Плотность цементного раствора: плотность цемента по ГОСТу, как сделать и как приготовить смеси М150 и М100, продукция популярных марок

м500, м400, м300, пример расчета кг/м3

Такая характеристика, как плотность цемента имеет прикладное значение и является информативным показателем качества вяжущего компонента, а также прочности и надежности возводимой конструкции. Данный строительный материал состоит из частиц вещества, пространство между которыми заполнено воздухом. При этом количество последнего может быть неодинаковым. Существуют два параметра плотности: насыпная и истинная.

Факторы, влияющие на плотность

Насыпная плотность, в отличие от истинной – величина переменная и находится в пределах от 1100 до 1600 кг/м3. Вариативность этого показателя зависит от:

• марки. Например, плотность М500 будет выше, чем у цемента М400;
• используемой технологии производства – частицы вещества могут иметь разную фракцию, что влияет на размер воздушного пространства между ними;
• химического состава – плотность М400 будет иной, в сравнении с глиноземными, гидрофобными, пластифицированными;
• условий хранения – цемент в силосе полностью сохраняет свои параметры;
• степени «свежести» – только что произведенный продукт, за счет накопленного статического заряда, имеет больше пустот между гранулами. Следовательно, плотность свежего цемента всегда будет меньше по сравнению со слежавшимся.

Предлагаем ознакомиться с особенностями цементных смесей М500 в этой статье.

Для вычислений используется усредненная насыпная плотность, которая составляет 1300 кг/м3. Но иногда при выполнении строительных работ важно определить точное количество наполнителя в бетонной смеси. Для этого применяется истинная плотность цемента кг/м3. Данный параметр – постоянный для конкретной марки, соответственно, удельный вес у ПЦ-400 и ПЦ-500 будет разным.

Именно насыпная, а не истинная плотность цемента влияет на прочностные характеристики бетона, то есть чем она выше, тем лучше заполняться все пустоты, пористость изделия будет меньше.

Максимальные показатели удельного веса – у портландцементов, так как они не содержат никаких добавок. Пониженные – у шлакопортландцемента и составляет порядка 2900 кг на м3. Этот материал экономичнее, так как позволяет при равном с другими типами цементов расходе изготовить бетонные изделия большего размера. Но в тех случаях, когда на первое место выходят требования по прочности, необходимо используется продукт классом не ниже ПЦ-500 или ПЦ-400.

В таблице представлены сравнительные характеристики портландцемента и других видов с меньшим удельным весом:

Как рассчитать плотность

Насыпная определяется как усредненная величина. Хотя, если сравнивать свежий и рыхлый материал с уже слежавшимся аналогом, то показатели будут разные: для первого варианта это – 1100-1200 кг/м3, для второго – 1500-1600. В промышленности для определения истинной плотности цемента применяется так называемый прибор Ле-Шателье.

Но в тех случаях, когда необходимо использовать точное значение величины, можно самостоятельно правильно рассчитать насыпную плотность. Для этого потребуется мерный цилиндр объемом 1 л, небольшая воронка и весы: цемент засыпается в емкость, а потом взвешивается. При этом содержимое нельзя встряхивать и разравнивать, а тем более утрамбовывать.

В результате данного опыта будут получены следующие значения:

• отдельно масса сосуда – это М1;
• общая масса цилиндра и материала – М2;
• объем сосуда – V.

А далее, чтобы вычислить насыпную плотность (РН) используется формула

РН=(М2-М1)/V.

Если проверке подвергается свежий продукт марки М500, то его удельный вес не превысит 1200 кг м3, но после уплотнения показатели будут более высокими.

Когда для выполнения строительных работ приобретается свежий цемент в мешках, то производить такие расчеты нет особой необходимости, так как актуальным будет значение равное 1300 кг/м3. Но если существуют сомнения, то использование данного способа для расчета плотности поможет избежать ошибок при строительстве и быть уверенным в прочности конструкции.

Тяжелый кладочный раствор

Строительство не стоит на месте. С каждым годом на рынке появляются все новые виды легких и тяжелых кладочных растворов. Благодаря им стало намного легче воплотить в жизнь самые сложные задачи. Тяжелый раствор тому подтверждение. Такая кладка не только качественна, практична, но и дает возможность конструкции на протяжении многих лет выполнять свои задачи должным образом.

Особенность тяжелых кладочных составов
Этот вид смесей имеет ряд значительных преимуществ. Средняя плотность, в отличие от легкого с низким показателем этого параметра, составляет более 1500 килограмм на один метр кубичесй. Производится такой материал на основе вяжущего компонента -кварцевого песка с добавкой цемента. На строительном рынке существует несколько видов тяжелых растворов. Все они применяются в спец. строительстве.

Марки смесей:

• М100-150. Необходим для подготовительных этапов перед основной заливкой цементного фундамента. Также его применяют для строительства дорог, пешеходных переходов, садовых дорожек из камня, облицовочных работ и при установке уличных бордюров;
• М200-250. Такими бетонными смесями с большой плотностью заливаются специальные площадки. Также их можно использовать для создания разных видов фундамента. Средняя плотность кладочной смеси М250 позволяет изготавливать лестницы, подпорные стены и наружные перекрытия;
• М300. Применяется для кладки монолитных фундаментов и возведения стен из кирпича;
• М350. Используется такой вид цементного раствора для создания фундаментов из плит при возведении большого количества блоков многоэтажных домов.
  Также с его помощью делают дорожные плиты для аэропортов, бассейны и несущие колоны большого размера;
• М400-450. Обладает высокими показателями средней плотности и прочности. Применяется для возведения дамб, плотин, банковских хранилищ и во время строительства метро;
• М500-550. В данном виде имеется большое содержание цемента. Благодаря этому он имеет каменную прочность. Средняя плотность кладочного раствора М500-550 значительно выше предшествующих марок. Его применение уместно при изготовлении железобетонных конструкций разной сложности.

