Институт нефти и газа
Скачать 4.53 Mb.
|
Таблица 1 - Сцепление цементного камня с металлическим кольцом
3.9 Тепловыделение при гидратации тампонажного цемента Определенную роль в изменении теплового режима скважины в период ОЗЦ играют величина тепловыделения тампонажного материала и его теплофизические свойства. Колебания температуры в гидратирующем цементе обусловлены физико-химическими превращениями, которые характеризуют интенсивность реакций, их глубину и физическое состояние системы. Количество тепла, выделяемого 1 кг цемента при схватывании и твердении при температуре 18 °С, составляет от 1,5 до 5 ккал/ч. Максимум температуры отмечается через 10 - 13 ч после затворения. В условиях теплообмена с окружающей средой абсолютная величина колебаний температуры в период ОЗЦ в реальной скважине будет зависеть не только от тепловыделения и теплофизических свойств тампонажного материала, но и от его количества на единицу длины ствола (с учетом замещения бурового раствора), распределения его по кольцевому пространству, условий взаимодействия с пластами. Высокая скорость тепловыделения при гидратации цемента в растворах, может привести к возникновению трещин в цементном камне и способствовать нарушению нормальной работы обсадной колонны. Положительная роль тепловыделения проявляется при цементировании скважин в районах мерзлоты и зонах, к ним примыкающих. Тепловыделение препятствует преждевременному промерзанию твердеющего раствора. В зависимости от разности температур и условий окружающей среды может наблюдаться неравномерное распределение температуры в массиве затвердевающего тампонажного камня, следствием чего являются термические напряжения камня и его разрушение. Термохимические свойства тампонажных цементов существенно зависят от состава и тонкости помола цемента, содержания и химико-минералогического состава наполнителей, химических реагентов и их количества, водоцементного отношения и условий твердения тампонажного раствора и др. С достаточной для практики точностью принимается, что количество тепла, выделяющегося при твердении тампонажного раствора, пропорционально массе образовавшихся в результате гидратации продуктов. По величине и характеру тепловыделения во времени клинкерные минералы располагаются в следующем порядке: трехкальциевый алюминат, трехкальциевый силикат, четырехкальциевый алюмоферрит, двухкальциевый силикат (в порядке уменьшения). Теплота полной гидратации отдельных клинкерных минералов (Лерч, Бог), определенная методом растворения, оказалась равной (кал/г): для СзS — 120; для С3А — 207; для C2S — 62; для C4AF — 100. Эксперименты с портландцементами различного минералогического состава показывают, что их тепловыделение протекает таким образом, что наибольшее количество тепла при комнатных условиях выделяется в первые 3—5 дней. В дальнейшем процесс тепловыделения продолжается медленнее. Весьма пониженным тепловыделением отличаются шлакопортландцементы, при этом скорость тепловыделения определяется свойствами (активностью, тонкостью помола и т. д.) как портландцемента, так и шлака, а также совместным их влиянием на эффект тепловыделения (Ф. М. Ли). Чем активнее добавка, тем меньше снижается экзотермичеcкий эффект. С повышением тонкости помола возрастает и скорость тепловыделения (М. Ф. Ли, И. Иванов-Городнов). Андерберг и Нубель показали, что у портландцемента через 9 месяцев оказываются гидратированными только те частицы, которые имеют размеры не более 5 мкм. М. Ф. Ли считает, что влияние тонкости помола на тепловыделение оказывается существенным лишь в ранние сроки твердения. При длительных сроках этот фактор уже не играет заметной роли. Пластифицирующие добавки создают препятствия для проникновения воды к цементным частицам в начале процесса, тем самым замедляется процесс гидратации цемента. Весьма существенное влияние на скорость тепловыделения оказывают температурные условия твердения цементного раствора. Исследование кинетики тепловыделения при гидратации тампонажных цементов в условиях повышения температур и давлений может осуществляться прямым и косвенным методами. Прямые методы позволяют непосредственно измерять тепло, выделяемое при гидратации цементов. Косвенные методы основаны на законе Гесса, они дают точные данные, но более трудоемки по сравнению с прямыми методами. 4 Методы определения показателей физико-механических свойств тампонажного раствора – камня Вопросы для изучения 4.1 Определение растекаемости тампонажного раствора. 