Время схватывания цементного раствора: Время высыхания цемента, от чего зависит, этапы затвердевания

Содержание

Время высыхания цемента, от чего зависит, этапы затвердевания

Любые ремонтные работы в доме или возведение здания не обходятся без использования цементной смеси. Установить фундамент, залить пол, оштукатурить стены невозможно без этого материала.

Оглавление:

  1. Описание процесса
  2. Правила сушки бетона
  3. Методы воздействия на раствор

Этапы затвердевания

Цементный состав, изготовленный в соответствии с технологией и с соблюдением необходимых пропорций, начинает застывать с первых минут заливки в форму или опалубку. Но полностью свою прочность он наращивает в течении определенного отрезка времени. В этот период масса не способна выдержать существенную нагрузку. Залитая стяжка может растрескаться и разрушиться.

Обычное время затвердевания – 4 недели. Мощным фундаментам под многоэтажное здание, промышленным сооружениям для высыхания отводится 3 месяца. Тонкой стяжке, например, под укладку плиточного пола или бетонную дорожку, достаточно 72 часов.

Строительный раствор проходит два этапа:

  • Схватывание. Продолжается от 1-2 до 24 часов с момента замешивания. Масса сохраняет подвижное состояние, не давая производить дальнейшие работы.
  • Затвердевание. Согласно СНиП, происходит на протяжении 30 дней с момента заливки. Эта норма подразумевает высыхание, позволяющее начать новый этап строительства или отделки здания. Полностью этот процесс заканчивается спустя как минимум 1 год.

Разные марки не твердеют за равные промежутки времени. При температуре +10 °C и достаточной влажности цемент М400 позволяет продолжать работы через 12-15 дней, а М500 – уже на 9-10 день.

Условия для схватывания бетона

К факторам, влияющим на продолжительность высыхания, относятся:

  • Температура. При +20+23 °C этот процесс протекает 1-3 часа, при 0 °C затягивается до 20-24 часов. Застывшая на морозе вода полностью останавливает твердение.
  • Влажность. Оптимальный показатель – 65-70%. Повышается уровень влаги в воздухе путем обрызгивания поверхности, покрытием мокрой тканью или пленкой, засыпанием стяжки сырыми опилками или соломой.
  • Марка цемента. Отличающиеся по плотности и другим характеристикам составы требуют разного времени для набора марочной прочности. М400 схватывается за 1,5-2 часа, М500 достаточно 1 часа.
  • Соблюдение технологии заливки. Важно приготовить смесь, тщательно перемешивая компоненты в соответствии с необходимыми пропорциями и утрамбовать залитый слой.
  • Уход за стяжкой при затвердевании. В этот период не рекомендуется попадание прямых солнечных лучей и сквозняков.

Введение различных добавок ускоряет процесс и повышает качественные характеристики сооружения. Самый распространенный вид – портландцемент – имеет в своем составе минеральные вещества, увеличение или уменьшение пропорций которых влияет на время твердения.

Способы воздействия на высыхание цемента

Зачастую резкое изменение погоды не позволяет закончить бетонирование в срок и обеспечить необходимые условия для получения качественного покрытия. Для таких ситуаций существуют следующие методы:

  • При понижении температуры окружающего воздуха ниже допустимых пределов готовые растворы подогреваются различными способами: электричеством, паром, оборудованием тепляков и прочими. Трехкальциевая силикатная добавка при гидратации смеси повышает ее температуру.
  • Необходимость закончить бетонирование при низких температурах обуславливает использование противоморозных присадок на основе солей кальция и натрия.
  • Изменение состава отражается на продолжительности застывания стяжки: песок и щебень сокращают время, пористые наполнители (шлак и керамзит) продлевают процесс.
  • Замедляют схватывание поверхностно-активные вещества. Например, добавление бетонита или мыльного раствора задерживает испарение воды и избавляет поверхность от пересыхания.

На 14 день после заливки при удовлетворительных условиях температурного режима и влажности марка М400 набирает 50 % прочности, а М500 – 75 %. Использование различных добавок позволяет регулировать сроки строительства.

Сколько сохнет цементный раствор на полу и в помещении, как ускорить

Схватывание цементного раствора, изготовленного с соблюдением технологии и пропорций, начинается сразу же после заливки в форму или на поверхность. Но требуется определенное время, чтобы прочностные характеристики достигли максимума. Если приложить существенную нагрузку до полного отвердения, материал потрескается или разрушится.

Оглавление:

  1. Срок схватывания смеси
  2. От чего зависит скорость застывания?
  3. Способы ускорения процесса

Время схватывания в различных условиях

Процесс застывания включает в себя два этапа — схватывание и отвердение. Полное высыхание может занять несколько лет, поэтому в обиход введено понятие расчетной прочности — величины, показывающей, что залитая конструкция окрепла достаточно для начала эксплуатации.

Срок, который полагается выждать перед началом следующего этапа работ, существенно зависит от назначения стяжки. При оптимальных условиях он составляет:

  • При бытовом использовании, например, цементная стяжка пола в квартире — 72 часа.
  • В общем случае строительных работ — 30 суток.
  • При создании мощных фундаментов увеличенной толщины под здания или промышленное оборудование — 90 суток.

Чтобы схватившийся бетон набирал прочность, необходимо увлажнять его поверхность, исключить воздействие прямых солнечных лучей. Помимо этого важно не допускать сквозняков в помещении.

Что влияет на время схватывания?

Выделяют ряд факторов, оказывающих существенное влияние на время, которое понадобится для твердения. Среди них такие показатели, как:

  • толщина слоя;
  • температура окружающей среды;
  • влажность окружающей среды;
  • качество цементной смеси и соблюдение технологии разведения;
  • специальные добавки.

При нормальных условиях и толщине покрытия не более 40 мм за неделю закрепляется 10 мм слой. Для полного высыхания бетона потребуется 28 дней.

Второй существенный фактор — это температура воздуха в помещении. При 20°С процесс схватывания начинается через 2 часа после замешивания. При 0°С для этого требуется 20 часов. Все это время раствор сохраняет подвижность. Поэтому, если производить с ним какие-либо действия, можно существенно отложить момент начала твердения.

Оптимальной влажностью для схватывания бетона или ЦПС считается 90 %. Уменьшение этого показателя может приводить к хрупкости конструкции и растрескиванию поверхности.

Также существенное влияние оказывает качество применяемого материала и правильное соблюдение пропорций при разведении. Необходимо проверять срок годности, указанный на мешках, нельзя допускать использования просрочки. Раствор при приготовлении требуется тщательно перемешивать, так как если в каких-либо местах образуется неравномерность, то на покрытии появятся трещины. Добавление излишнего количества воды к цементно-песочной смеси приведет к увеличению времени схватывания.

Способы ускорения твердения

В реальности не всегда удается соблюсти все предписанные требования и создать идеальные условия для бетонирования. Могут отличаться температурные показатели или возникать иные причины, требующие ускорения процессов схватывания и твердения. Для таких случаев был разработан ряд вспомогательных мер:

  1. Подогревание помещения. Может производиться с помощью отопительных приборов или специального кабеля, проложенного при заливке.
  2. Использование препаратов, уменьшающих время затвердевания. Среди них соединения кальция, карбонат калия, три натрий фосфат.

Помимо ускорения процесса схватывания стяжки из бетона до 80 % применение специальных добавок помогает повысить морозостойкость и формовочные свойства, а также понижает водопроницаемость. Химические средства обычно нужны при строительстве в зимнее время или при сжатых сроках, отведенных на проведение работ при значительной толщине стяжки. Также полезны они и при производстве железобетонных изделий в больших количествах, так как позволяют приобретать меньше форм при сохранении качества готовой продукции.

Применение ПАВов же напротив увеличивает время твердения бетона, поэтому зачастую они используются при доставке готового раствора к месту строительства. Рекомендуют добавлять их в виде моющего средства и при создании стяжки, чтобы смесь не схватилась в процессе заливки помещения. Но при этом важно соблюдать пропорцию сто грамм на ведро воды, иначе пол будет высыхать дольше.

 

Сколько времени застывает цементный раствор

[REQ_ERR: SSL] [KTrafficClient] Something is wrong. Enable debug mode to see the reason.

Политика и соглашение конфиденциальности Увидел ошибку? Создание и продвижение сайта — clever-color.

Условия для схватывания бетона

Скачать прайс-лист Кб. Toggle navigation.