Все тяжелые виды цементных смесей изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТа. Это должен указать на упаковке каждый производитель. В строительстве особой популярностью пользуется сухой кладочный тяжелый цементный раствор марок 200, 300 и 350.

Характеристика тяжелого раствора
Тяжелый кладочный раствор обладает массой особенностей. Главное преимущество, приготовленного вещества с высокой плотностью в том, что оно вне зависимости от толщины слоя (мм), легко переносит резкое и частое колебание температуры,  медленно застывает, в отличие от гипсовых смесей. Кладки такого типа не разрушаются в случае давления замершей воды на стенки пор, в отличие от известковых составов и смесей с глиной, которые менее пригодны к подобным условиям.

Особенные свойства раствора:

• Подвижность. Этот параметр особенно следует учитывать при приготовлении смесей с большой плотностью, та как он указывает на способность бетона растекаться под собственным весом. Тяжелые составы, в отличие от легких, относятся к жестким смесям, которые не дают усадки;
• Морозостойкость. Готовый заполнитель большой плотности обладает повышенной морозостойкости;
• Водонепроницаемость. Плотность раствора кладки не позволяет проникать влажности.

Благодаря растворам с большой плотностью намного легче решить сложные вопросы строительства и штукатурных работ разного уровня. Особенность приготовления сырья, компоненты, которые он содержит, и его качество, в отличие от состава в который входит известь, делает конструкцию прочной и надежной.

Удельный и объемный вес цемента разных марок: определение, в чем разница

При расчете количества закупаемых компонентов для строительных растворов и подборе их пропорций важно отслеживать, сколько весит куб цемента. В случае вяжущего этот показатель отражает насыпная плотность, которая в свою очередь сильно зависит от доли вовлекаемого воздуха, разница между слежавшимся и свежим материалом достигает 400 кг на кубометр. У разных видов и марок эта характеристика отличается, во избежание ошибок ее стоит уточнить на момент приобретения (соответствующая информация указывается на фасовке вяжущего или в прилагаемом сертификате).

Понятие объемного веса

Он показывает отношение массы цемента к занимаемому им объему и меняется исходя из степени плотности и слеживания материала. Его минимальное значение наблюдается у свежепомолотого клинкера или у продутого после выгрузки из силоса вяжущего, максимальное – у спрессованных при транспортировке в цистерне или мешке марок. Это объясняется действием электростатических разрядов при расколе и трении отдельных зерен в процессе изготовления и их влиянием на количество вовлекаемого воздуха, а вместе с ним – на объемную массу. Вибрации при транспортировке или длительное хранение упаковок в условиях сырости повышают насыпную плотность цемента. Это сказывается на правильности пропорций замеса строительных смесей, в ряде случаев ПЦ рекомендуют просеять перед вводом с целью доведения веса в кубе до нормы – 1300 кг.

Физически этот параметр также зависит от истинной плотности клинкера и степени его измельчения. На практике это означает, что при равной доле вовлеченного воздуха в 1 кубометре вес цемента определяется составом сырьевого теста (в частности – количеством кремнеземов), способом его спекания и сушки и другими особенностями изготовления. Марки с пониженной плотностью в итоге имеют меньшую себестоимость, смеси на их основе характеризуются высокой пластичностью и большим объемом выхода раствора.

Нормативные массовые и объемные пропорции актуальны при весе 1 кубометра вяжущего в пределах 1300 кг. Именно к нему стремятся производители качественного порошка в мешках, соответствующее значение насыпной плотности указывается на упаковке. В итоге в пакете 50 кг находится около 38 л вяжущего. Эта величина принимается в качестве средней и учитывается при подборе остальных компонентов. Объем и вес куба цемента в биг-бегах имеет аналогичное соотношение.

Соответствие заявленной массы и насыпной плотности фактическим во многом зависит от способа фасовки. Заводы, засыпающие ПЦ сразу после помола или продувки после силоса, используют одни методы контроля объемного веса, перекупщики и изготовители сухих строительных составов – другие. Длительное хранение вяжущего в насыпном состоянии или его перемещение отрицательно влияют на качество, вероятность отклонения массы или объема возрастает.

Таблица удельного веса разных марок

Объемный вес напрямую зависит от вида наполнителя и пропорций компонентов. Сами по себе зерна вяжущего оказывают минимальное влияние на занимаемый составами объем, превышение дозировки приведет только к возрастанию массы. При весе цемента в пределах 1200-1300 кг/м3 средний показатель для легких смесей – 1400, классической ЦПС – 1700, облегченных пескобетонов – 1550.

Технология крепления скважин одной порцией тампонажного раствора

В настоящее время цементирование большинства обсадных колонн на нефтяных и газовых месторождениях выполняется с использованием двух составов тампонажных растворов: облегченного тампонажного раствора (далее ОТР) плотностью 1400 — 1500 кг/м³ и  тампонажного раствора (далее ТР) нормальной плотности — 1850 — 2000 кг/м³.

 К основным общим недостаткам такой технологии цементирования следует отнести:

• большую дифференциацию физико-механических характеристик камня тампонажных растворов различных составов и, соответственно, различия в степени изоляции по интервалам размещения;
• вероятность образования больших зон смешивания тампонажных растворов, ввиду достаточно большой разницы плотностей тампонажных растворов, и ухудшение изоляции затрубного пространства в интервале размещения зоны смешивания;
• недостаточно высокую скорость формирования камня облегченного тампонажного раствора с необходимыми прочностными характеристиками в интервале ММП, что требует устанавливать время ОЗЦ не менее 48 ч.    

