Snabzhenec-ufa.ru

Строительные материалы
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Системы измерения расширения/усадки и СНС тампонажных цементов на базе ультразвукового анализатора цемента

Системы измерения расширения/усадки и СНС тампонажных цементов на базе ультразвукового анализатора цемента

Системы измерения расширения/усадки и СНС тампонажных цементов на базе ультразвукового анализатора цемента производства компании OFITE

Чжу Д.П., ЗАО «ЭПАК-Сервис»

Обязательным условием качественного цементирования нефтяных и газовых скважин является герметичная изоляция заколонного пространства, при которой проявления пластовых флюидов не возникают на протяжении всего срока эксплуатации скважины. Межпластовые перетоки, затрубные проявления являются результатом негерметичности цементного кольца по различным причинам.

По технологическим условиям цементирования скважин сразу после продавливания тампонажного раствора давление составного столба в заколонном пространстве всегда выше давления пластового флюида. Однако в период ОЗЦ в результате снижения давления в поровом пространстве тампонажного раствора в условиях АВПД возникает градиент давления, действующий по направлению из пласта в скважину. Давление в затрубье снижается благодаря сочетанию процессов структурирования (развития статического напряжения сдвига), водоотдачи, поглощения воды гидратацией и объемной усадки цемента. Возникающий градиент давления и является движущей силой флюидопроявлений.

Для обеспечения герметичности заколонного пространства в зоне контакта цементный камень – обсадная труба и цементный камень – порода должно развиваться определенное давление со стороны камня. Поэтому герметичность скважин в большей степени зависит от объемных изменений цементного камня при его твердении. Этого можно достичь применением тампонажных смесей, способных расширяться в процессе структурообразования (расширяющиеся тампонажные цементы (РТЦ)). При этом величина расширения должна быть больше, чем уменьшение объема системы за счет контракции, и в то же время не должна превышать предельного усилия на смятие или нарушение целостности обсадных колонн.

При разработке и совершенствовании составов расширяющихся тампонажных материалов необходимо учитывать следующее. Если обеспечить расширение смеси в период, когда ее структура еще достаточно пластична, чтобы силы, вызывающие расширение, не привели к образованию трещин, то расширение обусловит уплотнение смеси, уменьшение ее проницаемости и создание напряженного контакта между твердеющей смесью и препятствующими ее расширению колонной и стенками скважины. Напряженный контакт, исключающий зазоры и щели между камнем из расширяющегося цемента и колонной или стенками скважины, должен предотвратить газопроявления и перетоки вод. Если расширение наступает уже в сформировавшейся кристаллизационной структуре (после конца схватывания), то наблюдаются необратимые разрушения цементного камня, при этом величина расширения незначительна, а давление на стенки колонны и скважины велико. В связи с этим, необходимо управлять процессом расширения, кинетика которого должна быть таковой, чтобы основная часть расширения происходила после окончания продавки тампонажного раствора в затрубное пространство. Таким образом, исследование объемных изменений цементных растворов и камня должно позволять определять, в какой период, в какой фазе формирования цементного камня и в каких объемах происходит расширение.

Читайте так же:
Готовый известковый раствор сколько добавлять цемента

Система Измерения Объемного Расширения Цемента (VCED), производства компании OFI Testing Equipment, Inc., является дополнительным модулем к существующим Ультразвуковым Анализаторам Цемента (UCA) OFITE. Эта Система позволяет непрерывно измерять расширение или усадку образца цемента в условиях высоких температур и давлений. При этом, Система VCED подсоединяется непосредственно к штатной испытательной ячейке Ультразвукового Анализатора Цемента и позволяет измерять расширение/усадку образца цемента одновременно с определением предела прочности при сжатии ультразвуковым методом.

На рис. 1 показана Система измерения объемного расширения цемента (VCED) OFITE (кат. №120-54), подключенная к одноячеечному Ультразвуковому анализатору цемента (UCA) OFITE (кат. №120-50).

Рис. 1. Система измерения объемного расширения цемента (VCED) OFITE

Технические характеристики Системы VCED OFITE приведены ниже:

  • Максимальное давление: 15000 PSI (103,4 МПа);
  • Максимальная температура: 400°F (204,4°C);
  • Объем образца: 190 мл;
  • Диапазон измерений изменения объема образца цемента: ±15% (±30 мл);
  • Система Сбора Данных (DAS) отображает результаты испытания на мониторе в реальном времени;
  • Образец цемента на протяжении всего испытания находится в контакте со средой создания давления – водой.