Подскажите, при какой нижней температуре еще имеет смысл бетонировать и ложить кладку? Ночью Холода стоят первые дни и земля еще не остыла.

Оставить заявку. Главная Информация Новости Время застывания бетона м, м, м Процесс застывания бетона Застывание бетона — это химический процесс, в результате которого начинается реакция компонентов с водой, а на выходе получаются гидросиликаты калия. Факторы застывания бетона: толщина слоя; температура; марка — то есть, содержание цемента в бетоне; наличие добавок, например, антиморозных; влажность окружающей среды; наличие ветра.

Факторы, влияющие на твердение цементного раствора Для набирания максимальной прочности нужно снизить отрицательное влияние к минимуму.

Для ее регулирования бетонный фундамент могут закрывать мокрыми опилками, поливать из лейки, закрывать пленкой. При высыхании бетон уменьшается в размерах.

Набор прочности

Если процесс идет неравномерно, верхние слои буду содержать трещины. Причина не только в несоблюдении правил бетонирования, или в создании цементного раствора с неправильным соотношением компонентов, чаще проблема кроется в отсутствии ухода за бетоном на этапе застывания.

Время схватывания цементного раствора зависит от многочисленных факторов: температуры, влажности, ветра, воздействия прямых солнечных лучей и т. Важно на этапе застывания увлажнять бетон, это позволит приобрести максимальную прочность и целостность покрытия. В зависимости от того, при какой температуре застывает цемент, отличается и период затвердевания.

В идеальных условиях процесс занимает 28 суток. В жарких регионах или в холодные периоды года обеспечить данную температуру сложно или невозможно. Недостатком работы в холодное время является сложность копания траншеи и необходимость оборудования места обогрева для рабочих.

С учётом дополнительных затрат экономия наступает не всегда. Время застывания цементного раствора зависит от температуры.

Время высыхания цемента

При низкой температуре время существенно увеличивается. Чтобы успешно использовать цемент в холода, важно предпринять защитные меры для предотвращения замерзания раствора. Схватывание бетона в условиях низких температур протекает несколько иначе, наибольшее значение на итоговый результат оказывает температура воды. Чем теплее жидкость, тем быстрее протекает процесс.

Полимеризация бетона

Даже в условиях подогрева воды окружающий холод замедляет скорость гидратации цементного раствора. Приобретение прочности и схватывание занимает больше времени.

Фаза схватывания продолжается недолго, максимум несколько часов смесь материал теряет подвижность, её структура становится хрупкой, но прочности она пока не набрала.

Фаза твердения имеет значительно большую продолжительность.

За какое время схватывается и сколько сохнет бетон

При понижении температуры происходит замедление процессов схватывания, твердения и , конечно, набора прочности. При отрицательных температурах вода в смеси замерзает и не вступает в реакцию с цементом, процесс набора прочности останавливается.

Строительство и Ремонт. Vladimir 7

Более подробно эту информацию можно получить рассмотрев графики зависимости сроков набора прочности от температуры окружающей среды. Графики имеются в свободном доступе не поленитесь спросите на любом поисковике.

Критическая прочность — показатель, достигнув которого бетон не боится морозов, а при повышении температуры окружающей среды например весной продолжает набор прочности. К таким способам относятся: разогрев раствора, утепление и прогрев бетона, применение противоморозных добавок ПМД. Для частного строительства оптимальный вариант это противоморозные добавки, которые позволяют снизить водопотребность смеси и температуру замерзания воды, обеспечить ускоренный набор прочности, увеличить конечные прочностные характеристики.

Минералогический состав и гидратация цемента

В предыдущих сообщениях писали, что информации о добавках в интернете достаточно. Из импортных могу посоветовать Sika, Plitonit. Из отечественных Цемикс или Cemmix, могу ошибаться с написанием.

Оглавление: Описание процесса Правила сушки бетона Методы воздействия на раствор Этапы затвердевания Цементный состав, изготовленный в соответствии с технологией и с соблюдением необходимых пропорций, начинает застывать с первых минут заливки в форму или опалубку. Строительный раствор проходит два этапа: Схватывание.

Продолжается от до 24 часов с момента замешивания. Масса сохраняет подвижное состояние, не давая производить дальнейшие работы.

Согласно СНиП, происходит на протяжении 30 дней с момента заливки.

Эта норма подразумевает высыхание, позволяющее начать новый этап строительства или отделки здания. Полностью этот процесс заканчивается спустя как минимум 1 год. Застывшая на морозе вода полностью останавливает твердение. Повышается уровень влаги в воздухе путем обрызгивания поверхности, покрытием мокрой тканью или пленкой, засыпанием стяжки сырыми опилками или соломой.

Какие показатели влияют на время схватывания цемента?

Чтобы процесс схватывания цемента начинался и протекал с возрастанием прочностных характеристик, требуются определенные условия. К примеру, в условиях низкой температуры окружающей среды, когда водные компоненты раствора замерзают, схватывание может и вовсе не начаться, соответственно и процессы гидратации не наблюдаются.

Вышеуказанные сроки для схватывания цемента подразумевают определенные условия, требуемые для проведения наружных либо внутренних работ. Действующие нормативы оговаривают температурные пределы (порядка двадцати градусов по Цельсию), допустимое давление, относительную влажность и другие внешние факторы. Для последующего набора прочности на первых этапах застывания бетон нуждается в определенном уходе, периодическом увлажнении, предохранении солнечного излучения.
Достигается это путем использования специальных тканей и пленок, которые предотвращают быстрое испарение влаги. Приемлемо и использование традиционных недорогих покрытий из опилок или соломы, при условии периодического увлажнения, особенно частого производимого в первые 7 дней после укладки раствора в опалубку.

Как повлиять на время высыхания цемента?
Для работ при низких температурах применяется в обязательном порядке подогрев закладываемых растворов. Придумано множество способов электрообогрева раствора: создание так называемого эффекта термоса, устройство специальных тепляков, прогрев паром и прочее, все работы следует проводить в спецодежде. Что интересно, при самом гидратационным процессе твердения раствора происходит выделение достаточно большого количества тепла. А при больших объемах выполняемых работ такое явление играет отрицательную роль.
Чтобы выполнить ускоренное бетонирование, применяются вспомогательные вещества (солевые и бессолевые), способные уменьшить время схватывания растворов. К материалам подобного рода относят нитриты, нитраты и карбонаты (поташ и т.д.).

Есть и добавки, обладающие противоположным эффектом, которые замедляют твердение смесей. Они применяются при необходимости транспортировки готовых смесей к объектам строительства и т.д. Свойствами замедления гидратации, как правило, обладают всевозможные поверхностно-активные вещества. Их процентное содержание в растворах зависит от соотношения пропорций воды и связующего вещества.

Гидратация цемента и что определяет скорость процесса твердения – формулы и время

Цемент – популярный строительный материал, получаемый искусственным путем. Он представляет собой мелкодисперсный порошок, который при взаимодействии с водой превращается в пластичную массу, способную затвердевать даже в условиях высокой влажности. Физико-химический процесс взаимодействия цемента с водой называется гидратацией. В результате его протекания растворы и смеси, изготовленные на базе цементного вяжущего, после твердения приобретают высокую прочность, водонепроницаемость, устойчивость к температурным перепадам.

Гидратация цемента – особенности процесса

Гидратация – это необратимый процесс, при котором молекулы воды соединяются с молекулами минералов, входящих в состав цемента. В результате таких взаимодействий образуется пластичная масса, которая после затвердевания преобразуется в камнеподобное твердое тело.

В нормативной документации указываются допустимые водоцементные соотношения, которые зависят от применяемой марки цемента и требуемых характеристик получаемых продуктов. При достаточном количестве химически связывается примерно 25 % воды, остальная жидкость переходит в физически связанное состояние. Введение в материал воды в количестве меньше допустимого приводит к неполной гидратации, а больше допустимого – к образованию пор. В обоих случаях прочностные характеристики конструкции снижаются.