С целью устранения указанных недостатков и повышения качества крепления обсадных колонн, предлагается использование другой технологии одноступенчатого цементирования, заключающейся в размещении по всей длине затрубного пространства тампонажного раствора одной промежуточной плотности 1700 кг/м³, на основе специальной цементной смеси ГранЦЕМ-7. Преимуществами данной схемы цементирования является следующее:

• тампонажный раствор на основе ГранЦЕМ-7 БГ имеет плотность 1700 кг/м³, что позволяет обеспечить сохранение гидростатического давления, эквивалентного суммарному гидростатическому давлению составного столба жидкостей ОТР и ТР;
• исключается большая дифференциация свойств тампонажных растворов, находящихся на забое и на устье, что повышает качество изоляции затрубного пространства;
• обеспечивается возможность более строго и эффективно контролировать плотность и, соответственно, качество закачиваемого состава за счет упрощения схемы затворения. В этом случае готовится только один тампонажный раствор с плотностью 1700 кг/м³ и исключается необходимость перенастройки режима работы цементировочного комплекса после приготовления облегченного тампонажного раствора для приготовления  тампонажного раствора нормальной плотности;
• сухая цементная смесь ГранЦЕМ-7 БГ является полностью готовым материалом, что исключает необходимость выполнения дополнительных работ по вводу и смешиванию облегчающих и стабилизирующих добавок;
• по прочностным характеристикам состав плотностью 1700 кг/м³ превосходит аналогичные показатели тампонажного раствора нормальной плотности и облегченного тампонажного раствора, что позволяет сократить сроки ОЗЦ до 12-24 часов;
• возможно использование сухой тампонажной смеси ГранЦЕМ-7 для крепления направлений, кондукторов, промежуточных и эксплуатационных колонн;
• с целью предотвращения газопроявлений в период ОЗЦ, ГранЦЕМ-7 имеет в составе газоблокирующие добавки, которые в сочетании с ускоряющей добавкой обеспечивают быстрый набор структуры геля.

Рисинук 1 — Сравнение базовой технологии крепления и с применением универсального цемента ГранЦем-7

Рисунок 2 — Определение возможности сокращения времени ОЗЦ цементного раствора приготовленного на основе ГранЦем-7 БГ

Состав

Цементная тампонажная смесь ГранЦЕМ-7 изготавливается из специального тампонажного портландцемента, комплексной минеральной добавки КМД-О и специальных добавок для регулирования тампонажно-технических свойств – армирующих, кольматирующих, расширяющих, пластификаторов, газоблокаторов, стабилизаторов и др.

В зависимости от вида специальных добавок (армирующих, кольматирующих, расширяющих) цементную смесь выпускают следующих марок:

ГранЦЕМ-7 –  без ввода специальных добавок;

ГранЦЕМ-7-Арм – с армирующими добавками;

ГранЦЕМ-7- К – с кольматирующими добавками;

ГранЦЕМ-7- Р – с расширяющими добавками;

ГранЦЕМ-7 БГ – с усиленными газоблокирующим характеристиками.

Промысловый опыт применения

Промышленное применение цементной тампонажной смеси ГранЦЕМ-7 осуществляется с 2011 г на месторождениях полуострова Ямал для крепления кондукторов, направлений, промежуточных колонн и хвостовиков.

Таблица 1 – Основные физико-механические характеристики тампонажного раствора и камня на основе сухих тампонажных смесей серии ГранЦЕМ-7.

Ознакомиться с презентационным материалом о тампонажном цементе ГранЦем-7

Плотность растворов для стяжки который мы изготавливаем

Цементно-песчанный раствор для стяжки полов

Плотность цементной стяжки. Масса растворов и инертных в м³ для материалов применяемые нами в устройстве полов, значения в сухом состоянии. Стандартный раствор для стяжки, облегченный с применением перлита, гранул полистирола и тяжелый наполнитель гранитный отсев.

Цементно-песчанный раствор для стяжки пола

Стандартные раствор. Плотность полусухой цементной стяжки в стандартом приготовлении раствора варьируется в диапазоне 1900-2000 кг/м³  Данный вид раствора является стандартным который мы приготавливаем и применяем в устройстве стяжки по полусухой технологии. Такой раствор состоит из инертных материалов:  Песок с удельным весом 1550-1650 кг/м³ в зависимости от фракции песка и крупности заполнителя. Цемент – связующее, плотность (среднее значение) 1500 кг/м³ с расходом 375-400 кг.   ¼ к песку. Фиброволокно – армирующая добавка – 900 гр. на м³ раствора.  Вес стяжки толщиной 1 см. при такой плотности раствора составляет 20-21 кг. на м²  Результат испытания, на данном примере плотность раствора составляет 2066 кг/м³  Посмотреть (откроется в новом окне)

Плотность цементной стяжки – 1900 кг на кубический метр

Плотность цементной стяжки с тяжелым наполнителем, гранитный отсев

Тяжелый раствор. Плотность тяжелого раствора с наполнителем гравий мелкой фракции до 16 мм. Данный вид тяжелого цементного раствора, который используем в полусухой технологии, по составу инертных идентичен основному составу раствора, за исключением тяжелого наполнителя из гравия, чаще всего применяем гранитный отсев фракции 5-10 мм. Плотность гранитного отсева варьируется от 2100 до 2400 кг/м³ Из такого раствора мы выполняем полусухую стяжку для помещений с где предполагаются большие нагрузки при эксплуатации пола и высокая прочность, пример гараж-парковка. Раствор с введением наполнителя гранитная крошка имеет плотность 2300-2400 кг/м³  Весовая доля гранитного отсева в 1м³ раствора составляет от 300-400 кг. Вес бетонной стяжки с тяжелым наполнителем толщиной 1 см. составляет 23-24 кг. на м²

Легкие типы растворов, перлит, полистирол гранулы.