Одним из ключевых элементов Системы VCED является Прецизионный шприцевой насос высокого давления. Насос осуществляет следующие основные функции:

  • Создает и точно поддерживает давление в испытательной ячейке;
  • Непосредственно отслеживает изменение объема образца в ячейке, которое специализированное программное обеспечение пересчитывает в % изменения объема.

Технические характеристики Прецизионного шприцевого насоса высокого давления:

  • Двунаправленная система;
  • Управление с персонального компьютера;
  • Точность измерения: до 0,01 мл;
  • Рабочий объём: 60 мл;
  • Максимальное давление: 15000 PSI (103,4 МПа);
  • Точность поддержания давления: ±25 PSI (0,17МПа).

Для защиты насоса от загрязнений и попадания цемента в рабочую область VCED оборудована системой фильтров низкого и высокого давления, а также предохранительным клапаном, который срабатывает в случае превышения максимально допустимого давления.

Читайте так же:
Время высыхания раствора цемента

В процессе испытания в главном рабочем окне программы Системы Сбора Данных VCED OFITE в графическом виде в зависимости от времени отображаются следующие параметры: температура ( 0 F / 0 C), время прохождения ультразвукового сигнала (μsec/in), значение предела прочности при сжатии (PSI / kPa), акустическое полное сопротивление (MRayl), объем (mL) и изменение объема (%). В поле над графиком отображаются текущие значения каждого из измеряемых параметров, а также время, прошедшее с начала испытания.

В программном обеспечении предусмотрена специальная функция, которая позволяет исключить увеличение объема образца цементного раствора, происходящее при его нагреве за счет теплового расширения, из конечных результатов испытания.

Рис. 2. Результаты испытания цементного раствора, приготовленного из цемента класса Н, без добавок

На рис.2 представлен отчет об испытании образца цементного раствора, приготовленного из цемента класса Н без добавок, проведенном с использованием Системы измерения объемного расширения цемента (VCED) OFITE (кат. №120-54). Как видно из графика, в течение первого часа испытания объем образца увеличивается (светло-зеленая кривая) за счет теплового расширения при разогреве (рост температуры – красная кривая). При выходе на режимную температуру происходит стабилизация объема образца. В процессе дальнейшего твердения цемента наблюдается уменьшение его объема. По истечении определенного времени, необходимого для стабилизации объема образца при заданной температуре, программное обеспечение начинает рассчитывать изменение объема (Delta Volume, %) и отображать его на графике (фиолетовая кривая). Для исследуемого образца цемента регистрируемое во времени изменение объема – отрицательное, т.е. происходит его усадка.

После закачки цементного раствора и его размещения в затрубном пространстве начинается структурирование раствора. В процессе структурирования цементного раствора и развития статического напряжения сдвига (СНС) происходит снижение гидростатического давления столба цемента и, как следствие, возникает опасность проникновения пластовых флюидов в зацементированное кольцевое затрубное пространство. Таким образом, задача определения СНС в течение переходного периода при схватывании цемента, т.е. при переходе цементного раствора из жидкого состояния, определяющего пластовое давление, в непроницаемое твердое состояние, когда столб цемента теряет способность передавать давление на пласт, представляется весьма актуальной.

Читайте так же:
Как увлажнить руки после цемента

Система Измерения СНС (SGSM), производства компании OFI Testing Equipment, Inc., также является дополнительным модулем ко всем имеющимся Ультразвуковым Анализаторам Цемента (UCA) OFITE. Эта Система предназначена для измерения развития СНС образца цемента во времени в условиях высоких температур и давлений.

На рис. 3 показана Система Измерения СНС (SGSM) OFITE (кат. №120-53), подключенная к Сдвоенному ультразвуковому анализатору цемента (UCA) OFITE (кат. №120-51).