4.2 Определение плотности цементного теста. 4.3 Определение сроков схватывания тампонажного раствора. 4.4 Измерения консистенции и времени загустевания цементного раствора. 4.5 Определение водоотделения или седиментационной устойчивости тампонажного раствора. 4.6 Измерение водоотдачи цементного раствора. 4.7. Определение предела прочности образцов тампонажного камня на изгиб, ГОСТ 26798.1-96. 4.8 Определение предела прочности цементного камня при сжатии ГОСТ 26798.2-96. Для цементов типа I-G, I-H. 4.1 Определение растекаемости тампонажного раствора (ГОСТ 26798.1)[17] Растекаемость тампонажного раствора является показателем его прокачиваемости. В течении времени, пока тампонажный раствор закачивают в интервал цементирования он должен оставаться легкоподвижным. Средства контроля: "Конус растекаемости – КР-1" АзНИИ (рисунок 10), разработан Азербайджанским научно-исследовательским институтом. Он состоит из усеченного конуса I, имеющего внутренний диаметр верхнего основания 370,5 мм, нижнего 700,5 мм, высоту 600,5 мм, объем - 120 см3 и столика 2, на котором имеется шкала в виде концентрических окружностей с минимальным диаметром 70 и максимальным не менее 250 мм. Цена деления шкалы должна быть не более 5 мм. Столик должен быть покрыт стеклом.   2  1 3  Рисунок 10 - Конус растекаемости КР-1 Конус растекаемости КР-1 предназначен для определения растекаемости тампонажного раствора. Подготовка и проведение испытания Форму-конус устанавливают на стекло в центре измерительного столика таким образом, чтобы внутренняя окружность формы совпадала с начальной окружностью шкалы столика. Внутреннюю поверхность конуса и стекло перед испытанием протирают влажной тканью. Готовят цементное тесто. Заполняют цементным тестом форму-конус до верхнего торца. Интервал времени от момента окончания перемешивания цементного теста до момента начала заполнения им формы-конуса не должно быть более 5 с. По окончании заполнения формы избыток теста удаляют ножом, расположенным под небольшим углом к торцевой поверхности. Затем форму-конус резко поднимают в вертикальном направлении. Диаметр растекания цементного теста измеряют линейкой или штангильциркулем в двух взаимно перпендикулярных направлениях результат округляют до 1 мм. За растекаемость принимают среднеарифмитическое значение результатов двух измерений, расхождение между которыми не должно быть больше 10 мм. Если для цементов типа III растекаемость получится менее 180 или более 220 мм, то испытание повторяют, соответственно увеличив или уменьшив В/Ц, до получения цементного теста с расплывом контура в пределах 180-220 мм. 4.2 Определение плотности цементного теста Плотность цементного раствора является функцией плотностей сухого порошка, жидкости за творения (воды, раствора солей и т. д.) и водосодержания и может быть определена по формуле: ц.р.= ((1+В/Ц)цж)/ж+ц В/Ц, где ц р. – плотность цементного раствора; ц- плотность сухого порошка; ж-плотность жидкости за творения; В/Ц – водо-цементное отношение. Средства контроля. В промысловой практике для определения плотности тампонажного раствора используются ареометры АГ-1, АГ-2, АГ –3ПП (рисунок 11), АБР -1 (рисунок 12) и рычажные весы плотномер ВРП-1 (рисунок 13, 14). Прибор АГ-2 отличается от АГ-1 пределом измерения: одна шкала от 900 до 1700 кг/м3, другая от 1600 до 2400 кг/м3. АГ-ЗПП отличается материалом. Он изготовлен из полиэтилена. При его использовании в результат измерения вносится поправка на плотность воды. Ареометр АГ состоит из стакана I, поплавка с стержнем со шкалой 2 и груза 3. На стержне имеется две шкалы основная и поправочная, по которой определяют поправку в случае применения минерализованной воды. Прибор поставляют в комплекте с ведерком для воды. Подготовка и проведение испытаний. Перед каждым замером проверяют прибор по воде. Готовят тампонажный раствор заданного состава. Им заполняют стакан. Тщательно обмывают снаружи, погружают в ведро с водой. Вращением удаляют воздушные пузырьки и делают отсчет плотности по основной шкале (по делению, до которого ареометр погрузился в воду). При плотности тампонажного раствора от 1000-1800 кг/м3 пользуются значениями основной шкалы, расположенными слева, при плотности тампонажного раствора более 1800 кг/м3 груз 3 снимают и пользуются значениями основной шкалы, расположенными справа. После окончания проведения испытаний прибор промывают и протерают насухо.   Рисунок 11 – Ареометр АГ-2: 1- стакан; 2 - поплавка с стержнем со шкалой; 3 – груз.