Облегченный раствор. Раствор для стяжки с легким наполнителем политерма, полистирол гранулы – легкий вид раствора полистиролбетон. Данный вид наполнителя мы применяем в 2 вариантах, как отдельный наполнитель в цементный раствор для облегчения удельного веса раствора, во втором варианте как основной наполнитель со связующим цемент.

1 Вариант конструкционный. Легкий раствор для стяжки с наполнителем приготавливается плотностью не менее 600-700 кг/м³ Данный вид облегченного раствора в большинстве случаев используется на кровлях по бетонным перекрытиям без потери несущей способности под наплавляемую рулонную гидроизоляцию.

2 Вариант теплоизоляционный. Облегченный раствор полистиролбетона мы применяем в качестве альтернативы керамзиту, как легкую основу перед устройством полусухой стандартной стяжки в случаях когда пол нужно поднять на высоту более 100 мм в том числе на проблемных основаниях с малой несущей способностью. Также данный вид раствора имеет хорошие характеристики теплоизоляции при плотности раствора марки D150-D400 и используется нами в качестве утеплителя.  Подробнее о полистироле, более широкие места назначения на следующих страницах “облегченные конструкции полов”  “характеристики материала”

В качестве альтернативы для облегченного наполнителя может служить перлит, данный материал мы применяем как подстилающая подоснова под полы при устройстве стяжки, а также как наполнитель в цементный раствор. Пример применения перлита смотрите в публикации по выполненной нами работы по устройству полов на объекте строительства дома культуры в ДК Марфино стяжка пола с перлитом

Недорогая система цементного раствора с низкой плотностью, подходящая для неглубокого рыхлого пласта

Неглубокий рыхлый пласт на морском нефтяном месторождении характеризуется большой пористостью, низкой температурой и слабым пластом и часто сталкивается с такими проблемами, как низкая плотность и плохая прочность на сжатие цементного раствора, среди прочего, которые создают серьезные проблемы в строительстве. Для цементирования необходимо использовать высокоэффективную систему цементных растворов низкой плотности, чтобы обеспечить безопасность последующего бурения и добычи на месте и снизить стоимость цементного раствора для эффективной разработки нефтегазовых месторождений.На основе этих проблем по принципу градации частиц была разработана смесь с высокой скоростью накопления и низкой плотностью, состоящая из пяти типов минеральных материалов: искусственных микрошариков, плавучих шариков, микрокремния, золы-уноса и шлака. благодаря большому количеству экспериментов в помещении был разработан набор недорогих систем цементного раствора с низкой плотностью; эти системы подходят для неглубоких рыхлых пластов морских нефтяных месторождений. Система цементного раствора отвечает требованиям операции цементирования, проводимой при различных температурах и давлениях.Диапазон плотности составляет 1,4–1,7 г/см ³ , который можно регулировать. Цементный раствор стабилен и обладает хорошей текучестью. Время загустевания соответствует требованиям цементирования конструкции. Кроме того, прочность цементного теста на сжатие высока, а прочность на сжатие цементного теста превышает 12 МПа в течение 24 часов и 14 МПа в течение 48 часов отверждения при 50°C, что максимизирует экономические выгоды. Результаты исследований обеспечивают техническую поддержку для безопасной и эффективной разработки морских месторождений нефти и газа.

1. Введение

Система цементного раствора имеет низкую прочность на сжатие, медленное развитие и плохое качество цементирования на второй поверхности раздела, а также другие проблемы, вызванные высокой пористостью, плохой степенью цементации и низкой температурой рыхлого пласта песчаника в морское нефтяное месторождение [1]. Для повышения качества цементирования скважин и обеспечения безопасности строительства месторождения всегда используются высокоэффективные, качественные облегчающие добавки (такие как стеклянные шарики) и присадки, что также приводит к существенному удорожанию цементирования скважин; кроме того, в связи с низкими ценами на нефть остро необходимы методы, удешевляющие цементирование скважин.

Существуют три относительно зрелые технологии приготовления цементного раствора низкой плотности: (1) Повышение отношения жидкости к твердой фазе путем добавления вязких твердых неорганических веществ, органических материалов с высоким водопоглощением и легких наполнителей, таких как таких как бентонит, диатомовая земля и вспученный перлит (2) Добавление стеклянных шариков и других подобных материалов для замены части цемента на основе более низкой плотности самого материала для уменьшения плотности, например летучей золы, плавающих шариков, стеклянных шариков, керамические шарики и другие материалы [2] (3) Использование пеноцемента, в котором газ, обычно азот, механически или химически загружается в цемент для снижения плотности системы цементного раствора [3]

Плотность общего система с низкой плотностью имеет минимальный предел.Например, минимальные плотности бентонита, диатомита, летучей золы и цементных растворов с плавающими шариками составляют 1,60 г/см ³ , 1,50 г/см ³ , 1,55 г/см ³ и 1,38 г/см ³ и 1,38 г/см ³ соответственно; при снижении этих значений цементный раствор демонстрирует плохие эксплуатационные характеристики, особенно прочность на сжатие [4, 5]. В настоящее время использование микробусин в качестве облегчающей добавки на шельфовых нефтяных месторождениях Китая соответствует требованиям по цементированию скважин, но стоимость слишком высока.При использовании летучей золы, бентонита и шлака в качестве облегчающих добавок стоимость будет значительно снижена, но цементный раствор будет иметь плохую стабильность, низкую прочность на сжатие и другие недостатки и может даже не соответствовать требованиям к цементированию скважин.

