Лекції_ХІМІЯ - Стор 9
Метод заснований на вимірі показання кута повороту циліндра віскозиметра при різних швидкостях обертання, зі збільшенням швидкості УВ , а потім, назад, при зниженні швидкості УМ . Після зняття показань на різних швидкостях визначають статичну напругу зсуву (СНР) при 3 об/хв після 10 с і 10 хв стану спокою
Ротаційний віскозиметр має три константи:
k 1 - торсійна константа на одиницю відхилення, що залежить від жорсткості пружини
k 2 - константа напруги зсуву для ефективної площі всередині циліндра [см -3]
k 3 - константа швидкості зсуву [сек -1 /об/хв]
Використовуючи ці константи і показання, що знімаються з приладу, можна розрахувати ряд реологічних параметрів досліджуваного розчину:
Швидкість зсуву [сек -1 ] γ=k 3 n Напруга зсуву [Па] τ= k 1 k 2 θ В'язкість [Па*сек] η=
Для кожної швидкості можна вирахувати відношення кутів закручування.
то розчин вважається таким, що не осаджується, властивості не залежать від часу при середній температурі тесту;
то розчин вважається схильним до осадження;
, то розчин вважається схильним до гелеутворення;
Для розрахунку в польових умовах застосовують такі формули:
В'язкість [сПз], що здається Пластична в'язкість [сПз] η пл = θ 600 - θ 300
Приблизне значення динамічної напруги зсуву [Па]
τ 0 =0,479(θ 300 - η пл)
Точне значення динамічної напруги зсуву [Па] 0 =0,51(
Де θ 300 і θ 600 - показання віскозиметра при 300 і 600 об/хв відповідно
Розтікання цементного розчину
Протягом часу, поки цементний розчин закачують у заданий інтервал свердловини, він повинен бути легкорухомим. Розтіканість
-це умовна міра рухливості або прокачування свіжоприготовленого розчину. Її вимірюють за ГОСТ 26798.1-96 за допомогою приладу, який називається КР-1 (конус АзНІІ).
Цементний розчин наливають у конус врівень із верхнім торцем. Потім конус без зволікання плавно піднімають нагору. Розчин розтікається по склу, що покриває шкалу. Середній діаметр кола розпливу цементного розчину характеризує розтікання розчину.
Цементний розчин вважають досить рухливим, якщо його розтікання дорівнює не менше 18 см. Розтікання залежить від тонкості помелу цементу. Збільшити її можна підвищенням водоцементного відношення або введенням в розчин реагенту-знижувача в'язкості (пластифікатора).
Консистенція та терміни загусання цементного розчину
Через деякий час після замішування та механічного перемішування починає проявлятися здатність цементних розчинів до структуроутворення, яке виражається послідовно в загусанні та схоплюванні розчинів. Час загусання повинен бути трохи більше часу, необхідного для приготування, закачування та продавлювання тампонажного розчину в порожнину, що тампонується.
Визначення термінів загусання та часу схоплювання цементного розчину засноване на методі вимірювання консистенції при створенні умов,
наближених до умов усередині свердловини за допомогою консистометра високого тиску моделі CHANDLER 7222. Діапазон змін тиску
- Від атмосферного до 154 МПа, діапазон зміни температур - від 0 до 205°С. Консистометр високого тиску CHANDLER 7222 має вбудований графобудівник, який малює криві зміни тиску, температури, консистенції.
Терміни схоплювання цементного розчину – час тесту між моментом запуску температури та тиску на консистометрі.високого тиску та моментом, при якому консистенція розчину досягає 100 В с .
Терміни загусання цементного розчину - Час тесту між моментом запуску температури та тиску на консистометрі високого тиску та моментом, при якому розчин виявляється не прокачуваним. За специфікацією 10А АНІ цей час відповідає значенню консистенції, що дорівнює 70 В с , а за ГОСТ 26798.1-96 цей час відповідає значенню консистенції 30 УЕК.
Примітка: 1Вс=1УЕК=0,1 Па*с=1cPs.
Терміни схоплювання цементного розчину
При проведенні цементувальних робіт необхідно знати термін, протягом якого цементний розчин в умовах даної свердловини зберігає рухливість (прокачування), а також термін, необхідний перетворення розчину в камінь. Ці терміни називають відповідно початком і кінцем схоплювання і визначають за допомогою приладу Віка шляхом періодичного вимірювання глибини занурення в зразок розчину, що твердіє, голки стандартного розміру під дією постійного навантаження. Проміжок часу від моменту замішування до моменту, коли голка при зануренні в зразок не доходить до дна кільця з розчином на 1-2 мм, називають терміном початку схоплювання. Проміжок часу від моменту замішування до моменту, коли голка занурюється в розчин не більше ніж на 1
мм, називають терміном кінця схоплювання.