Основные стадии гидратации

Первая стадия гидратации цементного вяжущего – схватывание, протекающее в первые часы после затворения сухих компонентов водой. Время начала схватывания и скорость протекания этого процесса определяют следующие факторы:

  • Температура окружающей среды. Чем она выше, тем быстрее протекает процесс. При комнатной температуре он длится до трех часов, при высоких температурах, созданных в камерах пропаривания, – до 20 минут. При 0 °C схватывание может занять до 20 часов.
  • Состав вяжущего – номенклатура и соотношение минеральных компонентов, применяемые добавки. По ГОСТу 30515-2013 выделяют по скорости схватывания при стандартных условиях (+20 °C, относительная влажность – 75 %) три категории цементов: медленно схватывающиеся (начало процесса – через 2 часа после затворения), нормально схватывающиеся (начало схватывания – от 45 минут до 2 часов после затворения), быстро схватывающиеся (начало схватывания – до 45 минут после затворения цемента водой).
  • Тонкость помола – чем порошок мельче, тем быстрее происходит схватывание.

Ненадолго отложить начало схватывания позволяет перемешивание пластичного материала. В вязком продукте даже при перемешивании через определенное время начинаются необратимые процессы, которые негативно влияют на прочность отвердевшего элемента. Строители называют такое явление «свариванием бетона». Скорость схватывания и последующего твердения можно изменить введением в состав раствора или бетона пластификаторов и других добавок.

Следующий после схватывания более длительный этап – твердение цемента. Этот процесс, который обычно начинается в течение суток после начала гидратации, может протекать в течение нескольких лет. В течение первых 7 дней созданная конструкция приобретает примерно 70 % прочности. Через 28 дней после заливки раствор или смесь набирают марочную прочность. Она составляет примерно 90-95 % от максимального показателя, для достижения которого требуется несколько лет.

Для получения качественного конечного продукта обеспечивают нормальные условия твердения цемента. Для этого необходимо:

  1. Оградить конструкцию от малейших механических воздействий, поскольку связи, созданные на начальных этапах гидратации, – непрочные. Они легко разрушаются и восстановлению не подлежат.
  2. Первые 2-3 недели для нормального протекания в гидратации создавать влажную среду и оберегать конструкцию от прямого воздействия солнечных лучей.
  3. Не допускать резких перепадов температуры. Для этого конструкцию засыпают небольшим слоем песка или опилок, укрывают утепляющими матами.

Такие меры, принятые во время твердения цемента, позволят снизить усадку конструкции, избежать появления трещин и деформаций.

Зависимость процесса гидратации от химического состава цемента

Механизмы схватывания и твердения цемента зависят от номенклатуры и процентного соотношения компонентов вяжущего. Некоторые из них начинают взаимодействовать с водой на начальной стадии гидратации, другие – через определенный промежуток времени.

В состав портландцемента входят:

  • C2S – двухкальциевый силикат. Этот компонент вступает в реакцию с водой не сразу, а примерно через месяц после набора продуктом марочной прочности. Он положительно влияет на прочностные показатели бетона в долгосрочной перспективе. Применение пластификаторов ускоряет вступление двухкальциевого силиката в реакцию твердения цемента.
  • C3S – трехкальциевый силикат. Этот компонент участвует во взаимодействии с водой с самого начала приготовления смеси или раствора и в течение всего периода гидратации. Но наибольший вклад он вносит в период набора марочной прочности материала.
  • C3A – трехкальциевый алюминат. Способствует нарастанию прочности материала в первые дни твердения. В более поздний период он перестает работать.
  • C4AF – четырехкальциевый алюмоферит. Вступает в действие уже в ходе твердения. Улучшает характеристики бетона на самых поздних сроках набора прочности.

Как можно ускорить или замедлить схватывание и твердение цемента

При проведении строительных работ часто возникают ситуации, требующие сокращения времени схватывания и твердения цемента, решить эту проблему позволяет применение специальных добавок. Они понадобятся при проведении бетонирования в зимних условиях или при необходимости увеличить темпы строительства.

Наиболее популярные присадки-ускорители твердения цемента:

  • 4 %-е нитрат кальция или нитрат натрия, нитрит-нитрат кальция или хлорида кальция, нитрит-нитрат сульфата натрия;
  • 2 %-й сульфат натрия;
  • 2 %-й хлорид кальция – используется для армированных конструкций;
  • 3 %-й хлорид кальция – предназначен для неармированных бетонных элементов.

Замедлители гидратации цемента используются в основном при возведении масштабных конструкций – крупноразмерных фундаментов, чаш бассейнов, гидротехнических и подземных объектов.

Функции замедлителей выполняют пластификаторы и гиперпластификаторы. Применение таких добавок позволяет сохранить подвижность бетонных растворов и их рабочие характеристики в течение 24-48 часов после затворения вяжущего водой.

Гидратация цемента – важный процесс, который должен протекать с соблюдением правил, установленных государственными нормативами и проектной документацией для конкретного строительного объекта. Благодаря разработке широко спектра добавок стало возможным регулирование в широких пределах начала и скорости схватывания пластичного материала, его подвижности, прочности на разных стадиях твердения, коррозионной стойкости и других характеристик.

%d1%81%d1%85%d0%b2%d0%b0%d1%82%d1%8b%d0%b2%d0%b0%d0%bd%d0%b8%d1%8f — с русского на все языки

Все языкиАнглийскийРусскийКитайскийНемецкийФранцузскийИспанскийИтальянскийЛатинскийФинскийГреческийИвритАрабскийСуахилиНорвежскийПортугальскийВенгерскийТурецкийИндонезийскийШведскийПольскийЭстонскийЛатышскийДатскийНидерландскийАрмянскийУкраинскийЯпонскийСанскритТайскийИрландскийТатарскийСловацкийСловенскийТувинскийУрдуИдишМакедонскийКаталанскийБашкирскийЧешскийГрузинскийКорейскийХорватскийРумынский, МолдавскийЯкутскийКиргизскийТибетскийБелорусскийБолгарскийИсландскийАлбанскийНауатльКомиВаллийскийКазахскийУзбекскийСербскийВьетнамскийАзербайджанскийБаскскийХиндиМаориКечуаАканАймараГаитянскийМонгольскийПалиМайяЛитовскийШорскийКрымскотатарскийЭсперантоИнгушскийСеверносаамскийВерхнелужицкийЧеченскийГэльскийШумерскийОсетинскийЧеркесскийАдыгейскийПерсидскийАйнский языкКхмерскийДревнерусский языкЦерковнославянский (Старославянский)МикенскийКвеньяЮпийскийАфрикаансПапьяментоПенджабскийТагальскийМокшанскийКриВарайскийКурдскийЭльзасскийФарерскийАбхазскийАрагонскийАрумынскийАстурийскийЭрзянскийКомиМарийскийЧувашскийСефардскийУдмурдскийВепсскийАлтайскийДолганскийКарачаевскийКумыкскийНогайскийОсманскийТофаларскийТуркменскийУйгурскийУрумскийБурятскийОрокскийЭвенкийскийМаньчжурскийГуараниТаджикскийИнупиакМалайскийТвиЛингалаБагобоЙорубаСилезскийЛюксембургскийЧерокиШайенскогоКлингонский

 

Все языкиАнглийскийНемецкийНорвежскийКитайскийИвритФранцузскийУкраинскийИтальянскийПортугальскийВенгерскийТурецкийПольскийДатскийЛатинскийИспанскийСловенскийГреческийЛатышскийФинскийПерсидскийНидерландскийШведскийЯпонскийЭстонскийТаджикскийАрабскийКазахскийТатарскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийБелорусскийЧешскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийШорскийРусскийЭсперантоКрымскотатарскийСуахилиЛитовскийТайскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкЦерковнославянский (Старославянский)ИсландскийИндонезийскийАварскийМонгольскийИдишИнгушскийЭрзянскийКорейскийИжорскийМарийскийМокшанскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийЧувашскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЭвенкийскийБашкирскийБаскский

Сравнение методик тестирования времени схватывания цементных растворов по ГОСТ и API

Сравнение методик тестирования времени схватывания цементных растворов по ГОСТ и API

 Методика симулирование скважинных условий по стандарту API «Well Simulation Testing» по сравнению с мелодикой тестирования времени схватывания.

Цементирование нефтяных и газовых скважин требует точного симулирования в лаборатории скважных условий, для получения адекватных данных по характеристикам и качеству цементного камня. Симулирование включает в себя создание давления, температурных и сдвиговых нагрузок на цементный раствор, а также понимая времени, в течения которого они воздействуют. Для оценки качества раствора мы проводим следующие тесты: Оценка реологических свойств раствора, время загустевания по стандарту AP, и проведение ультразвукового теста для оценки прочности цемента и скорости ее набора.