С точки зрения материаловедения, система цементного раствора низкой плотности представляет собой смесь тампонажного цемента, примеси и добавки. С точки зрения проектирования нефтяных и газовых скважин, система должна выдерживать испытания в сложных условиях работы в скважине, а характеристики системы, такие как плотность, реологические свойства и стабильность, должны соответствовать требованиям цементирования. операция и последующие ссылки.Примесь минерального материала, плотность системы и добавка являются основными факторами, влияющими на характеристики системы цементного раствора низкой плотности [6, 7]. Эти три фактора влияют друг на друга и неразделимы. Минеральные материалы оказывают существенное влияние на плотность, реологические свойства и прочность системы цементного раствора [8]. Повышение плотности системы тампонажного раствора способствует повышению содержания твердой фазы в единице объема системы, что повышает прочность [9, 10].Добавка в основном используется для поддержания стабильности системы цементного раствора, контроля водоотдачи и регулирования времени загустевания [11, 12]. Следовательно, необходимо учитывать три основных фактора, влияющих на характеристики цемента, а именно: минеральный материал, плотность накопления и добавку, и путем систематических исследований необходимо создать высокоэффективную систему цементного раствора с низкой плотностью для решения проблем. связанных с научным проектированием и применением цементного раствора низкой плотности.

Таким образом, авторы разработали новый смешанный материал с низкой плотностью, пригодный для мелководных рыхлых пластов на шельфе, путем комплексного изучения традиционных осветляющих добавок, активных материалов и высокоэффективных материалов на основе принципа распределения частиц по размерам. Смешанный материал низкой плотности, используемый в качестве осветляющей добавки, в сочетании с другими добавками образует цементный раствор низкой плотности (1,40 г/см ³ –1,70 г/см ³ ) с низкой стоимостью и отличными эксплуатационными характеристиками. .Согласно результатам экспериментов, система цементного раствора низкой плотности образует стабильный раствор с хорошей текучестью, регулируемым временем загустевания, меньшей потерей жидкости, прочностью на сжатие через 24 часа более 12 МПа и прочностью на сжатие через 48 часов более 14 МПа и соответствует потребность в цементировании скважин для неглубокого рыхлого песчаника на морских нефтяных месторождениях.

2. Материалы и методы

2.1. Экспериментальные материалы

Вяжущие материалы, полученные от SanXia Cement Co., Ltd., Китай, были обычным цементом для нефтяных скважин класса G. Замедлитель схватывания, диспергатор и пеногаситель были приобретены у Jingzhou Jiahua Technology Co. , Ltd., Китай. Функция замедлителя схватывания заключается в регулировании времени загустевания цементного раствора, диспергатор улучшает текучесть цементного раствора, а пеногаситель используется для уменьшения количества пузырьков в цементном растворе. В лаборатории были изготовлены агент ранней прочности и понизитель фильтрации. Агент ранней прочности улучшает раннюю прочность цементного раствора, а понизитель фильтрации в основном используется для уменьшения потерь воды из цементного раствора.

Микрошарик представляет собой искусственно изготовленный шар из силикатного стекла с высокой прочностью на сжатие, который нелегко разбить [13]. Он имеет несколько степеней повреждения, наиболее распространенными из которых являются 2000 фунтов на квадратный дюйм, 4000 фунтов на квадратный дюйм, 6000 фунтов на квадратный дюйм и 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Более высокий класс указывает на лучшую производительность и более дорогой материал; некоторые высокие марки обычно не используются при цементировании скважин [14].

Плавающий шарик также называют микрошариком вулканического пепла, который является побочным продуктом сжигания угля и представляет собой полую сферу из вулканического пепла, а его прочность на сжатие составляет приблизительно 3000 фунтов на квадратный дюйм [15].

Микрокремний состоит из сфер аморфного кремнезема со средним диаметром частиц от 0,1  мкм мкм до 1,0  мкм мкм и чистотой около 90%, и он полезен для повышения прочности цементного камня [16].

Химический состав золы-уноса в основном SiO ₂ и Al ₂ O ₃ , но также содержит небольшие количества Fe ₂ O ₃ , CaO, Na _{2 , 2} O и SiO ₃ .В табл. 1 приведены основные компоненты шлака [17].