Рис. 3. Система Измерения СНС (SGSM) OFITE

Принцип действия Системы SGSM основан на прямом измерении величин развивающегося СНС. Система подсоединяется непосредственно к штатной испытательной ячейке Ультразвукового Анализатора Цемента. Ротор автоматически кондиционирует цементный раствор внутри ячейки. На протяжении всего испытания ротор периодически вращается, измеряется сопротивление, а специализированное программное обеспечение Системы Сбора Данных рассчитывает значения СНС.

При подключении Системы Измерения СНС (SGSM) к Ультразвуковому анализатору цемента с двумя ячейками OFITE (кат.№120-52), либо к Сдвоенному ультразвуковому анализатору цемента OFITE (кат.№120-51), вторая ячейка может быть использована для одновременного проведения стандартного испытания по определению предела прочности при сжатии ультразвуковым методом на цементном растворе того же замеса. При этом, специализированное программное обеспечение Системы Сбора Данных рассчитывает и отображает результаты обоих испытаний, т.е. зависимость СНС и предела прочности при сжатии от времени, на одном графике.

Измерительный комплекс, состоящий из Ультразвукового анализатора цемента с двумя ячейками OFITE (кат. №120-52), либо Сдвоенного ультразвукового анализатора цемента OFITE (кат. №120-51), а также Системы Измерения СНС (SGSM) OFITE (кат. №120-53) и Системы измерения объемного расширения цемента (VCED) OFITE (кат. №120-54) позволяет получать более полную информацию о характеристиках старения цементного раствора – камня в условиях высоких температур и давлений.

Этот комплекс дает возможность одновременно определять:

  • предел прочности при сжатии и динамику набора прочности тампонажным цементом ультразвуковым методом,
  • расширение, либо усадку образца цемента, и отслеживать этот процесс во времени,
  • развитие СНС образца цемента во времени.
Читайте так же:
Утепление соломой с цементом

Статья была опубликованя в журнале «Бурение и нефть», № 1, 2010.

Расширяющиеся цементы: описание,фото

По этому признаку приводим отдельную классификацию вяжущего по основному компоненту. ГОСТ определяет глиноземистый цемент как основной в группе расширяющихся вяжущих для бетона.

Современное его название — алюминатное вяжущее. Существует 2 основных типа глиноземного цемента: алюминатный с соответствующими присадками и обычный глиноземный, разработанный отечественным ученым И.

Они аналогичны по характеристикам и составу, для наглядности приведем сравнение ключевых параметров в таблице:.

Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся обоих типов увеличивает объем на протяжении всего периода твердения камня с последующим сохранением приобретенных размеров. В случае с алюминатным вяжущим необходимо поддерживать бетон во влажном состоянии на протяжении всего срока набора прочности, но не допускать перегрева.

Набор прочности в обоих случаях происходит быстро — через 3 суток наблюдается достаточный уровень надежности конструкций для проведения последующих монтажных работ.

Навигация по записям

Напрягаемый бетон производят преимущественно на вяжущем с основой из портландцемента в виду специфики применения — такой материал оптимален для создания конструкций высокой прочности, предназначенных для службы в разных условиях.

Несмотря на разницу в составах, документ обязывает эти типы цементов подчиняться стандартным правилам контроля производства, применения и испытания материала. Кроме времени твердения и прочности в разном возрасте рассмотрены ранее , ГОСТ рекомендует:.

Расширяющиеся цементы отличаются от обычных преимущественным отсутствием усадки и проникающей способностью при ремонте. Но эти материалы дорого стоят, их непросто доставлять до строительной площадки из-за короткого времени схватывания, поэтому для возведения основных домовых конструкций их не используют.

Расширяющиеся цементы. Оценка статьи:.

Отличительные особенности:

Предел прочности при сжатии образцов из чистого цементного теста должен быть 7,5 МПа через 12 ч, 30 МПа через 3 сут, 50 МПа через 28 сут. Величину расширения регулируют соотношением компонентов.

Читайте так же:
Конструкция пола цементного раствора

Недостатки ВРЦ: быстрое схватывание, высокая стоимость, пониженная морозостойкость изделий. Водонепроницаемый расширяющийся цемент применяют для омоноличивания сборных железобетонных конструкций, гидроизоляции швов между чугунными тюбингами туннелей и стволов шахт, гидроизоляции напорных водопроводных труб, заделки трещин в железобетонных сооружениях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector