 |
1 Визначення міцності на вигин каменю з портландцементів І, ІІ і ІІІ типів
|
|
|
|
ДСТУ передбачено визначення міцності цементного каменю на вигин з використанням зразків призмоподібної форми квадратного перерізу на спеціальних приладах (вага Міхаеліса, МИИ-100, 2035П-05). Найбільш досконалою на даний час є установка ПЦК-1. Вона дозволяє визначати міцність на вигин і стискання зразків цементного каменю, які утворилися при температурі і тиску, що відповідають умовам свердловини. Прилад Міхаеліса, крім випробування призм на вигин, дозволяє проводити також випробування зразків на розтяг.
У відповідності до технічних вимог чинного ДСТУ міцність цементного каменю на вигин повинна відповідати значенням поданим у таблиці 3. 1.
Таблиця 3. 1 - Значення міцності цементного каменю на вигин
| Міцність при вигині, МПа, не менше, у віці | Значення для цементу при t° застосування | ||||
| низьких і нормальних | помірних та підвищених | ||||
| Тип І, ІІ | Тип ІІІ-пол | Тип І, ІІ | Тип ІІІ-пол | Тип ІІІ-пов | |
| 1 доба | - | - | 3. 5 | - | - |
| 2 доби | 2. 7 | 0. 7 | - | 1. 0 | 2. 0 |
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1 Засоби контролю.
1. 1 Для виготовлення зразків-балочок використовують такі форми:
- форма розміром (40´ 40´ 160) мм для виготовлення зразків-балочок при випробуванні цементів для низьких, нормальних і помірних температур;
- форма розміром (20´ 20´ 100) мм для виготовлення зразків-балочок при випробуванні цементів для підвищених температур.
1. 2 Для визначення показника міцності допускається використання приладу будь-якої конструкції, що забезпечує можливість прикладання навантаження за заданою нижче схемою (рис. 3. 1), з середньою швидкістю зростання навантаження (15±2) Н/с і які мають прилад, що дозволяє вимірювати руйнівне навантаження з похибкою не більше ±1 %.
|
|
|
1. 3 Водяний термостат для випробування зразків з цементу для помірних температур, що забезпечує підняття температури зі швидкістю не менше 2 °С/хв і підтримку заданої температури з похибкою не більше ±3 °С.
1. 4 Автоклав для випробування зразків з цементу для підвищених температур повинен забезпечувати підняття температури зі швидкістю не менше 20С/хв, та рівномірне підняття тиску у процесі виходу на режим випробувань.
1. 5 Максимальний діапазон тисків та температур при різних режимах випробувань подано в таблиці 3. 2.
1 - навантажувальний елемент; 2 - зразок-балочка; 3 - опора
Рисунок 3. 1 - Схема розташування зразка-балочки при випробуванні на вигин
Таблиця 3. 2 - Значення тисків та температур при різних режимах випробувань
| Температура застосування цементу, °С | Температура, °С | Режимний тиск, МПа | Час досягнення режимних параметрів, хв | |
| попереднього прогріву | режимна | |||
| Низька і нормальна | 22±2 | 22±2 | атмосферний | - |
| Помірна | 30±3 | 75±3 | атмосферний | 22±3 |
| Підвищена | 75±3 | 120±5 | 40±6 | 25±3 |
2 Підготовка і проведення випробувань при атмосферному тиску.
2. 1 Цементний розчин готують за пунктами 1. 3-1. 5 лабораторної роботи № 2.
При застосуванні змішувача цементний розчин готують за два прийоми з наступним перемішуванням обох порцій вручну протягом 1 хв. Інтервал між приготуванням обох порцій цементного розчину не повинен перевищувати 5 хв. Цементний розчин при приготуванні вручну готують за один прийом.
2. 2 Підготовлені форми наповнюють цементним розчинм за два прийоми при безперервному ручному перемішуванні його у чаші. Через 1 год після наповнення форми надлишок цементного розчину зрізають ножем врівень з краями форми. Для кожного встановленого терміну випробування виготовляють по три зразки-балочки (одна форма).
|
|
|
2. 3 Форми із зразками з цементу для низьких і нормальних температур розміщують у шафі повітряно-вологого зберігання. Через (24±1) год з моменту виготовлення зразки виймають з шафи, обережно розформовують, маркують і розміщують у ванні з водою, температура якої (20±2) °С, де зберігають до проведення випробувань.
2. 4 Форми із зразками з цементу для помірних температур покривають скляною або металевою пластиною і розміщують у термостаті, температура води у якому відповідає температурі попереднього прогріву за таблицею 3. 2. Через (24±1) год зразки виймають з термостата, розформовують і маркують. Зразки з цементу, для яких нормативним документом встановлено термін випробувань – 1 доба, охолоджують у ванні з водою при температурі (20±2) °С протягом 1 год 30 хв.
Зразки з цементу, для яких нормативним документом встановлено термін випробувань – 2 доби, після розформування знову розміщують у термостаті і зберігають у ньому до проведення випробувань. Перед випробуванням зразки виймають з термостата і охолоджують у ванні з водою при температурі (20±2) °С протягом 1 год 30 хв.
2. 5 Після закінчення терміну зберігання за п. 2. 3 або охолодження за п. 2. 4 зразки виймають з води і не пізніше ніж через 30 хв проводять випробування.
3 Підготовка і проведення випробуванння при підвищеному тиску.
3. 1 Для виготовлення зразків з цементу для підвищених температур використовують дві форми розміром (20´ 20´ 100)мм. Перед наповненням цементним розчинм внутрішні поверхні форм змащують машинним мастилом, а потім перевіряють герметичність форм, заповнюючи їх водою. Після перевірки герметичності воду виливають.
3. 2 Форми заповнюють цементним розчинм, яке приготовлене за пунктами 1. 3 - 1. 5 лабораторної роботи № 2, надлишок розчину зрізають ножем і не пізніше ніж через 30хв від початку замішування цементу форми із зразками розміщують у автоклаві. Температура попереднього прогріву автоклава, а також режимні параметри повинні відповідати нормативам таблиці 3. 2. Час витримки при робочому режимі встановлюють за нормативним документом на цемент і відраховують від моменту досягнення режиму тверднення до моменту відключення автоклава.
3. 3 Перед вийманням форм із зразками з автоклава його слід охолодити до температури 75 °С і знизити тиск до атмосферного.
|
|
|
3. 4 Видалені з автоклава форми із зразками охолоджують (30±5) хв на повітрі при температурі (20±2) °С, розформовують, зразки протирають віхтем, маркують і розміщують у ванні з водою.
Зразки випробовують не пізніше ніж через 2 год 30 хв після видалення із автоклава.
4 Визначення міцності при вигині.
4. 1 Випробування проводять у терміни зазначені у пп. 2. 5 і 3. 4.
4. 2 Безпосередньо перед випробуванням з поверхні зразків видаляють краплі води.
4. 3 Міцність при вигині зразків-балочок визначають у відповідності з інструкцією до приладу «МИИ-100».
5 Обробка результатів.
5. 1 Міцність при вигині 
, МПа, окремого зразка-балочки обчислюють за формулою
, (3. 1)
де Р – руйнівне навантаження, Н;
L – відстань між осями опор, мм;
b – сторона квадратного перерізу зразка-балочки, мм.
За міцність при вигині приймають середньоарифметичне значення результатів випробувань усіх зразків, яких розміром (20´ 20´ 100) мм повинно бути не менше чотирьох.
Результати обчислень заокруглюють до 0, 1МПа.
5. 2 Якщо один з результатів випробувань відрізняється більше ніж на 10 % від середньоарифметичного значення, цей результат слід виключити і розрахувати середньоарифметичне значення для результатів, що залишились. Якщо два результати випробувань відрізняються більше ніж на 10 % від середньоарифметичного значення, результати признають недійсними і випробування слід повторити.
6 Результати випробувань заносять у таблицю 3. 3.