7 СаО Аль 2 О 3 MgO SiO 2 Fe 2 О 3 30-50% 7% -12% 1% -15% 25% -41% 0,2% -5,1% 2. 2. Экспериментальные методы 2.2.1. Процедура, использованная для приготовления раствора Цементный раствор был приготовлен в соответствии с соответствующими положениями национального стандарта GB/T 10238-2005. Цементный раствор готовили с помощью мешалки с постоянной скоростью (tg-3060a, Shenyang Taige Petroleum Instrument Co., Ltd.). Из-за присутствия микрошариков плавающие шарики повреждаются при высокоскоростном перемешивании, и скорость мешалки должна поддерживаться на уровне менее 4000 об/мин. 2.2.2. Плотность Поскольку в сухой смеси присутствуют микрогранулы, плавающие шарики и другие осветляющие материалы, эти материалы будут повреждены при определенном давлении и, следовательно, плотномер жидкости (xym-3, Qingdao ChuangMeng Instrument Technology Service Co., Ltd.) необходимо использовать для определения плотности цементного раствора до и после разрушения. 2.2.3. Реология цементного раствора В реологическом тесте используется ротационный вискозиметр (OFITE900, OFITE, США) для проверки характеристик кажущейся текучести цементного раствора. Были получены показания при различных скоростях от 3 до 300 об/мин для расчета пластической вязкости, силы сдвига и других параметров суспензии. 2.2.4. Время загустевания Этот тест определяет время загустевания цементного раствора в скважинных условиях, и время загустевания связано со временем, в течение которого цементный раствор остается жидким и эффективно перекачивается. Время загустевания суспензии измеряли консистометром под давлением (TG-8040DA, Shenyang Taige Oil Equipment Co.ООО, Китай). 2.2.5. Потери жидкости Потери жидкости в суспензии измеряли с помощью фильтр-пресса HPHT (TG-71, Shenyang Taige Oil Equipment Co., Ltd., Китай). Водоотдачу определяли путем измерения объема фильтрата, прошедшего через стандартное сито в течение 30 минут при перепаде давления 6,9 МПа. 2.2.6. Испытания свободной воды и осаждения цементного раствора Вода будет отделяться от цементного раствора и концентрироваться в верхней части цементного раствора в течение определенного периода времени, прежде чем цементный раствор затвердеет и называется свободной водой. Он измеряется с помощью мерного цилиндра объемом 250 мл для измерения объема свободной воды на верхней поверхности цемента через 2 часа. Испытание на седиментацию помогает определить, оседают ли частицы твердой фазы из раствора, и используется в сочетании с испытанием на свободную воду для определения стабильности цементного раствора в скважинных условиях. Его цель состоит в том, чтобы определить плотность различных положений в верхней, средней и нижней части суспензии после того, как суспензия отвердеет в течение 24 часов. 2.2.7. Прочность на сжатие Испытание на прочность на сжатие показывает прочность цементного раствора после его закачки в скважину и затвердевания. Он определяет целостность цемента и его способность выдерживать длительные нагрузки. В этом эксперименте цементный раствор заливали в форму диаметром 50,8 мм и отверждали в течение 24 часов при температуре 50°С и давлении 2 МПа. По окончании процесса отверждения форму удаляли, образец измельчали ​​на универсальной испытательной машине (HY-20080, Shanghai Hengyi Precision Instrument Co. , Ltd., Китай), и была зафиксирована максимальная прочность до раздавливания. 3. Результаты и обсуждение 3.1. Оптимальный дизайн бетона низкой плотности Ключом к снижению стоимости систем цементного раствора низкой плотности является минимизация использования дорогостоящих материалов, таких как микрогранулы, и соблюдение требований к характеристикам цементного раствора другими способами; активные материалы и сверхтонкие гелевые материалы способны удовлетворить эти требования. Микрокремний с малым размером частиц является хорошим тампонажным агентом, который эффективно заполняет пустоты в частицах цемента и увеличивает показатель PVF цементного раствора; кроме того, реакция гидратации микрокремния образует гель C-S-H и увеличивает прочность цементного камня.И летучая зола, и шлак оказывают пуццолановый эффект, способствуют реакции гидратации, производят больше геля CSH в цементном растворе и повышают прочность цементного камня. Кроме того, летучая зола является продуктом сжигания угля, а шлак является продуктом сжигания чугуна в доменной печи, оба из которых очень дешевы и доступны. Чтобы удовлетворить требования к цементированию скважины в неглубоком рыхлом пласте песчаника и эффективно снизить стоимость, авторы этой статьи разработали пятикомпонентную смесь низкой плотности на основе микрошариков, плавающих шариков, микрокремния, шлака и летучей золы.Экспериментальное давление, используемое в настоящем исследовании, составляло примерно 25 МПа, поэтому были выбраны микрогранулы с классом давления 4000 фунтов на квадратный дюйм. Плавающие шарики были первыми с микрошариками, которые позволили снизить стоимость и сформировать цементный раствор с превосходными характеристиками. Согласно экспериментальным результатам (см. Таблицу 2), по мере увеличения количества плавающих шариков силовой установки реологические показатели цементного раствора становятся выше, раствор становится все более густым, а прочность на сжатие постоянно снижается.Когда отношение плавающих шариков к микрошарикам больше 3 : 7, прочность на сжатие цементного камня явно снижается; Плавающие шарики силовой установки были смешаны с искусственными плавающими шариками в соотношении 3 : 7, чтобы сформировать смешанный материал микрошариков, снизить стоимость цементного раствора и сохранить его характеристики. Сопоставление смеси низкой плотности было окончательно определено, как показано в таблице 3. 3006 Плавающие бусины: Microbeads Плотность (г · см -3 ) φ 300 Φ 200 Φ 100 Φ 6 Φ 3 24 H Прочность на компрессию (MPA) 10: 0 1 .5 275 214 157 24 19 8,2 9: 1 1,5 261 198 145 22 18 8,9 8: 2 1,5 263 186 153 19 15 9,2 7: 3 1,5 247 169 134 19 14 9. 8 6: 4 1,5 244 174 136 17 14 10,5 5: 5 1,5 246 171 124 17 13 13 11.6 4: 6 1,5 239 178 132 16 13 13 12.3 г. 3: 7 1.5 236 172 119 17 14 13,7 2: 8 1,5 221 168 113 16 12 14,3 1: 9 1,5 228 161 107 14 10 14,1 0: 10 1,5 219 151 103 13 10 14.6 7 Компонент Microbeads Вулканический пепел микрошариков Microsilicon летучей золы Шлак Пропорция (%) 10. 5 10.5 45 35 30 20 Это исследование также проверило распределение размера частиц смеси низкой плотности, как показано в Рисунок 1.Распределение частиц по размерам для разных отдельных материалов различается, как показано на рисунках 1(a)–1(d). Размер частиц материала варьируется от мелких до крупных, таких как микрокремний, шлак, летучая зола и микрогранулы. После подмешивания материалов в смесь низкой плотности гранулометрический состав материала имеет более широкий диапазон, в котором частицы твердой фазы распределяются от 1  мкм мкм до 150  мкм мкм, а распределение частиц по размерам равно более однородным, чем один материал, способствуя тем самым формированию структуры распределения частиц по размерам в цементе и улучшая характеристики цементного раствора.Как показано на рисунке 2, смесь частиц распределена в цементном камне, отсутствуют явные пустоты, а структура относительно компактна, что эффективно повышает прочность цементного камня. Профессор Хуанг предложил принцип распределения частиц по размерам и создал модель плотной упаковки [18]. Он предложил использовать эту модель в качестве основы для оптимизации системы цементного раствора. Основным параметром для измерения степени плотной упаковки является объемная доля упаковки (PVF), которая определяется как пространственный объем (абсолютный объем), занимаемый твердыми частицами в сухой смеси, деленный на общий объем твердых частиц плюс объем пустот. (объем) между ними.PVF, полученный в результате случайного распределения сфер при одинаковом размере частиц, составляет примерно 0,64, в то время как PVF, полученный из PSD, обычно превышает 0,80 [19]. Чем больше значение PVF, тем выше степень плотной упаковки и тем лучше характеристики цементного раствора. Частицы разного размера оказывают на смесь эффект шарикоподшипника, что приводит к более низкому пределу текучести суспензии ( y ) между частицами и улучшению характеристик смешивания и производительности насоса; хотя содержание воды ниже, содержание твердых веществ выше. Преимущество более высокого значения PVF заключается в том, что содержание воды соответственно снижается, а доля цемента относительно увеличивается для улучшения прочности цементного камня на сжатие. Шлам PSD, благодаря своей сетке частиц и соответствующему уменьшению содержания воды, препятствует осаждению и разделению твердой и жидкой фаз во время цементирования скважины, а мелкие частицы в смеси также играют хорошую роль во взвешенном состоянии, гарантируя, что раствор сохраняет хорошую устойчивость.Пористость этих систем обычно составляет от 35% до 45% [20], а снижение пористости суспензии обеспечивает раннее развитие прочности на сжатие. Улучшение текучести приводит к более разумному распределению частиц в системе цементного раствора, меньшему контактному углу гидратной пленки между частицами и меньшему сопротивлению трения. Поэтому эксперимент предназначен для расчета PVF сухой смеси по более высокому значению для обеспечения ранней прочности цементного раствора при низких температурах и прочности цементирования рыхлого песчаника. Модель линейной теории суммирования показана в формуле (1). Предполагается, что система содержит n классов частиц, размер d i для набора размеров, когда i существует один при скорости накопления эпсилон ε i , система накопления r i и объемная доля размера частиц eta η i находятся в линейной зависимости.Размер каждого набора размеров d i устанавливается для непрерывного накопления, а коэффициент накопления r i рассчитывается для самой молодой системы до наиболее плотного коэффициента накопления теории системы: где разрыхляющий эффект снижения скорости накопления крупных частиц из-за присутствия мелких частиц и эффект стенки снижения скорости накопления мелких частиц из-за присутствия крупных частиц. Таким образом, в этом исследовании для формирования пространственного распределения уровня микробиво-цемент-шлак-микрокремний использовались смягчающие агенты с несколькими размерами частиц, значение PVF достигло 0,89, а скорость накопления была высокой, что эффективно улучшило производительность цементного раствора. 3.2. Характеристики системы тампонажного раствора В качестве основного компонента автор взял цемент «Три ущелья» и низкоплотную смесь, выбрал агент ранней прочности, диспергатор, водоотталкивающий агент, пеногаситель и другие добавки, разработал рецептуру системы тампонажного раствора с плотностью 1.от 40   г/см 3 до 1,70   г/см 3 , и измерили комплексные характеристики цементного раствора низкой плотности в соответствии с API RP 10B-2. Обычные свойства цементного раствора в основном включают реологию, водоотдачу, свободную жидкость, время загустевания и прочность на сжатие. Реология определяет прокачиваемость и строительную безопасность тампонажного раствора при цементировании [21]. Водоотдача цементного раствора – это свободная вода, которая отфильтровывается через определенную площадь пор при заданной температуре и перепаде давления, что тесно связано с качеством цементирования [22].Свободная жидкость является важным критерием для оценки стабильности систем цементного раствора [23]. Время загустевания цементного раствора является очень важным параметром для измерения и обеспечения безопасности перекачки и строительства [24]. Прочность на сжатие является ключевым фактором, обеспечивающим эффективную герметизацию кольцевого пространства [25]. 3.2.1. Измерение плотности Поскольку микрогранулы и микрогранулы вулканического пепла представляют собой полые материалы, они разрушаются при определенном давлении, что приводит к увеличению плотности цементного раствора.Прочность на сжатие микрогранул вулканического пепла составляет примерно 3000 фунтов на квадратный дюйм. Если это значение превышено, некоторые из сфер могут разбиться, что приведет к увеличению плотности системы цементного раствора и изменению других показателей эффективности цементного раствора. Поэтому при выборе микрогранул вулканического пепла следует учитывать влияние забойного давления. Когда забойное давление слишком велико, нецелесообразно использовать микрогранулы вулканического пепла, и следует выбирать искусственные микрогранулы с лучшими характеристиками. Таким образом, в этом исследовании измерялась плотность при атмосферном давлении и после приложения различных давлений, как показано в Таблице 4. Плотность системы цементного раствора увеличивалась, когда приложенное давление превышало 20  МПа, что следует учитывать при цементировании скважины. операция. 