Рычажные весы-плотномер ВРП-1 (рисунок 13) состоят из стойки 8, подвижной части, включающей в себя рычаг 6, жестко закрепленный с мерным стаканом I, на который надевается крышка 2, призм 4 и 5, укрепленных на рычаге 6, подушки 3, соединяющей подвижную часть весов со стойкой двух измерительных шкал (верхней и нижней); замеры по верхней шкале осуществляются путем установки весов на правую призму и перемещения подвижного груза 7, замеры по нижней шкале осуществляются путем установки весов на правую призму и перемещения подвижного груза 7, замеры по нижней шкале осуществляются путем установки весов на левую призму и перемещения подвижного груза. Подготовка и проведение испытания. Принцип работы ВРП-1 основан на уравновешивании моментов левой и правой сторон подвижной части весов относительно опоры на призмах. Заливают раствор в мерный стакан до верхней кромки и закрывают крышкой. Излишки раствора, вытекшие через специальное отверстие, удаляют. Устанавливают подвижную часть весов на стойке при помощи правой призмы. Передвигая вправо или влево подвижной груз, устанавливают  Рисунок 13 – Устройство рычажных весов-плотномеров ВРП-1: 1- стакан, 2 – крышка стакана; 3 – подушки; 4,5 – призмы; 6 – рычаг со шкалой; 7 груз передвижной.  Рисунок 14 – Рычажные весы плотномер ВРП-1 (общий вид). рычаг в положение равновесия и снимают показания плотности раствора по верхней шкале. Если плотность раствора окажется больше, чем предел измерения по верхней шкале, то подвижную часть весов переставляют на левую призму и ведут измерения по нижней шкале. После замера крышку стакана снимают и выливают раствор из стакана. Промывают мерный стакан и крышку водой, протирают насухо. Источником ошибок определения истинной плотности раствора может быть загрязнение воды (плотность воды в ведерке не должна отличаться более 3 кг/м3), вовлечение воздуха в цементный раствор при его приготовлении, неисправность прибора, пузырьки воздуха, задерживающиеся на торцовых поверхностях и углублениях в деталях прибора. 4.3 Определение сроков схватывания тампонажного раствора О развитии процесса превращения тампонажного раствора в покое, из жидкого состояния в твердое, судят по срокам начала и конца схватывания. Средства контроля. Прибор ВИКа (рисунок 15) состоит из металлического стержня, свободно перемещающегося в вертикальной обойме скважины. Для закрепления стержня на желаемой высоте имеется зажимной винт 2. В нижнюю часть стержня ввинчивается стальная игла 3 диаметром 1,1 мм и длиной 50 мм. Вес стержня должен быть равен 3002 г. На станине укреплены шкала 4 с делениями от 0 до 40 мм. Коническое кольцо 5 для цементного раствора имеет внутренний диаметр верхнего основания 655 мм, нижнего - 75+5 мм, высоту 400.5 мм. Под кольцо подкладывается пластинка, сверху кольцо также накрывается пластинкой. По мере роста прочности структуры раствора, сопротивление погружению иглы в него возрастает и наступает момент, когда игла не в состоянии погрузиться.  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Кандидат юридических наук, доцент кафедры гражданского процесса и социальных отраслей права юридического факультета Российского государственного... | | Кандидат юридических наук, доцент кафедры гражданского процесса и социальных отраслей права юридического факультета Российского государственного... |
| Проект строительства наклонно направленной добывающей газовой скважины глубиной 3150 м на Ен-Яхинском месторождении | | Геология и геохимия нефти и газа: Электронное Учебное пособие (для вузов) / Под ред. А. Н. Резникова. – Ростов-на-Дону: юфу, 2008.... |
| Физико-химические процессы твердения, работа в скважине и коррозия цементного камня: Учеб пособие для вузов. –Тюмень: Изд-во «Нефтегазовый... | | Методические рекомендации предназначены для студентов всех форм обучения по специальности 240134 Переработка нефти и газа и являются... |
| Далее – Методические указания устанавливают единые требования к расчету стоимости услуг, оказываемых спецтехникой и автомобильным... | | Далее – Методические указания устанавливают единые требования к расчету стоимости услуг, оказываемых спецтехникой и автомобильным... |
| Разработаны: Институтом по проектированию объектов нефти и газа зао «Инжиниринговая компания «КазГипроНефтеТранс», Самарским филиалом... | | «Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть» (оао «ак «Транснефть»), обществом с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский... |