算出泥浆中土粒保持悬浮状态的比例，即胶体率。

（二）操作步骤

样本放置：将 1000 毫升的钻井泥浆倒入干净的量杯中，并用玻璃盖板将量杯口盖好，防止灰尘等杂质进入。

静置沉淀：将量杯静置 24 小时（24h），使泥浆充分沉淀分层。

测量计算：静置结束后，分别测量量杯上部澄清的水的体积和底部沉淀物的体积。用 100 减去（水的体积 + 沉淀物的体积），所得的数值即为该泥浆的胶体率（单位：%）。

五、湿水量和泥皮厚测定方法及原理

（一）测定原理

湿水量的测定原理是基于泥浆在滤纸上的渗透扩散特性，通过测量泥浆在滤纸上扩散后湿润区域的半径与泥饼半径的差值，来反映泥浆的湿润能力。泥皮厚的测定则是直接测量泥浆在滤纸上形成的泥饼的厚度，以评估泥浆在井壁上形成泥皮的性能。

（二）操作步骤

滤纸准备：取一张尺寸为 120mm×120mm 的滤纸，放置在水平的玻璃表面上，并在滤纸中央画一个直径为 30mm 的圆圈。

泥浆滴加：用精确的量取工具取 2 毫升的泥浆，滴在滤纸中央的圆圈内。

时间等待：等待 30 分钟（30min），使泥浆在滤纸上充分渗透和扩散。

测量计算：30 分钟后，测量湿润圆圈的平均半径和泥饼的平均半径（单位：mm），两者的差值记为湿水量（单位：ml/min）。同时，使用合适的测量工具测量泥饼的厚度（单位：mm），该厚度即为泥皮厚。一般来说，泥皮厚度应控制在 2~3mm 较为适宜。

六、结论

准确测定钻井泥浆膨润土的粘度、含砂率、胶体率、湿水量和泥皮厚等性能指标，对于钻井工程的顺利实施具有重要意义。本文所介绍的各指标测定方法，具有科学、可靠、可操作性强的特点。在实际应用中，钻井工程技术人员应严格按照操作步骤进行测量，并根据测量结果合理调整钻井泥浆的配方和性能，以满足不同钻井工况的需求，提高钻井作业的质量和效率。随着钻井技术的不断进步，对钻井泥浆膨润土性能指标的测定方法也需要不断优化和完善，以适应更复杂的钻井环境和更高的工程要求。