Таблиця 3. 3 - Результати визначення міцності цементного каменю при вигині
| № п/п | Тип цементу | Маса цементу, г | Водоцементне відношення | Дата і час | Температура витримування зразків, °С | Границя міцності при вигині, МПа | |
| виготовлення зразків | випробовування зразків | ||||||
2 Міцність на стискання каменю з портландцементів типу І-G і І-H
У відповідності до технічних вимог чинного стандарту міцність цементного каменю на стискання для вказаних типів цементів через 8 год тверднення повинна бути не менше 2, 1 МПа при температурі 38 °С і не менше 10, 3 МПа при температурі 60 °С.
|
|
|
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1 Засоби контролю.
1. 1 Для виготовлення зразків-кубиків використовують тригніздові форми розміром (50´ 50´ 50) мм. Частини форм у зібраному вигляді повинні щільно прилягати одна до одної і до піддона для запобігання витіканню води з форм при виготовленні зразка.
1. 2 Випробування на стискання зразків-кубиків може проводитись з використанням машини будь-якої конструкції з граничним навантаженням до 500 кН, які мають прилад, котрий дозволяє виміряти навантаження, що прикладається до зразка, з похибкою не більше ±1 %. Неплощинність опорних поверхонь не повинна перевищувати 0, 013 мм.
1. 3 Водний термостат для витримування виготовлених зразків-кубиків при атмосферному тиску і температурі 38 (60) °С, повинен мати розміри, що забезпечують повне занурення зразків у воду, бути оснащеним мішалкою або системою циркуляції води, а також приладами для вимірювання та регулювання температури з похибкою не більше ±1, 7 °С. Термостат повинен бути заповнений дистильованою водою.
1. 4 Трамбувальний стержень діаметром (6±1) мм із скла або некородуючого металу.
1. 5 Ванна для охолодження зразків розмірами, достатніми для повного занурення зразків у воду, з пристроєм для підтримання температури води (27±3) °С.
1. 6 Термостат і ванна повинні бути споряджені гратами з некородуючого матеріалу для встановлення форми або зразка. Застосування алюмінієвих та оцинкованих матеріалів не допускається.
2 Підготовка і проведення випробування.
2. 1 Збирають форму розміром (50´ 50´ 50) мм. Внутрішні грані відділень форми повинні бути чистими та сухими і змащені тонким шаром машинного мастила, зовнішні ребра і основу форми змащують температуростійким мастилом.
2. 2 Форму заповнюють цементним розчином, приготовленим у відповідності до вимог таблиці 3. 4, на половину її глибини почергово у всі відділення і утрамбовують трамбувальним стержнем по 27 ударів на кожний зразок.
Таблиця 3. 4 – Маса проби цементу і води для приготування цементного розчину
| Тип цементу | Водоцементне відношення | Маса води (дистильована), г | Маса проби цементу для одного замішування, г |
| І-G | 0, 44 | ||
| І-Н | 0, 38 |
Після укладання першого шару розчин, яке залишилось у контейнері змішувача, перемішують трамбувальним стержнем для виключення розшарування. Потім форму повністю заповнюють іншим шаром розчину і знову трамбують як перший шар. Надлишкове розчин зрізають ножем.
|
|
|
2. 3 Форму із зразками накривають металевою пластиною, закріплюють її для запобігання попаданню всередину форми води і розміщують у термостаті, попередньо нагрітому до температури випробувань 38 °С або 60 °С. Час від закінчення перемішування цементного розчину до встановлення форми із зразками у термостат повинен становити 5хв±10 с.
2. 4 Час витримування зразків у термостаті 7год 15±5хв.
2. 5 Форми із зразками, витримані при режимній температурі, виймають з термостата, розформовують, зразки маркують і розміщують у воді на 45±5 хв. Зразки слід занурювати у ванну з водою гладенькою поверхнею догори і так, щоб вони не торкались один одного.
2. 6 Зразки повинні бути випробувані через 8год±15 хв з моменту занурення їх у воду.
3 Визначення міцності при стискуванні.