Прилад Віка ОГП-1 призначений визначення термінів схоплювання цементного розчину при атмосферному тиску.
Для визначення термінів схоплювання при температурах до 250°З тисках до 100 МПа призначена установка УС-1М. Також для різних термобаричних умов використовують ультразвуковий аналізатор міцності цементного каменю CHANDLER 4262.
Водоутримувальні властивості Седиментаційна стійкість цементного розчину
Під седиментаційною стійкістю мають на увазі здатність частинок тампонажного розчину утримуватися в рідині замішування у зваженому стані під дією сил тяжіння. Розчин не володіє задовільною седиментаційною стійкістю, здатний у спокої розшаровуватися на тверду та рідку фази, у ньому можуть утворюватися канали та тріщини у різному напрямку.
Седиментаційну стійкість цементного розчину оцінюють за:
Коефіцієнт водовідділення цементного розчину
Седиментація цементного розчину
Водовідділення цементного розчину
У складі цементного розчину завжди присутні дисперсійне середовище та дисперсна фаза. Як дисперсну фазу виступає цементний порошок і добавки, нерозчинні в дисперсійному середовищі. Дисперсійним середовищем є рідина замішування. При замішуванні цементного розчину приблизно третина рідини замішування йде на реакцію з компонентами цементного порошку. Решта у вигляді вільної води дозволяє розчину мати ту чи іншу рухливість.
Згодом ця вільна вода може виділятися з розчину, і можливе його розшарування на пачки цементу і води, утворення каналів, якими піднімається вгору рідина замішування. У реальних умовах свердловини це означає, що по цих каналах та розшарування в процесі
подальшої експлуатації може надходити пластовий флюїд. Таким
Таким чином, міцного надійного зчеплення та герметизації в заколонному просторі свердловини ми не отримаємо.
Цей процес, що проходить у статичних умовах, названий
водовідділенням, його характеризує коефіцієнт водовідділення
цементного розчину (n%).
Методи вимірювання коефіцієнта водовідділення засновані на вимірюванні кількості (Vв) води, що виділилася зцементного розчину через дві години спокою. Вимірювання проводять за допомогою 500 мл конічної колби (відповідно до специфікації 10А АНІ) або 250 мл мірного циліндра (відповідно до ГОСТ 26798.1-96)
Коефіцієнт водовідділення (n %) для цементного розчину при будь-якому способі тестування
де Vв - обсяг рідини, що виділилася, мл
Vцр - об'єм випробуваного цементного розчину, мл
Щоб у заколонному просторі створювався міцний та надійний камінь, і була б забезпечена герметичність кріплення, цементний розчин повинен виділяти не більше 2% води від загального обсягу розчину. Таку вимогу пред'являють на цементний розчин всі застосовувані у світі стандарти та специфікації з технічних умов та методів випробувань цементних розчинів.
Для зниження кількості води, що виділяється в розчин вводять спеціальні добавки, що зв'язують воду.
Седиментація цементного розчину
Для якісної оцінки седиментаційної стійкості використовуються два циліндри 250 мл, встановлені один вертикально, інший під кутом 10-15 C. Якщо цементний розчин седиментаційно нестійкий, у ньому утворюються канали, тріщини або пояси, заповнені дисперсійним середовищем, причому по каналах дисперсійне середовище поки що ні
завершиться процес седиментації Результатами спостережень є запис характеру зміни структур протягом часу, а також відмінності у характері зміни структури стовпів розчинів у вертикальному та похилому циліндрах.
Водовіддача цементного розчину
Вода, що виділилася з цементного розчину в пласт, що проникається, називається фільтратом цементного розчину. В результаті виділення фільтрату змінюються всі важливі властивості цементного розчину, скорочується термін загусання, підвищується в'язкість, зменшується вихідрозчину. Якщо виділення фільтрату відбувається у зоні продуктивного пласта, можливе погіршення колекторських властивостей пласта. Добавки, що контролюють водовіддачу, у більшості випадків запобігають виділенню великої кількості фільтрату з розчину.
У цементних розчинах з високою водовіддачею можуть виникати водо- та/або газоперетікання, миттєве схоплювання в результаті дегідратації, або підвищення в'язкості розчину. Останнє неминуче веде до підвищення тиску прокачування і можливе внаслідок втрати циркуляції.
Фахівці в галузі цементування свердловин пропонують такі норми для кількісної оцінки водовіддачі при різних операціях з цементування.
Таблиця 2 - Норми для кількісної оцінки водовіддачі