Файл: Лабораторная работа 5 Оценка седиментационной устойчивости цементного раствора Теоретические предпосылки.doc

Лабораторная работа №5Оценка седиментационной устойчивости
цементного раствораТеоретические предпосылкиВ составе цементного раствора всегда присутствует дисперсионная среда и дисперсная фаза. В качестве дисперсной фазы выступает цементный порошок и добавки, нерастворимые в дисперсионной среде. Дисперсионной средой является жидкость затворения. При затворении цементного раствора примерно третья часть жидкости затворения идет на реакцию с компонентами цементного порошка. Остальная часть в виде свободной воды позволяет раствору иметь ту или иную подвижность. Со временем эта свободная вода может выделяться из раствора, что приводит в конечном счете к неполному цементированию интервала. Разделение раствора на жидкую и твердую фазы происходит из-за того, что твердая фаза, имея более высокую плотность по сравнению с жидкостью затворения, образуя структуру раствора, осаждается вниз под действием силы тяжести. Свободная вода, в свою очередь, поднимается вверх относительно образовавшейся структуры. При проведении экспериментов можно наблюдать образование воды на поверхности раствора, а также расслоение раствора на пачки цемента и воды, образование каналов, по которым поднимается вверх жидкость затворения. В реальных условиях скважины это означает, что по этим каналам и расслоениям в процессе дальнейшей эксплуатации может поступать пластовый флюид. Таким образом, прочного надежного сцепления и герметизации в заколонном пространстве скважины мы не получим. Этот процесс, проходящий в статических условиях, назван водоотделением.Чтобы в заколонном пространстве создавался прочный и надежный камень, и была бы обеспечена герметичность крепи, цементный раствор должен выделять не более 2% воды от общего объема раствора. Такое требование предъявляют на цементный раствор все применяемые в мире стандарты и спецификации по техническим условиям и методам испытаниям цементных растворов.Для снижения количества выделяющейся воды в раствор вводят специальные добавки, связывающие воду.Определение коэффициента водоотделения цементного раствора

Применяемые материалы

---

• 
  испытуемый цемент;
  
• 
  добавки и жидкость затворения в соответствии с принятой рецептурой.
  

Применяемое оборудование

• 
  сито с размером ячеек 850 мкм;
  
• 
  электронные или механические весы с точностью измерения в пределах 0,01 г;
  
• 
  контейнеры для взвешивания сыпучих материалов и добавок;
  
• 
  мерные цилиндры и мензурки для взвешивания жидких материалов и добавок;
  
• 
  мешалка постоянной скорости со скоростью вращения не менее 12000 об/мин (по Спецификации 10А АНИ);
  
• 
  лопастная мешалка постоянной скорости со скоростью вращения не менее 1500 об/мин (по ГОСТ 26798.1-96);
  
• 
  шпатель;
  

по ГОСТ 26798.1-96 дополнительно необходимо:

• 
  мерные цилиндры вместимостью 20 мл и 250 мл с точностью измерения0,2 мл;
  
• 
  непроницаемый материал на горловину цилиндра;
  
• 
  пипетка или шприц на 5 мл для отбора выделившейся воды;
  
• 
  секундомер или часы;
  

по спецификации 10А АНИ дополнительно необходимо:

• 
  атмосферный консистометр или консистометр высокого давления;
  
• 
  непроницаемый материал на горловину цилиндра
  
• 
  шприц на 5 мл для отбора выделившейся воды;
  

На соответствие техническим условиям:

• 
  500 мл коническая колба (рис. 3.7.);
  
• 
  секундомер или часы
  

На соответствие скважинным условиям:

• 
  100 мл или 250 мл мерный цилиндр с точностью измерения0,2 мл;
  
• 
  водяная баня или автоклав;
  
• 
  секундомер или часы
  

Методика выполнения лабораторной работы

а. по ГОСТ 26798.1-96 Для проведения теста по водоотделению необходимо приготовить 250 мл цементного раствора. Приготовленный раствор переливают в 250 мл мерный цилиндр, накрывают фильтровальной бумагой, смоченной в воде, для предотвращения испарения воды из раствора, и оставляют при нормальных условиях на два часа. После этого измеряют количество (V_в) выделившейся воды. Отбор воды из цилиндра можно проводить с помощью пипетки и измерять количество воды с помощью мерного цилиндра на 20 мл. Другой вариант, отбирать и измерять воду с помощью шприца.Рис. 3.7. Размеры конической колбы для проведения теста

---

по водоотделению в соответствии со Спецификацией 10А АНИ на технические условия.б. по Спецификации 10А АНИ на соответствие техническим условиямДля проведения теста замешивают 550 мл раствора. После приготовления цементного раствора, исследуемый образец прогревают в атмосферном консистометре при температуре 27С в течение 20 минут. Затем образец переливают в коническую колбу (рис. 3.7), закрывают ее непроницаемым материалом для предотвращения потерь выделяемой воды и оставляют при комнатной температуре (23С) в течение 2 часов. По прошествии заданного времени измеряют количество (V_в) выделившейся воды с помощью шприца.в. по Спецификации 10А АНИ на соответствие скважинным условиямПосле приготовления требуемой порции исследуемого цементного раствора, его необходимо поместить в рабочий цилиндр консистометра. В зависимости от скважинных условий, в которых применяется раствор, при температуре до 80С можно использовать атмосферный консистометр, а при температуре свыше 80С - консистометр высокого давления.Консистометр применяется для предварительной выдержки цементного раствора при температуре, соответствующей скважинным условиям. Рабочий цилиндр консистометра вместе с раствором устанавливают в консистометр при комнатной температуре, чтобы не допустить резкого воздействия температуры на раствор. Далее раствор нужно прогреть перемешивая до той наибольшей температуры, при которой он будет находиться в скважине. Желательно, чтобы период времени, за который изменяется температура, должен соответствовать времени, за которое раствор достигнет глубины скважины с ожидаемой наибольшей температурой.После достижения требуемой температуры, раствор перемешивают при этой температуре в течение 20 минут. Далее для определения количества выделившейся из раствора жидкости применяют один из описываемых ниже способов.

Способ 1: Водоотделение при постоянной внутрискважинной температуре

Приготовленный прогретый раствор переливают в мерный цилиндр. Цилиндр накрывают непроницаемым материалом для предотвращения выпаривания выделяющейся жидкости. Заполненный цилиндр помещают в водяную баню

---

, температура в которой будет соответствовать скважиным условиям.

Раствор оставляют в бане на два часа. После этого цилиндр вынимают из бани и измеряют количество выделившейся воды (V_в). Точность измерения должна составлять 0,2 мл.

Если температура теста менее 80С, то в водяной бане для дальнейшего прогрева можно применять воду. В случае если рабочая температура превышает 80С, рекомендуется использовать для поддержания температуры автоклавы, способные работать при высоких температурах. Необходимым условием при проведении теста с высокими температурами является создание на образец противодавления для предотвращения выкипания выделяющейся жидкости. После двухчасового выдерживания образца в автоклаве, температуру в нем снижают до 80С, чтобы можно было безопасно извлечь образец.

Способ 2: Водоотделение при постоянной температуре окружающей среды на поверхности

После приготовления цементного раствора исследуемый образец перемешивают в атмосферном консистометре при комнатной температуре в течение 20 минут. Затем 250 мл раствора переливают в мерный цилиндр. Цилиндр накрывают непроницаемым материалом для предотвращения испарения выделяемой воды и оставляют на два часа при комнатной температуре. Через два часа измеряют количество выделившейся воды. Точность измерения должна составлять 0,2 мл.

Обработка результатов

Коэффициент водоотделения (n_в%) для цементного раствора при любом способе тестирования определяют по формуле

(3.26)

где Vв - объем выделившейся жидкости, млVцр - объем испытуемого цементного раствора, млоценка седиментации цементного раствораПрименяемые материалы

• 
  испытуемый цемент;
  
• 
  добавки и жидкость затворения в соответствии с принятой рецептурой.
  

Применяемое оборудование

• 
  сито с размером ячеек 850 мкм;
  
• 
  электронные или механические весы с точностью измерения в пределах 0,01 г;
  
• 
  контейнеры для взвешивания сыпучих материалов и добавок;
  
• 
  мерные цилиндры и мензурки для взвешивания жидких материалов и добавок;
  
• 
  мешалка постоянной скорости со скоростью вращения не менее 12000 об/мин (по Спецификации 10А АНИ);
  
• 
  лопастная мешалка постоянной скорости со скоростью вращения не менее 1500 об/мин (по ГОСТ 26798.1-96);
  
• 
  шпатель;
  

---

по российской методике дополнительно необходимо:

• 
  мерный цилиндр вместимостью по 250 мл с точностью измерения 0,2 мл;
  
• 
  непроницаемый материал на горловину цилиндра;
  
• 
  штатив с двумя лапками;
  
• 
  секундомер;
  

по спецификации 10А АНИ дополнительно необходимо:

• 
  цилиндр для седиментации (рис. 3.8.);
  
• 
  водяная баня или автоклав;
  
• 
  секундомер или часы
  

Методика выполнения лабораторной работы

а. по российской методикеДля качественного суждения о седиментационнои устойчивости в стеклянные цилиндры, закрепленные в штативе (один - вертикально, а второй - под углом 10—15° к вертикали) наливают цементный раствор, приготовленный в мерном стакане, и оставляют в покое примерно на 2 ч (но не более срока начала загустевания). Через каждые 15 мин внимательно осматривают внешнюю структуру столбов раствора. Если цементный раствор седиментационно неустойчив, в нем образуются каналы, трещины или пояса, заполненные дисперсионной средой, причем по каналам дисперсионная среда поднимается вверх, пока не завершится процесс седиментации. Результатами наблюдений является запись характера изменения структур в течение времени, а также различия в характере изменения структуры столбов растворов в вертикальном и наклонном цилиндрах.б. по спецификации 10А АНИПосле затворения раствора из него необходимо удалить пузырьки воздуха. Заполнить цилиндр (рис. 3.8.) приготовленным раствором. Установить заполненный цилиндр в автоклав. Создать в автоклаве температуру и давление, которые соответствуют внутрискважинным условиям. Оставить образец в автоклаве при заданных условиях на 24 часа. Извлечь цилиндр из автоклава и охладить до 27^ОС. Образовавшийся цементный столб разделить на части. Две части по 20 мм снизу и сверху, остальную часть разделить на равные части в количестве не менее 2. Сохранить нарезанные образцы в воде. Определить плотность каждого образца, используя закон Архимеда.Рис. 3.8. Цилиндр для проведения теста по Спецификации 10А АНИ на определение седиментации раствора Разница плотностей, выраженная в процентах вычисляется по формулегде 

---