3. 1 Перед випробуванням видаляють з поверхні зразків сліди вологи і визначають відхилення від площинності граней зразка, які при випробуванні будуть торкатися з плитами, що передають навантаження на зразок. Якщо відхилення від площинності перевищує 0, 05 мм, то зразок відбраковують.
3. 2 Випробування на міцність слід проводити не менше ніж на двох зразках.
3. 3 Зразок, який відповідає вимогам п. 3. 1, встановлюють на прес будь-якими боковими гранями, які були під час виготовлення у контакті з боковими поверхнями форми.
3. 4 Зразок повинен бути відцентрований за верхньою навантажувальною плитою.
3. 5 Не допускається поміщати прокладки між зразком та плитами преса.
3. 6 Навантаження на зразок підвищують зі швидкістю (71, 7±7, 2) кН/хв при очікуваній міцності зразка більше 3, 5МПа і швидкістю (17, 9±1, 8) кН/хв при очікуваній міцності менше 3, 5 МПа до руйнування зразка. При випробуванні не допускається регулювання машини, якщо зразок проявляє пластичну деформацію.
4 Обробка результатів.
4. 1 Міцність на стискання 
, МПа, окремого зразка обчислюють за формулою
, (3. 2)
де Fст – руйнівне навантаження, Н;
S – площа робочої поверхні зразка, мм2.
4. 2 За міцність на стискання приймають середньоарифметичне значення трьох результатів, при цьому результати випробування не менше ніж двох зразків повинні відповідати вимогам чинного стандарту.
4. 3 Якщо один з трьох результатів випробування відрізняється більше ніж на 10 % від середньоарифметичного значення, цей результат слід виключити і розрахувати середньоарифметичне значення решти двох результатів.
4. 4 Результати випробувань заносять у таблицю 3. 5.
Таблиця 3. 5 - Результати визначення міцності цементного каменю при стисканні
| № п/п | Тип цементу | Маса цементу, г | Водоцементне відношення | Дата і час | Температура витримування зразків, °С | Границя міцності при стисканні, МПа | |
| виготовлення зразків | випробовування зразків | ||||||
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1 Що таке міцність тампонажного каменю і в яких одиницях вимірюється?
2 Як змінюється міцність тампонажного каменю під час твердіння в різних термобаричних умовах?
3 Які фактори впливають на міцність тампонажного каменю?
4 Яка залежність між міцністю і пористістю тампонажного каменю?
5 Які Ви знаєте властивості тампонажного каменю (крім міцності)?
6 Охарактеризуйте співвідношення міцності цементного каменю при різних видах навантажень.
7 В чому полягає методика визначення міцності цементного каменя на стискання та вигин?
Лабораторна робота № 4
ОЦІНЮВАННЯ ВОДОУТРИМУЮЧОЇ ЗДАТНОСТІ
ЦЕМЕНТНИХ РОЗЧИНІВ
Мета роботи: визначення показників, які характеризують водоутримуючу здатність цементних розчинів за різних умов.
Тампонажний розчин, який являє собою концентровану суспензію, повинен володіти необхідною водоутримуючою здатністю, тобто протидіяти розшаруванню дисперсної фази та дисперсійного середовища. Розшарування цементного розчину на окремі фази може відбуватись за двох умов:
1) в статичних умовах, коли розділення фаз відбувається під дією гравітаційних сил. У такому випадку більш важкі частинки цементного порошку осідають, а у верхній частині залишається дисперсійне середовище. Водоутримуючу здатність цементного розчину за таких умов, як у вітчизняній так і зарубіжній практиці, оцінюють за величиною водовідділення;
2) в умовах наявності пористого середовища та перепаду тиску на ньому. За таких умов відбувається відфільтровування дисперсійного середовища у пористе середовище під дією перепаду тиску і водоутримуючу здатність оцінюють за швидкістю водовіддачі цементного розчину.
1 Визначення водовідділення
Водовідділення визначають за різними методиками для портландцементів І, ІІ, ІІІ класів, та портландцементів класу І-G і І-H.
1 Порядок визначення водовідділення для портландцементів І, ІІ і ІІІ класів.