Для измерения времени загустевания раствора по методике API мы используем консистометр высокого давления и температуры. В этом тесте мы симулируем условия, которые воздействуют на раствор в процессе его закачивания в скважину, что включает в себя: симулирование процесса набора температуры, увеличения давления, и сдвиговые нагрузки на цемент. Величина значений температуры и давления зависит от глубины скважины, объема затрубного пространства, размера труб и скорости закачивания цементного раствора.

В процессе проведения теста на запустевание цементный раствор перемешивается со скоростью 150 об/мин. Эта скорость рассчитана как худший сценарий закачивания цементного раствора, когда цемент проходит через цементные помпы и через трубное оборудование, которое может быть у него на пути.

Все эти условия заложены в процесс тестирования по стандарту API, по результатам которого мы можем оценить время, в течение которого цемент может быть прокачан. Концентрация добавок, таких например как диспергатор, замедлитель или ускоритель позволяет достичь требуемого времени загустевания цементного раствора. То есть чем быстрее время закачивания цементного раствора, тем меньшее количество замедлителя требуется, и наоборот. Чтобы не выполнять тестирование для каждой отдельно взятой скважины, мы берём запас по времени для предотвращения загустевания цемента в случае задержки с проведением работ. Время загустевания обычно считается по формуле, время проведения работы плюс 1-2 часа для безопасности.
Теперь, когда мы получили цементный раствор, который удовлетворяет нас по времени загустевания (по методики API), мы начинаем определять момент когда раствор начнет набирать прочность при скважинных условиях. Т.е. проводим симуляцию скважных условий, выполняя тестирование на ультразвуковом анализаторе цемента.

Для этого мы делаем следующее:
1. Предварительно прогреваем ультразвуковой анализатор до забойной статической температуры.
2. Программируем консистометр, используя те же параметры давления и температуры как и при выполнении теста на запустевание по API. После набора температуры и давления мы продолжаем кондиционирование раствора в течение еще 30 минут.
3. Программируем UCA для симуляции скважинных условий. Ставим скорость набора температуры от динамической до статической в течение 15 минут. Устанавливаем пластовое давление.
4. При выполнении п.3 переносим цементный раствор в уже предварительно прогретый ультразвуковой анализатор и начинаем тест.

Касательно теста на время схватывания, который вы обычно проводите у себя в лаборатории: этот тест не симулирует скважинные условия и не дает реалистичной картины периода, в течение которого цемент в скважине будет затвердевать. Для цементных растворов, которые применяются при строительстве скважин, для проведения такого измерения необходимо использовать два прибора: API консистометр и API ультразвуковой анализатор. Тест же на время загустевания, в ходе которого цементный раствор после замешивания в миксере помещается его в форму, находящуюся в горячей воде, позволяет адекватно оценить время схватывания цементного раствора в случае его применения в строительстве фундамента здания или, например, опор моста. Для анализа же цементных растворов, которые используются при строительстве скважин, такой тест не дает реальной картины процесса схватывания цемента.

Причиной, по которой тест на время схватывания не отображает реально картины процесса, служит то, что он не отображает время реального процесса закачивания раствора, т.е точку с момента которой должен начинаться набор прочности цементного камня. Этот тест не симулирует процесс набора температуры и давление и, самое главное, он не симулирует сдвиговых нагрузок, которые воздействуют на цемент в процессе его размещения в скважине. Это очень важно, т.к., как уже отмечено ранее, эти параметры воздействуют на цемент и именно с их воздействием на него мы определяем срок, в течение которого цементный раствор будет достаточно пластичен, чтобы быть закаченным.

Симулирование пластовых условий критично, потому что:
1. Температура влияет на вязкость  цемента и как следствие на время, в течение которого его можно закачать.
2. Давление снижает время загустевания и повышает скорость набора прочности.
3. Сдвиговые нагрузки влияют на количество соприкосновения частиц цемента в растворе, что влияет на скорость загустевания и регулируется количеством замедлителя, ускорителя и диспергатора для контроля его вязкости, т.е. на силы трения во время его закачивания.
В результате проведения теста по стандарту API мы получаем возможность контролировать точку во времени, в которой начинается набор прочности цементного камня и ее скорость.

Время загустевания — обзор

10.4.11 Контроль водоотдачи

Агенты контроля водоотдачи, также рассматриваемые как добавки для контроля фильтрации, используются в цементных композициях скважин для уменьшения потерь жидкости из цементных композиций в проницаемые пласты или зоны в или через который прокачиваются цементные составы. При первичном цементировании потеря жидкости, то есть воды, в проницаемые подземные формации или зоны может привести к преждевременному гелеобразованию цементной композиции, в результате чего перекрытие кольцевого пространства между проницаемой формацией или зоной и цементируемой в ней колонной труб предотвращает цементный состав от размещения по всей длине затрубного пространства [92].

Добавки для контроля фильтрации добавляются к цементам по той же причине, по которой они используются в буровых растворах. Однако необработанные цементные растворы имеют гораздо большую скорость фильтрации, чем необработанные буровые растворы. Поэтому очень важно ограничить потерю воды из суспензии в проницаемый пласт. Это необходимо по нескольким причинам:

•

для минимизации гидратации водочувствительных пластов,

•

для обеспечения достаточного количества воды для гидратации цемента,

•

, чтобы избежать изменение свойств суспензии, то есть реологии, плотности, времени загустевания,

•

, чтобы избежать перекрытия кольцевого зазора.

Однако механизм действия добавок, регулирующих фильтрацию, еще полностью не изучен. Примерами являются бентонит, латекс и различные органические полимеры. Многие добавки для снижения водоотдачи представляют собой водорастворимые полимеры.

Добавка, увеличивающая вязкость и контролирующая водоотдачу, для композиций скважинного цемента в основном представляет собой смесь сополимера и гомополимера. Сополимер изготовлен из [92]:

1.

сомономеров, толерантных к кальцию, анионной природы и дисперсных основных цементных растворов;

2.

сомономеры, которые могут гидролизоваться в основных цементных растворах с образованием анионных карбоксилатных групп, которые связываются с кальцием, повышают вязкость суспензий и предотвращают осаждение в растворах;

3.

сомономеров, которые образуют неионные боковые группы на полимере при гидролизе в основных цементных растворах для предотвращения осаждения полимера.

Примерами сомономера первого типа являются AMPS, винилсульфонат, аллилсульфонат, 3-аллилокси-2-гидрокси-1-пропансульфоновая кислота и их соли.

Примеры сомономера второго типа выбраны из акрилонитрила, акриламида (AAm), трет, -бутилакрилата, N , N -диалкилакриламида, N -винилпирролидона, AMPS и сложных эфиров акриловой кислоты. Другие добавки, снижающие водоотдачу для цементов, приведены в Таблице 10.18.

Таблица 10.18. Добавки для снижения гидродинамики для цементов

Компаунд Ссылки
Водорастворимые полимеры a [183] ​​
Гильсонит b
AMPS присадки на основе водоотдачи c [184]
Стирол-бутадиеновый латекс d [148]
Анионные ароматические полимеры e [185]
Поли (нафталинсульфонат) и акриловый тройной сополимер [186]
Поли (винилацетат) f [162, 187, 188]
Сополимеры акриловой кислоты и длинной боковой цепи акриловые эфиры и несколько подобных материалов (например,g., метакриловые) [189]
Гидрофобно модифицированный гидроксипропилгуар [190]

Водорастворимые сополимеры на основе трет-бутилсульфоновой кислоты AAm обычно используются для контроля водоотдачи нефти скважинные цементные растворы. Велановая камедь может отрицательно повлиять на эффективность этих сополимеров. А именно, он конкурирует с полимером за места адсорбции на поверхностях цемента и кремнезема [191]. Их воздействие обычно зависит от плотности их анионного заряда, качества их группы крепления к поверхности цемента или кремнезема и их концентрации.

Водорастворимые азосоединения служат радикальными инициаторами полимеризации, например, 2,2′-азобис ( N , N ‘-диметиленизобутирамидин) дигидрохлорид, 2,2′-азобис (2-амидинопропан) дигидрохлорид и 2,2’-азобис [2-метил- N — (2-гидроксиэтил) пропионамид]. Азоинициаторы термически разлагаются на радикалы, таким образом инициируя полимеризацию in situ. Азоинициатор объединяют с водным раствором, содержащим мономер [8].