1. 1 Зважують 1 кг цементу і просіюють через сито № 09. Залишок на ситі зважують і відкидають. Масу залишку у відсотках записують у протокол випробувань. Після просіювання пробу цементу перемішують.
1. 2 Підготовлюють потрібний об’єм води за величиною водоцементного відношення. Для портландцементу І і ІІ класів величина водоцементного відношення дорівнює 0, 5, а для цементу ІІІ класу її підбирають за розтічністю цементного розчину, яка повинна бути не менше 180 мм і не більше 220 мм.
1. 3 Приготовлений цемент висипають у чашку, попередньо протерту вологою тканиною. Потім роблять у цементі поглиблення, у яке виливають розраховану кількість води. Поглиблення засипають цементом і через 30 с після доливання води спочатку обережно перемішують, а потім енергійно розтирають цементний розчин лопаткою.
1. 4 Приготовлене розчин заливають у два мірні циліндри об’ємом 250см3, з висотою проградуйованої частини не менше 230 мм, і залишають для відстоювання. Протягом відстоювання проби повинні знаходитись у нерухомому стані.
1. 5 Через 2 год±5 хв. воду, яка відокремилась на поверхні цементного розчину, відбирають піпеткою у мірний циліндр місткістю 20 см3 з ціною поділки не більше 0, 2 см3, і заміряють об’єм води, що відокремилась у кожному циліндрі. Об’єм відокремленої води у мілілітрах записують у протокол випробувань.
1. 6 За водовідділення приймають середньоарифметичне значення результатів двох паралельних визначень, розбіжність між якими не повинна перевищувати 0, 2 мл. Результат обчислення заокруглюють до 0, 1 мл.
1. 7 Величина водовідділення не повинна перевищувати наступних значень:
- портландцемент І і ІІ класів – 8, 7 мл.
- портландцемент ІІІ класу з температурою використання до 100 °С – 7, 5 мл.
- портландцемент ІІІ класу з температурою використання до 150 °С – 10 мл.
2 Порядок визначення водовідділення портландцементів класів І-G і І-H.
2. 1 Приготовляють цементний розчин відповідно до пунктів 1. 1-1. 3. Водоцементне відношення для цементу І-G – 0, 44; для цементу І-Н – 0, 38.
2. 2 Приготовлений цементний розчин заливають у циліндричний стакан консистометра і включають електродвигун та нагрівач. Час від закінчення приготування розчину до початку перемішування не повинен перевищувати 1 хв.
2. 3 Цементний розчин перемішують у консистометрі протягом 20±0, 5 хв. при температурі 27±1 °С зі швидкістю 150±15 об/хв.
2. 4 Після закінчення перемішування розчин переливають в електричну мішалку і перемішують протягом 35±2 с зі швидкістю обертання 12000±500 об/хв.
2. 5 Після цього не більше ніж за 20 с приступають до вимірювання водовідділення за методикою вказаною в пунктах 1. 4 - 1. 6.
2. 6 Величина водовідділення не повинна перевищувати 3, 5 мл для обох класів цементів.
2 Визначення швидкості водовідділення
Визначення швидкості водовідділення вважається надзвичайно важливим, оскільки при цьому частково моделюються умови, які можуть виникнути під час цементування свердловин. Гірські породи у переважній більшості є пористими і у свердловинах під час цементування мають місце значні перепади тисків. За таких умов деяка частина дисперсійного середовища може відділитись від цементного розчину, внаслідок чого він стає в’язким, важкопрокачуваним, терміни його схоплення прискорюються. Можливі випадки, коли на певних ділянках відкритого ствола свердловини дисперсійне середовище цементного розчину повністю відфільтровується у гірські породи, і у кільцевому просторі свердловини утворюється товста цементна кірка, яка перекриває шлях рухові розчину. В таких випадках процес цементування продовжити неможливо, наслідком чого є недопідіймання цементного розчину за обсадною колоною до потрібного рівня, а частина його залишається всередині колони. Створювати таку ситуацію під час цементування недопустимо, для чого необхідно знати інформацію про стан ствола свердловини та властивості цементного розчину.
Швидкість водовідділення цементних розчинів здебільшого залежить від водоцементного відношення. Вона обернено пропорційна квадрату питомої поверхні, кількості наповнювача та в’язкісним властивостям дисперсійного середовища. Крім того, на швидкість водовідділення впливає пористість та проникність гірських порід, величина перепаду тиску та температура. Збільшення пористості та проникності гірських порід, при інших рівних умовах, призводить до збільшення водовідділення. З ростом перепаду тиску швидкість водовідділення збільшується і при величині (30Q40) МПа, процес відфільтровування закінчується за (1Q2) хв. При підвищенні температури від 20 °С до 250 °С швидкість водовідділення зростає у декілька разів.
Зменшити водовідділення цементних розчинів можна за рахунок їх хімічної обробки. Для цього додають до цементних розчинів тонкодисперсні глини або хімічні реагенти (гіпан, КМЦ, ССБ, окзил тощо). Але зменшення водовідділення таким шляхом можливо лише частково, оскільки надмірне зв’язування дисперсійного середовища цементних розчинів може призвести до втрати їх рухомості. Тому, в реальних умовах, найважливішим є унеможливлення відфільтровування дисперсійного середовища через пористі і проникні гірські породи. Вказана проблема вирішується за рахунок наявності глинистої кірки, яка утворилась на стінках свердловини під час циркуляції промивальної рідини. Наявність такої кірки на стінках свердловини обов’язкова, а її товщина повинна бути оптимальною (3Q5 мм). Якщо під час опускання обсадної колони глиниста кірка на деяких ділянках була пошкоджена, то її необхідно відновити під час промивання свердловини перед цементуванням.
Швидкість водовідділення цементного розчину може бути визначена з допомогою приладу ВМ-6, що призначений для вимірювання фільтрації промивальних рідин.
3 Порядок вимірювання швидкості водовідділення.
3. 1 Зважують 400 г цементу і підготовлюють його відповідно до пункту 1. 1.
3. 2 Приготовлюють цементний розчин.
3. 2. 1 Для портландцементів І, ІІ і ІІІ класів за пунктами 1. 2 і 1. 3.
3. 2. 2 Для портландцементів класу І-G і І-Н за пунктом 2. 1.
3. 3 Підготовлюють прилад ВМ-6 у такому ж порядку, як і для вимірювання фільтрації промивальних рідин.
3. 4 Приготовлений цементний розчин заливають у фільтраційний стакан до рівня 4Q5 мм від верхнього краю горловини стакана. На горловину стакана нагвинчують напірний циліндр і заповнюють його машинним мастилом до рівня 5-10 мм від верхнього краю циліндра. Потім в циліндр вставляють поршень-вантаж зі шкалою і з допомогою голкового клапана суміщають нуль шкали з рискою на втулці циліндра. Відкривають пробковий клапан, включаючи одночасно секундомір. Знімають покази за шкалою через 10, 15, 20, 25, 30, 45 с і 1, 2, 3, 5, 10 хв. з моменту відкриття клапана.
3. 5 В більшості випадків вся схильна до відділення з цементного розчину вода, відфільтровується менше ніж за 1 хв. Проте, показувати швидкість водовідділення цементного розчину прийнято умовною величиною – водовідділенням за 30 хв., яку отримують екстраполяцією даних про кількість фільтрату, що відділився за вказані проміжки часу. Для екстраполяції будують залежність кількості відфільтрованої рідини від часу у подвійних логарифмічних координатах, яка за звичай має вид прямої лінії (рис. 4. 1). Продовживши цю пряму до перетинання з віссю ординат, що відповідає 30 хвилинам, знаходять величину умовного водовідділення.
3. 6 Приготовляють 1, 5 л промивальної рідини на основі бентонітового порошку і заливають у п’ять приладів ВМ-6 для отримання глинистої кірки різної товщини. Глинисті кірки виймають з приладів почергово через 1, 5, 10, 20 і 30 хв., та вимірюють їх товщину приладом Віка за відомою методикою. При цьому глинисті кірки не допускається пошкоджувати.
3. 7 Після вимірювання товщини, глинисті кірки знову встановлюють у прилади ВМ-6 і підготовлюють їх до вимірювання водовідділення цементного розчину.
3. 8 Зважують 2 кг цементу, підготовляють його і приготовляють цементний розчин відповідно до пунктів 3. 1 і 3. 2.
3. 9 Приготовлений цементний розчин розливають у фільтраційні стакани приладів ВМ-6 відповідно до пункту 3. 4 і вимірюють водовідділення через 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30 хв.
| 1 - фільтрація за 30 хв складає 330см3; 2 - фільтрація за 30 хв складає 210см3 Рисунок 4. 1 - Визначення умовної фільтрації |
3. 10 Будують графічну залежність В=f(t) для кожної товщини кірки і порівнюють їх. Необхідно зробити висновок про вплив товщини глинистої кірки на швидкість фільтрації цементного розчину.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1 За яких умов може відбуватись розшарування цементних розчинів на окремі фази?
2 За якими показниками оцінюють водоутримуючу здатність цементних розчинів?
3 В чому полягає різниця між водовідділенням та швидкістю водовідділення цементних розчинів?
4 Порядок вимірювання водовідділення портландцементів І, ІІ та ІІІ класів.
5 Вкажіть допустимі межі величин водовідділення портландцементів І, ІІ та ІІІ класів і класів І-G та І-Н.
6 Порядок вимірювання водовідділення портландцементів класів І-G та І-Н
7 Для чого необхідно вимірювати швидкість водовідділення цементних розчинів?
8 В чому полягають негативні наслідки великого водовідділення цементних розчинів?
9 Від яких показників залежить швидкість водовідділення цементних розчинів?
10 За яких умов відбувається миттєва втрата дисперсійного середовища цементних розчинів?
11 За рахунок чого можна понизити швидкість водовідділення цементних розчинів?
12 Методика вимірювання швидкості водовідділення цементних розчинів.
Лабораторна робота №5
ДОСЛІДЖЕННЯ ЙМОВІРНОСТІ УТВОРЕННЯ ВАЖКОПРОКАЧУВАНИХ СУМІШЕЙ ТАМПОНАЖНОГО РОЗЧИНУ
ТА ПРОМИВАЛЬНОЇ РІДИНИ
Мета роботи: вивчити явища, які спостерігаються при змішуванні тампонажних розчинів та промивальних рідин; навчитися виявляти ймовірність утворення важкопрокачуваних сумішей тампонажного розчину та промивальної рідини.
При змішуванні тампонажних розчинів з промивальними рідинами можуть утворюватися густі пасти, ефективна в’язкість яких в десятки і сотні разів більша в’язкості вихідних компонентів. Загущення розчинів при їх змішуванні призводить до збільшення тисків при цементуванні свердловин, а в окремих випадках – до ускладнень.
Загущення при змішуванні промивальних рідин та тампонажних розчинів не завжди однакове і небезпечне. Воно визначається складом твердої фази розчинів і їх хімічною обробкою. В деяких випадках змішування розчинів не призводить до утворення загущеної маси. Звідси виходить, що коли необхідно використовувати і вибирати буферні рідини для розділення промивальних рідин та тампонажних розчинів, то необхідно брати до уваги властивості цих розчинів і їх здатність загущуватись при змішуванні.
При змішуванні тампонажних розчинів та промивальних рідин спостерігаються наступні загальні для всіх складів явища.
1 При перемішуванні або русі по трубах згущених сумішей тампонажних розчинів та промивальних рідин спостерігається їх постійне зріджування, швидкість якого залежить від складу і хімічної обробки компонентів суміші. Найменша швидкість зріджування спостерігається при обробці тампонажних розчинів та промивальних рідин гіпаном і КМЦ.
2 Шлакові розчини викликають значно менші, ніж портландцементні, згущення промивних розчинів. Згущені суміші, які включають шлак, зріджуються швидше, ніж суміші, які включають портландцемент.
3 Добавки до цементів і шлаків піску, обважнених і полегшених добавок дещо зменшують згущення. Наприклад, при добавці до цементу 10–15 % глини або обважнювачів з доведенням водоцементного відношення до необхідної величини (розтічність 20–22 см), розтічність сумішей по конусу АзНДІ збільшується на 10–30 %. Аналогічно впливають і добавки обважнювачів або інших неглинистих матеріалів.
4 Добавка до промивальної рідини графіту практично не впливає на згущення при їх змішуванні, а добавка сульфонолу і нафти його зменшує.
5 Як правило, промивальні рідини піддаються складній хімічній обробці, і врахувати всі можливі комбінації реагентів практично неможливо.
Для виявлення схильності до згущення при змішуванні з тампонажними розчинами необхідно приймати до уваги, що коли промивальна рідина поряд з іншими реагентами оброблена гіпаном, то властивості цієї рідини будуть визначатися в основному гіпаном. Якщо промивальна рідина не містить гіпану, але оброблена КМЦ, то схильність її до згущення буде визначатися КМЦ. Якщо промивальна рідина оброблена ВЛР і лігносульфонатами, то властивості її будуть визначатися ВЛР. Хромпік суттєвого впливу на згущення при змішуванні розчинів не має.
При використанні нафтоемульсійних, нафтобітумних розчинів або розчинів на нафтовій основі, в склад яких не входить гіпан або КМЦ, згущення промивальної рідини і цементного розчину не спостерігається. Обробка ж розчину на нафтовій основі гіпаном або КМЦ приводить до його згущення при змішуванні з цементним. Якщо промивальна рідина оброблена декількома реагентами, то останні за впливом на ефект згущення розміщуються в ряд: гіпан> КМЦ> ВЛР> лігносульфонати. Проте вплив реагентів на властивості промивальних рідин залежить не тільки від виду, але і від кількості реагенту, який додають в розчин. В деяких випадках, якщо, наприклад, кількість доданого в розчин ВЛР в декілька десятків разів перевищує добавку гіпану або КМЦ, то останні не впливають на згущення при змішуванні.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1 Виміряти розтічність заготовленої в лабораторії промивальної рідини. Величина розтічності повинна бути не менше 20см.
2. За вказівкою викладача вибрати тип цементу і зважити у кількості, вказаній у таблиці 2. 1 лабораторної роботи № 2.
3 Взяти необхідну кількість води (див. таблицю 2. 1) і приготовити цементний розчин за пунктами 1. 3-1. 5 лабораторної роботи №.
4 Виміряти величину розтічності цементного розчину за пунктом 1 лабораторної роботи № 2.
5 У п’ять чашок налити 25; 75; 125; 175 та 225 см3 промивальної рідини і добавити відповідно 225; 175; 125; 75 та 25 см3 цементного розчину.
6 Перемішати суміші протягом 1хв дерев’яною лопаткою і виміряти початкове значення розтічності кожної суміші.
7 Після вимірювання суміші повертають у чашку і знову перемішують лопаткою. Повторні вимірювання розтічності сумішей проводять через 5; 10; 20; 40 і 60 хвилин. Перемішування сумішей необхідно проводити протягом всього часу між вимірюваннями розтічності.
8 Результати досліджень заносять в таблицю 5. 1.
Таблиця 5. 1 – Результати дослідження ймовірності утворення важкопрокачуваних сумішей
| Склад суміші | Розтічність, см, за час перемішування | |||||
| 1хв | 5хв | 10хв | 20хв | 40хв | 60хв | |
9 За даними експериментів будують криву зміни розтічності (в см) кожної суміші в залежності від часу перемішування.
В кінці роботи робиться висновок.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1 Причини утворення важкопрокачуваних сумішей.
2 Негативні наслідки утворення важкопрокачуваних сумішей.
3 Методика визначення ймовірності утворення важкопрокачуваних сумішей.
4 Способи запобігання утворенню важкопрокачуваних сумішей.
5 За яким показником оцінюють можливість утворення важкопрокачуваних сумішей?
|
|
|