Сомономеры третьей группы — это N -алкил- N -винилалканамиды, такие как N -метил- N -винилацетамид, аллилглицидиловый эфир или винилацетат [92, 192].Сополимеризация AMPS с сопряженными мономерами дает агент водоотдачи, свойства которого включают минимальное замедление, солеустойчивость, высокую эффективность, термическую стабильность и отличную поддержку твердых веществ [192].

Соотношение сомономеров выбирается таким образом, чтобы сополимер не приводил к чрезмерному увеличению вязкости суспензий в условиях окружающей среды, но при прохождении реакций гидролиза в цементных растворах во время укладки полимер будет непрерывно генерировать достаточное количество карбоксилатных групп при температурах в скважине, чтобы реагировать с ионы кальция, присутствующие в суспензиях в реакциях сшивания, повышают вязкость суспензий, чтобы противодействовать термическому разжижению суспензий.Таким образом, чем выше температура в скважине, тем больше термическое разжижение цементных растворов и тем выше скорость загустения цементного раствора из-за реакций гидролиза, генерирующих карбоксилат.

Различные гомополимеры, содержащие карбоксилатные фрагменты, могут использоваться в комбинации с вышеописанным сополимером. Например, было обнаружено, что полимер можно использовать в синергической смеси с другими гомополимерами. Вышеописанный сополимер может быть успешно использован в смеси с поли (винилпирролидоном) или поли (акриламидом) для предотвращения осаждения частиц в цементных растворах [92].

Поли (виниловый спирт) (ПВС) снижает проницаемость фильтрационной корки за счет коалесценции частиц гидратированного микрогеля ПВС, которые затем образуют полимерную пленку. При температуре выше 38 ° C несшитый ПВС начинает растворяться в воде. Следовательно, выше этой температуры образование пленки больше невозможно, и невозможно контролировать водоотдачу [193]. Однако добавление поликонденсата ацетон-формальдегид-сульфит в качестве диспергатора расширяет температурный диапазон, при котором можно успешно использовать ПВС.

Кроме того, были идентифицированы анионные ароматические полимеры, которые одновременно придают богатым солью цементным растворам улучшенный контроль водоотдачи и адекватные реологические свойства. Преимущество этих анионных ароматических полимеров заключается в их использовании даже при низких температурах циркуляции на забое скважины.

Обычно включение добавок для контроля водоотдачи или уменьшителей трения противопоказано в системах с высоким содержанием соли, когда температура циркуляции ниже 65 ° C, поскольку обычные добавки вызывают чрезмерное замедление времени схватывания.Анионные ароматические полимерные системы по-прежнему демонстрируют приемлемо короткое время загустевания (<6 ч) и хорошее раннее развитие прочности при температурах циркуляции всего лишь 50 ° C.

Определенные полимеры на натуральной основе использовались в качестве добавок для контроля водоотдачи при цементировании. К ним относятся HEC, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза, сополимеры AMPS и AAm или N , N -диметилакриламид. Кроме того, привитые сополимеры с лигниновой или лигнитной основной цепью и AMPS, акрилонитрил и N , N -диметилакриламид в качестве привитых фрагментов использовали в качестве добавок для контроля водоотдачи.

Недавно разработанная разновидность представляет собой привитой сополимер с основной цепью мономеров, аналогичных солям гуминовой кислоты, как упоминалось ранее. К ним относятся, в частности, AMPS и AAm, акриловая кислота, винилфосфоновая кислота, хлорид диаллилдиметиламмония и соответствующие соли [194].

Гильсонит активен как добавка, снижающая водоотдачу, поскольку проницаемость цемента снижается. Латексные добавки также действуют как добавки, снижающие водоотдачу. Они также действуют как вспомогательные средства склеивания, препятствуют миграции газа и усиливают матрицу.

Они улучшают эластичность цемента и устойчивость к коррозионным жидкостям [195]. Стирол-бутадиеновый латекс в сочетании с неионными и анионными поверхностно-активными веществами показывает меньшую потерю жидкости. Стирол-бутадиеновый латекс добавляют в количестве до 30% от сухого цемента. Соотношение стирола и бутадиена в латексе обычно составляет 2: 1. Кроме того, неионогенное поверхностно-активное вещество, этоксилат октилфенола и поли (этиленоксид) или анионное поверхностно-активное вещество, сополимер МА и 2-гидроксипропилакрилат [149] могут быть добавлены в количествах до 2%.

Органические добавки для снижения водоотдачи

Может быть трудно приготовить концентрат на водной основе для снижения водоотдачи из некоторых набухающих в воде полимеров, потому что полимер может образовывать «рыбий глаз» в водной жидкости [196]. Рыбий глаз обычно возникает в процессе смешивания набухающего в воде полимера с водной жидкостью. Рыбий глаз — это шарики из негидратированного полимера, окруженные гелеобразным покрытием из гидратированного полимера. «Рыбий глаз» предотвращает попадание воды внутрь «рыбьего глаза» и содержащегося в нем негидратированного полимера.Сформированный рыбий глаз может быть трудным для разрушения. Жидкий концентрат, содержащий «рыбий глаз», не является однородной системой. Однако желательно иметь однородный жидкий концентрат.

Чтобы избежать проблемы образования «рыбьего глаза», можно использовать суспензию на масляной основе, содержащую набухающий в воде полимер. Однако суспензия на масляной основе, содержащая набухающий в воде полимер, может иметь плохую стабильность. Набухающий в воде полимер в концентрате на масляной основе также может прилипать к стенке контейнера, что может вызвать затруднения при разливе.Нестабильность относится к суспензии, в которой равномерно диспергированные нерастворенные твердые частицы оседают из жидкой непрерывной фазы с течением времени. Напротив, стабильная суспензия может оставаться гомогенной в течение от нескольких дней до нескольких месяцев [196].

Другая проблема с использованием суспензии на масляной основе заключается в том, что углеводородная жидкость может быть биоразлагаемой или биосовместимой. Более того, для суспензии на масляной основе углеводородная жидкость не смешивается с цементной композицией на водной основе.В результате для эмульгирования масла в цементной композиции требуются поверхностно-активные вещества и другие химические вещества, что приводит к еще более сложной системе.

Было обнаружено, что композиция для обработки скважин может быть изготовлена ​​в виде жидкого концентрата, содержащего [196]:

1.

водорастворимую органическую жидкость;

2.

высокомолекулярный, набухающий в воде полимер в качестве добавки для снижения водоотдачи;

3.

органофильный суспендирующий агент для глины.

Некоторые из преимуществ композиции для обработки скважин заключаются в том, что композиция более гомогенная, более стабильная, менее вязкая, легче разливается, растворяется в воде и имеет более высокую активность по сравнению с некоторыми маслами и водой. на основе концентратов [196].

В качестве органического жидкого полиэтиленгликоля и в качестве добавки для снижения водоотдачи используется статистический сополимер на основе AMPS, набухающий в воде. Суспендирующий агент представляет собой органофильную глину [196]. Органофильная глина — это глина, обладающая катионообменной способностью, которая покрыта четвертичным амином жирной кислоты, который связывается с органической жидкостью.Примером такой глины является органофильный аттапульгит. Коммерчески доступным примером органофильной глины является Suspentone®, продаваемый Halliburton.

Повышение надежности испытаний времени схватывания цемента за счет учета влияния сдвига | SPE Drilling & Completion

Сводка

Во время лабораторных испытаний APT на время загустевания цементного раствора, температура и давление моделируются в соответствии с скважинными условиями. Однако скорость сдвига, применяемая к суспензии в тесте API, обычно значительно отличается от скорости сдвига в реальных полевых цементациях.Это приводит к неточному прогнозированию времени схватывания суспензии. Время схватывания цемента следует определять в лабораторных испытаниях в реальных условиях температуры, давления и сдвига. давление и сдвиг.

Введение

Важным параметром, характеризующим поведение цементного раствора в скважинных условиях, является время загустевания по API. Он измеряется консистометром для высоких температур и высокого давления (HTHP), в котором крутящий момент прикладывается к подпружиненной лопасти цементным раствором во вращающейся чашке для жидкого раствора со скоростью 150 об / мин.Крутящий момент интерпретируется с точки зрения консистенции цементного раствора, которая увеличивается по мере схватывания цемента. В частности, время загустения по API — это время, которое проходит до достижения заданного значения консистенции (100 единиц Бердена, B). Koninklijke / Shell E and P Laboratorium (KSEPL) утверждает, что цементный раствор не следует перекачивать после того, как он начинает загустевать. Реологические свойства цементного раствора необходимо перекачивать после того, как он начнет загустевать. Реология цементного раствора должна быть оптимизирована для вытеснения бурового раствора, и этого нельзя сделать, если суспензия загустеет во время вытеснения. Более того, суспензия, загустевшая до более чем 30-40 B, вряд ли будет перекачиваться без создания перепадов давления на трение, которые приводят к к разрыву пласта.Поэтому KSEPL определяет «время прокачиваемости» цемента как время, необходимое цементному раствору для начала загустения. В это время температура цементного раствора также повысится из-за начала экзотермических реакций гидратации цемента. Основным недостатком теста на время загустевания APT является то, что определение консистенции суспензии фактически изменяет свойства цемента, потому что суспензия во время теста сильно сдвигается. Предыдущие исследования показали, что консистометр API применяет непрерывную скорость сдвига около 800 секунд к цементному раствору, при этом скорость сдвига цементного раствора при закачке в скважину может быть на два порядка меньше, как в таблице 1.Полевой пример иллюстрирует важность точного воспроизведения (в лабораторных испытаниях времени загустевания) величины сдвига, приложенного к цементному раствору во время перемешивания на буровой. Недавно цементный раствор, содержащий высокотемпературный замедлитель схватывания, преждевременно затвердел внутри 17,78-сантиметрового хвостовика. Предварительные испытания этой рецептуры цемента показали загущение по API. Предварительные испытания этой рецептуры цемента показали, что время загустевания по API составляет более 9 часов. Однако во время фактических цементных работ суспензия была разрезана на 1.5 часов в резервуаре для замеса порционной смеси на поверхности перед перекачкой. Впоследствии испытания показали, что эта обработка сократила время загустевания до менее 4 часов. Время загустевания было сокращено, и цемент схватился преждевременно, вероятно, из-за того, что общая величина сдвига, приложенная к цементному раствору во время фактических цементных работ, была больше, чем при испытании API. Однако, как было сказано ранее. обычно бывает наоборот; чрезмерный сдвиг, применяемый при испытании цементного раствора API, может привести к чрезмерно замедленной конструкции цементного раствора и вызвать длительное время ожидания цемента в полевых условиях.В конце 1970-х годов компания KSEPL разработала прибор CEMSET для испытания времени схватывания цемента методом HTHP. Благодаря своей простоте и компактной конструкции инструмент CEMSET можно использовать на буровой. Аппарат CEMSET содержит одноразовый ниппель из стальной трубы, который заполняется цементным раствором, находится под давлением и помещается в ванну с регулируемым термостатом. Время схватывания цемента определяется путем отслеживания повышения температуры, вызванного экзотермическими реакциями гидратации цемента. Известно, что цемент начинает густеть с наступлением гидратации.Как указывалось ранее, период, необходимый для достижения этой стадии цементным раствором, является периодом, необходимым для достижения этой стадии цементным раствором, поэтому называется временем прокачиваемости или «временем начальной гидратации». Время, необходимое для завершения реакций гидратации цемента (то есть, чтобы кривая температура / время достигла вершины), называется «временем окончательной гидратации» и связано с развитием прочности на сжатие. Основное различие между испытанием CEMSET и испытанием времени загустевания API заключается в том, что в испытании CEMSET не происходит сдвига цемента после его помещения в испытательную установку.Корреляция между началом повышения температуры жидкого навоза и окончанием периода бездействия недавно была подтверждена. В этой статье мы описываем влияние сдвига и давления на время прокачиваемости цементных растворов, содержащих различные концентрации обычных добавок. Используемые добавки являются стандартными продуктами сервисной компании. В таблице 2 перечислены природа каждой добавки и ее обозначения. Также обсуждаются применимость и ограничения тестов CEMSET и APT на время загустения.Конечная цель этих исследований — найти надежный способ воспроизвести во время лабораторных испытаний сдвиг, приложенный к цементному раствору, когда он смешивается и перекачивается в полевых условиях. Это приведет к точному прогнозированию прокачиваемости и времени конечной гидратации определенной прокачиваемости цемента и времени конечной гидратации определенного состава цемента, используемого в конкретной цементной работе. В этом отношении могут влиять и другие факторы. Например, период между добавлением добавок и сухого цемента в воду для смеси может определять, как различные добавки реагируют друг с другом, что может повлиять на такие важные параметры суспензии, как время схватывания, реологические свойства и водоотдача.Однако в этой статье мы не будем рассматривать такие другие потенциальные влияния. потенциальные влияния, однако, в этой статье.

Время перехода цементных растворов, определения и заблуждения, связанные с кольцевой миграцией жидкости

Время перехода цементных растворов — это термин, который использовался в нефтяной промышленности в течение многих лет. За это время термин был определен, переопределен и неправильно использовался, чтобы охватить широкий круг вопросов по цементированию. Это привело к многочисленным заблуждениям и путанице относительно того, что на самом деле означает время перехода.В течение многих лет этот термин был напрямую связан с термином «под прямым углом», который относится к скорости, с которой суспензии, подвергающиеся непрерывному сдвиговому усилию, переходят из перекачиваемого в неперекачиваемое состояние. После прекращения закачки изменяется профиль перехода цемента из жидкости в гель и в затвердевший цемент. Эти изменения могут напрямую влиять на характеристики цементных растворов, чтобы контролировать миграцию жидкости. С появлением ультразвукового анализатора цемента (UCA) термин «переходное время» цементных растворов был пересмотрен.УЦА превратились в незаменимое оборудование. Они не только могут получить информацию о прочности на сжатие, но и устройство может также обеспечить непрерывное измерение того, как цемент схватывается в статическом состоянии. Эта информация сократила время ожидания цемента (WOC) и дает отличную картину того, как быстро цемент набирает прочность. Однако преобразователи в стандартном UCA предоставляют информацию только после того, как цемент наберет заданную прочность на сжатие. С улучшением компьютеризации и преобразователей можно изучить более чувствительную оценку развития прочности геля.Другое определение времени перехода — использование анализатора статической прочности геля (SGS) для измерения времени, с которого цемент переходит от 100 фунтов / 100 кв. Футов (48 Па) до 500 фунтов / 100 кв. Футов (240 Па). Это стало отраслевым стандартом, согласно которому, как только цементные растворы достигают SGS в 500 фунтов / 100 кв. Футов (240 Па), газ или другие жидкости не могут проходить через цемент. Чем быстрее вы достигнете этого оптимального SGS, тем меньше вероятность того, что цемент будет пропускать газ. В этой статье будет дано определение времени перехода цемента и обсуждается ошибочное представление об использовании только увеличения прочности геля для контроля миграции газа.Будут показаны данные испытаний, которые показывают газонепроницаемые суспензии с длительным переходом и суспензии с коротким переходом, допускающим приток газа. В статье также будут обсуждаться преимущества цементов с коротким переходом в регулировании потоков воды под высоким давлением. Вступление Контроль кольцевой миграции газа после цементирования был предметом многих исследований и публикаций ». Сюда входят практические подходы, теоретические подходы, математическое моделирование и физическое моделирование, каждое из которых сосредоточено на одной или двух конкретных причинах миграции газа.Все эти исследования объединяет то, что все они представляют достоверные выводы и, хотя и полезны, в тот или иной момент потерпели неудачу в полевых условиях. Эти неудачи показывают, что, хотя мы многое узнали о причинах и предотвращении миграции газа, нам еще предстоит многому научиться. Однако, прежде чем мы сможем прогрессировать, мы должны убедиться, что понимаем и используем предпочтительную номенклатуру.

Дизайн цементного раствора — PetroWiki

Свойства портландцемента часто необходимо изменять, чтобы соответствовать требованиям конкретной скважины.Эти модификации достигаются путем смешивания химических соединений, обычно называемых добавками, которые эффективно изменяют химию гидратации.

Обзор добавок

Обзор наиболее распространенных цементирующих добавок приведен в Таблица 1 . [1]

  • Таблица 1 — Обзор добавок для цементирования нефтяных скважин

В таблице также указаны основные области применения и преимущества, а также цементы, с которыми они могут использоваться.Основное влияние добавок к цементу на физические свойства цемента, будь то суспензия или затвердевший раствор, представлено в , Таблица 2 . [1] Это краткий справочник, и отдельные добавки в данной категории могут в целом не соответствовать приведенным эффектам. Он также обычно определяется для отдельных добавок, свойства и эффекты которых могут быть изменены при использовании комбинаций добавок.

  • Таблица 2 — Влияние цементных добавок на физические свойства цемента

Многие химические соединения доказали свою эффективность в изменении свойств портландцементных растворов.Эти соединения, когда они используются по отдельности, будут иметь преимущественное влияние на цементный раствор, который считается полезным. Они также будут демонстрировать по крайней мере одну вторичную характеристику, которая может быть либо полезной, либо вредной для эксплуатационных свойств цементного раствора. Эффекты добавок уменьшаются или усиливаются за счет модификации добавки или использования дополнительных добавок. Для большинства скважинных требований требуется более одной добавки. Это компромиссное отношение между добавками является основой конструкции цементного раствора.

Влияние добавок

Реакция этих добавок с цементом и взаимодействие между ними химически недостаточно четко определено. Фактически известно физическое влияние этих добавок на эксплуатационные свойства суспензии. Измеряемые эксплуатационные характеристики суспензии включают:

  • Время загустения
  • Прочность на сжатие
  • Реология
  • Потери жидкости
  • Свободная жидкость
  • Устойчивость суспензии

Цемент, произведенный в соответствии с требованиями Американского института нефти (API) по глубине и температуре, можно приобрести в большинстве нефтедобывающих регионов мира.Любой правильно сделанный портландцемент (постоянный от партии к партии) можно использовать при температурах до 570 ° F. Например, цемент класса H с соответствующими добавками обычно используется на глубинах до 20 000 футов.

В дополнение к цементу, другие факторы, такие как правильная температура циркуляции забоя скважины (BHCT), должны быть приняты во внимание при проектировании цементного раствора для удовлетворения требований скважины. При составлении цементного раствора проектировщик должен учитывать не только температуру, но и другие скважинные условия, такие как проницаемость и водочувствительность пластов.

Жидкий раствор должен быть разработан для конкретного применения с хорошими свойствами, позволяющими наносить его в нормальный период времени. Идеальный цементный раствор должен:

  • Нет измеряемой свободной воды
  • Обеспечьте адекватный контроль водоотдачи
  • Содержит соответствующий замедлитель схватывания, чтобы обеспечить правильное размещение
  • Поддерживайте стабильную плотность для обеспечения гидростатического контроля.

Не добавляйте диспергаторы или замедлители схватывания в количестве, превышающем количество, указанное в условиях ствола скважины, и обеспечьте достаточный контроль водоотдачи для размещения цемента до его гелеобразования.

На дизайн суспензии влияют следующие критерии:

  • Глубина скважины
  • Качество смешанной воды
  • BHCT
  • Контроль водоотдачи
  • (определите аббревиатуру) BHST
  • Режим потока
  • Гидростатическое давление бурового раствора
  • Отстойная и бесплатная вода
  • Тип бурового раствора
  • Качество цемента
  • Плотность суспензии
  • Сухие или жидкие добавки
  • Прервано обращение
  • Развитие силы
  • Потенциал миграции газа
  • Качество испытаний цемента
  • Время откачки
  • Лаборатория и оборудование

При оценке времени работы учитывайте время перемешивания на поверхности, особенно если работа будет смешиваться партиями.Рассчитайте фактическое время работы, используя объем раствора и среднюю скорость вытеснения. Ограничьте время устранения неполадок от 1 до 1,5 часов. Чтобы рассчитать приблизительное время загустевания суспензии, добавьте к рабочему времени от 1 до 1,5 часов.

Категории добавок

Добавки, используемые для изменения свойств цементных растворов для использования при цементировании нефтяных скважин, делятся на следующие широкие категории:

Спрос на новые присадки со специальными свойствами и улучшенными характеристиками продолжает расти.Эти требования включают:

  • Диапазон плотности нанесения
  • Температурная стабильность
  • Экономика
  • Диапазон вязкости
  • Сингулярная функция
  • Многофункциональный
  • Скорость растворимости
  • Синергизм с дополнительными добавками
  • Устойчивость к изменчивости цемента

Ссылки

  1. ↑ 1.0 1.1 Smith, D.K. 2003. Цементирование. Серия монографий, SPE, Ричардсон, Техас 4, гл.2 и 3.

См. Также

Испытания конструкции цементного раствора

Цементировочные работы

PEH: Цементирование

Интересные статьи в OnePetro

Внешние ссылки

Монография SPE по цементированию

Категория

Лабораторные испытания для рассмотрения при проектировании «газонепроницаемого» цементного раствора

В статье на прошлой неделе мы обсуждали механизм миграции газа через цементный раствор. На этой неделе мы оставили три наиболее важных лабораторных теста, которые необходимо проанализировать при разработке «газонепроницаемого» цементного раствора.


В предыдущей статье на эту тему мы обсуждали механизм миграции газа через цементный раствор. Затем мы погрузились в суть дела: проектирование газонепроницаемой суспензии. Мы рассказали вам, как важно противодействовать эффекту «регресса», вызванному высокими температурами и естественной усадкой цемента. Мы также упомянули, насколько важно избегать попадания свободной воды в цементные работы, которые связаны с риском миграции газа или жидкостей.

На этой неделе мы оставили три самых важных лабораторных теста, которые необходимо рассмотреть при разработке «газонепроницаемого» цементного раствора:

  • Низкие потери жидкости
  • Быстрое проявление прочности геля и время схватывания под прямым углом.
  • Пористость / проницаемость суспензии.

Потери жидкости

В прошлом, до разработки современных устройств для лабораторных испытаний миграции газа, контроль потери жидкости был основным методом оценки газонепроницаемости в отрасли.

Потеря жидкой фазы суспензии в статических условиях (когда суспензия остается на месте в кольцевом пространстве и оседает) приводит к потере репрессии, которая дополнительно усиливается за счет перекрытия твердыми частицами, оставшимися позади.Это явление снижает возможность передачи гидростатического давления от цементного столба к горловине поры и способствует миграции газа.

Наконец, потеря жидкости может быть причиной образования пространства в цементной матрице, которое может занять газ из-за уменьшения объема. Рекомендуется стремиться к минимально возможной потере жидкости. т.е. ~ 50 мл / 30 мин.

Подробнее: Упрощенный подход к испытаниям цемента перед каждой работой [API10B2]

Время проявления прочности геля и время схватывания под прямым углом.

Как сказал нам Свейн Норманн в своей статье, «… большая проблема возникает, когда цементный раствор вступает во« переходное время »».

В 1979 году было введено понятие «переходного состояния» (Sabins et all, SPE 9285). Это промежуточный период, в течение которого цемент не ведет себя ни как жидкость, ни как твердое тело. Суспензия теряет способность передавать гидростатические свойства. Понятие переходного состояния количественно определялось переходным периодом, начинающимся с первой измеряемой прочности геля (около 21 фунта / 100 фут2), «достаточной для существенного ограничения передачи давления», и заканчивающейся, когда газ больше не мог просачиваться в гелеобразный цемент.Было показано, что прочность геля в диапазоне от 250 до 500 фунтов / 100 футов 2 была достаточной для «предотвращения просачивания».

Сегодня стандарт API RP 10B-6 (ISO 10426-6: 2008) устанавливает методологию испытаний для измерения развития статической прочности геля. Суспензия должна развить прочность геля от 100 до 500 фунтов силы / 100 фут2 за 45 минут. Первая прочность геля — это точка, при которой суспензия теряет всю способность передавать давление. Второй — это то же самое значение с 1979 года, при котором доказано, что суспензия блокирует миграцию газа, несмотря на то, что она еще не затвердела.Этот тест необходимо измерять в сочетании с потерей жидкости (которая должна составлять 50 куб. См за 30 минут или меньше).

Растворы для цементирования, связанные с риском миграции газа, обычно демонстрируют так называемый профиль «установки под прямым углом» во время испытаний на время загустевания. Это связано с быстрым развитием статической прочности геля. Эти суспензии изменяются от 30 Bc до 100 Bc за несколько минут (обычно от 5 до 10 минут) и остаются плоскими ниже 20-30 Bc на протяжении всего теста, пока не начнется схватывание.

Как мы измеряем развитие статической прочности геля?

Исторически SGS цементного раствора определялась методом с использованием ротационного вискозиметра типа Куэтта. Сегодня были разработаны более специализированные инструменты, которые позволяют проводить измерения в условиях высокой температуры и давления.

API-10B6 был разработан для установления протоколов испытаний для определения SGS с помощью различных механизмов, включая устройство вращающегося типа, устройство прерывистого вращения и устройство ультразвукового типа (удалено в последней версии API из-за исключительности патентов).

  1. Метод испытания с использованием устройства для статической прочности геля вращающегося типа.
    Устройство содержит напорную камеру, которая может быть нагрета и подвергнута повышенному давлению в соответствии с смоделированным графиком цементных работ. SGS рассчитывается на основе крутящего момента, необходимого для вращения лопасти известной геометрии на очень низкой скорости. Скорость вращения лопасти во время измерения SGS обычно составляет 0,2 об / мин. Первоначальное перемешивание для имитации размещения в скважине обычно проводится при 150 об / мин.
  2. Метод испытания с использованием аппарата для статической прочности геля с прерывистым вращением
    Этот прибор работает по тем же принципам / методам, что и предыдущий, с той лишь разницей, что он работает периодически во время фазы испытания SGS при 0,01 об / мин в течение 6 секунд после временной интервал регулируется от 1 до 10 мин. Обычно используется прерывистое вращение каждые 3 мин.
  3. Метод испытания с использованием ультразвукового прибора для определения статической прочности геля
    Прибор измеряет статическую прочность геля для цемента API в условиях высокой температуры и высокого давления.Прибор оснащен внутренней процессорной платой, которая отправляет и принимает ультразвуковой импульс через суспензию, а затем выполняет постобработку данных для определения зависимости статической прочности геля (SGS) от времени. Кроме того, в качестве опции прибор можно использовать для определения прочности цемента на сжатие с использованием тех же алгоритмов и методов, которые используются в обычном ультразвуковом анализаторе цемента (UCA). Эта методология тестирования была включена в исходную версию API10B6, но позже была удалена, поскольку она защищена патентом и является эксклюзивной для Chandler Ametek.Устройство известно как анализатор статической прочности геля (SGSA).

Пористость / проницаемость гелеобразного цемента.

В 1963 году Гайворонси и Фарукшин измерили проницаемость цементной матрицы в период снижения гидростатического давления (переходное время) и достигли 300 мД. В своей статье они были первыми, кто представил концепцию просачивания газа через пористую структуру очень проницаемого гелеобразного или затвердевшего цемента. Как правило, чем выше пористость, тем легче газ проходит через его пористую структуру.

Для тех суспензионных систем, которые больше полагаются на снижение пористости для блокирования потока газа (например, системы из микрокремнезема), чем на создание гелевых структур, требуются дополнительные испытания для обеспечения газонепроницаемости. В этих системах кажется, что мелкие частицы скапливаются между более крупными частицами цемента и создают физическую блокировку, которая может помешать газу мобилизовать поровую воду.

Для этих систем, вне зависимости от образования геля, более актуальны тесты, оценивающие устойчивость к миграции газа в лаборатории.Эти испытания предлагают «замкнутую систему, в которой газообразный азот вводится на дно цементного раствора во время его гидратации. Восприимчивость цемента к миграции газа определяется тем, передается ли давление закачки газообразного азота вверх через столб цемента на противоположную (верхнюю) сторону образца, где измеряется поровое давление. Если миграции газа не происходит, поровое давление будет продолжать падать (из-за усадки и потери сообщения жидкости через образец) ».

Два наиболее популярных устройства на рынке — это «Анализатор гидратации цемента» (CHA) и «Анализатор миграции жидкости» (FMA). Первый, возможно, наиболее широко используемый, способен выдерживать температуру 325 ° F и ΔP в 1000 фунтов на квадратный дюйм. Второе, более новое изобретение, способно выдерживать температуру 400 ° F и ΔP в 2000 фунтов на квадратный дюйм. Сама испытательная ячейка FMA аналогична ячейке водоотдачи API HTHP. Фильтрат цементного раствора может собираться снизу и сверху ячейки через фильтры или керн горной породы.Испытательную ячейку можно поворачивать для имитации фактических углов ствола скважины

Эти тесты могут быть доступны не в вашей местной лаборатории, а в региональной лаборатории поддержки клиентов. В любом случае очень важно использовать репрезентативные образцы цемента, воды и добавок для результатов испытаний, чтобы действительно подтвердить газонепроницаемость раствора, который вы собираетесь закачивать в скважину.

Что, если мы используем смолы перед тем же газовым резервуаром?

Поскольку механизмы газового потока будут такими же, основное внимание также следует уделять надлежащему удалению бурового раствора, предотвращению / смягчению механических напряжений и проектированию «газонепроницаемой» суспензионной системы, как и в случае с цементом.

В отношении удаления грязи применяются те же соображения, которые мы рассмотрели в первой части этой статьи; уважайте вязкость и плотность ваших жидкостей и поддерживайте иерархию.

Воздействие краткосрочных и долгосрочных механических напряжений намного менее значимо для смол, чем для цемента, поскольку смолы гораздо более гибкие и способны выдерживать значительно более жесткие условия. Фактически, смола будет одной из тех альтернативных технологий при поиске «гибкого цемента», который мы обсудим в другой статье.

Что касается проектирования «газонепроницаемой» суспензии смолы, несколько вещей будут отличаться и иметь преимущества, если вы выберете смолу вместо цемента:

Смола не подвержена «эффекту ретрогрессии» при температуре выше 110 ° C. Даже если он также будет иметь усадку, она будет меньше, чем для цемента, а добавление наполнителей (утяжелителей, инертных агентов) значительно снижает эффект. Создание микрокольцевиков из-за усадки не является проблемой, несмотря на отсутствие искусственного расширения.

Смолы

не потеряют ни воды, ни жидкости.Следовательно, механизмы миграции, связанные с этими свойствами, не вызывают беспокойства. Точно так же в смолах нет определенного времени перехода к гелеобразованию, поэтому тестирование на увеличение прочности геля не имеет значения.

Подробнее: Процесс отверждения смолы

Если у вас есть система и вы хотите убедиться, что она блокирует миграцию газа, просто запустите тест на миграцию суспензионного газа, и сделайте это!

Примечание. Лабораторные приборы, которые измеряют развитие прочности гелей в зависимости от акустического импеданса, еще не имеют математического алгоритма для смол.

Подробнее: Эффективные альтернативы цементу в нефтяных и газовых скважинах

Благодарность

Информация о лабораторном оборудовании

, содержащаяся в этой статье, стала возможной благодаря сотрудничеству Энтони Стоунхауса, менеджера по продажам и маркетингу компании AMETEX Oil & Gas — Chandler Engineering Middle East.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

% PDF-1.4 % 80 0 объект > эндобдж xref 80 74 0000000016 00000 н. 0000001828 00000 н. 0000002621 00000 н. 0000002834 00000 н. 0000003132 00000 н. 0000003344 00000 п. 0000003780 00000 н. 0000004590 00000 н. 0000005184 00000 п. 0000005206 00000 н. 0000006355 00000 п. 0000006377 00000 н. 0000007515 00000 н. 0000007768 00000 н. 0000007975 00000 п. 0000008409 00000 н. 0000008644 00000 н. 0000008815 00000 н. 0000008885 00000 н. 0000009279 00000 н. 0000009668 00000 н. 0000010215 00000 п. 0000010327 00000 п. 0000011669 00000 п. 0000012289 00000 п. 0000012312 00000 п. 0000013456 00000 п. 0000013808 00000 п. 0000014101 00000 п. 0000014848 00000 п. 0000016035 00000 п. 0000016188 00000 п. 0000016210 00000 п. 0000017243 00000 п. 0000017266 00000 п. 0000018363 00000 п. 0000018684 00000 п. 0000019255 00000 п. 0000023332 00000 п. 0000023539 00000 п. 0000023930 00000 п. 0000023971 00000 п. 0000023994 00000 п. 0000025121 00000 п. 0000025293 00000 п. 0000025848 00000 н. 0000026238 00000 п. 0000026789 00000 п. 0000027453 00000 п. 0000027892 00000 п. 0000028225 00000 п. 0000028534 00000 п. 0000028791 00000 п. 0000028872 00000 п. 0000029082 00000 п. 0000029853 00000 п. 0000030354 00000 п. 0000030567 00000 п. 0000030634 00000 п. 0000030656 00000 п. 0000031694 00000 п. 0000031717 00000 п. 0000032880 00000 п. 0000037103 00000 п. 0000039781 00000 п. 0000039860 00000 п. 0000047275 00000 п. 0000047353 00000 п. 0000052961 00000 п.