4 Плотность при окружающей среде 1,50 г / см 3 Плотность после применения 10 МПа давления 1.50 г / см 3 плотность после применения 20 МПа давления 1,51 г / см 3 плотность после применения 30 МПа давления 1,55 г / см 3 3.2.2. Реологические свойства Так как это неньютоновская тиксотропная жидкость, реологический параметр «значение текучести» цементного раствора связан с силой, возникающей при разрыве связей между частицами. Наиболее эффективным методом разрушения структуры является снижение силы связи структуры и частиц за счет адсорбции химических добавок, разбавляющих дисперсионную вязкость. Таким образом, добавление диспергатора через определенный промежуток времени повышает водокапиллярную проницаемость, снижает «урожайность» и улучшает реологию цементного раствора, что способствует промысловой откачке. В настоящем исследовании в качестве диспергатора для системы цементного раствора был выбран CF42L, и были проверены реологические свойства цементного раствора при различных количествах добавленного диспергатора, как показано в таблице 5.По мере увеличения количества добавляемого диспергатора реологические свойства цементного раствора постоянно улучшаются. Когда количество достигает 4%, реологические свойства цементного раствора существенно улучшаются. Когда количество превышает 4%, улучшение реологических свойств цементного раствора будет замедляться, даже если количество диспергатора продолжает увеличиваться. Когда количество диспергатора превышает 8%, появляется небольшое количество свободной воды. Количество CF42L должно контролироваться до разумного уровня во время использования, чтобы эффективно снизить стоимость. 90 072 Диспергатор сложение (%) Ф 3 Ф 6 Ф 100 Ф 200 Ф 300 Ф 600 свободной воды (%) 0 17 21 103 149 188 — 0 2 16 19 91 131 164 272 0 4 12 15 77 116 149 225 0 6 8 12 61 61 102 136 220 0 8 6 10 53 95 126 197 0. 2 3.2.3. Время загустевания В конструкции с цементированием процесс схватывания должен быть замедлен для достижения времени закачки, необходимого для цементирования. Замедлитель схватывания ACTS увеличивает время загустевания цементного раствора за счет поверхностной адсорбции и образования поверхностных осадков. В настоящем исследовании RE-L был выбран в качестве замедлителя схватывания системы цементного раствора, и было проверено время загустевания цементного раствора после добавления различных количеств замедлителя схватывания, как показано в Таблице 6.Согласно Таблице 6, время загустевания, очевидно, удлиняется по мере увеличения количества добавленного замедлителя схватывания, и время загустевания регулируется в определенном диапазоне. Как показано на Рисунке 3, система цементного раствора имеет хорошую кривую загустевания, приблизительно прямоугольное загущение, и, таким образом, соответствующее количество добавленного замедлителя схватывания может быть выбрано в зависимости от времени операции цементирования скважины. Re-L (%) Время утолщения (мин / 50 ° C × 25 МПа) 0 151 0 .5 172 1,0 206 1,5 223 2 271 2,5 300 3.2.4. Испытания на осаждение свободной воды и цементного раствора и потери воды В ходе операции цементирования из-за низкой плотности цементного раствора и высокого перепада давления в столбе жидкости, образующемся в процессе перекачки, цементный раствор будет демонстрировать «просачивание». ” или утечки при прохождении через высокопроницаемый пласт, что приводит к плохой ликвидности.В серьезных случаях конструкция может выйти из строя. Таким образом, путем добавления понизителя фильтрации для регулирования распределения частиц в системе цементного раствора зазор фильтрационной корки блокируется, образуя плотную фильтровальную корку. Водорастворимый полимер адсорбируется на поверхности частиц цемента, образуя адсорбционный слой гидратации, а частицы цемента соединяются мостиками, образуя сетчатую структуру, которая связывает больше свободной воды и блокирует внутренние поры цемента. В этом исследовании в качестве понизителя фильтрации для системы цементного раствора был выбран CG81L.В Таблице 7 приведены данные экспериментов по устойчивости цементного раствора к седиментации и свободной воде; хотя между верхней и нижней частями цементного камня существует разница в плотности, стандартно допустимая разница в плотности находится в пределах 0,02 г/см 3 , без существенного воздействия на цементный камень. Система цементного раствора имеет содержание свободной воды 0% и потерю воды 41 мл, что указывает на хорошие характеристики. 4 Верх 1.50 г / см 3 70072 1.51 г / см 3 дна 1,52 г / см Разница 0,02 г / см 3 Бесплатная вода 0% 0% потерю воды 41 мл 41 мл 3. 2.5. Прочность на сжатие Прочность на сжатие — это максимальное усилие, которое образец может выдержать при разрушении.Цементный камень требует хорошей прочности на сжатие, чтобы поддерживать защитный кожух. Система цементного раствора низкой плотности демонстрирует медленное увеличение прочности на ранней стадии, поэтому предпочтительным является ACL (соответствующий агент ранней прочности). ACL является неорганическим агентом ранней прочности с относительно низкой ценой, и в присутствии ACL гель C-S-H может быть преобразован в хлопьевидную рыхлую структуру. Гель C-S-H с относительно высоким соотношением C/S и морщинистой листовой структурой значительно увеличивает скорость гидратации и проницаемость.На основании результатов, показанных в Таблице 8, ACL оказывает наиболее очевидное влияние на повышение прочности цементного камня на раннем сжатии без какого-либо неблагоприятного воздействия на реологические свойства. прочности на ранней стадии агент Плотность (г / см 3 ) Φ3 Φ6 Φ100 Φ200 Φ300 Φ600 24 ч Прочность на сжатие (МПа) Пусто 1. 5 10 16 83 124 156 231 11,02 SD-1 1,5 9 15 77 116 150 221 11,62 ACL 1,5 5 8 70 110 144 220 12,82 APS 1,5 10 15 76 115 147 224 12.15 CS-3 1,5 31 43 97 128 160 248 10,72 XN-1 1,5 17 22 83 115 139 217 10,1 CG-4 1,5 21 30 91 127 151 228 10,52 Прочность на сжатие через 24 часа и 48 часов и время загустевания цементного камня при 50°C были измерены путем корректировки количества добавленного ACL, и результаты показаны в Таблице 9. Согласно Таблице 9, по мере увеличения количества добавленного ACL прочность цементного камня постепенно увеличивается: прочность на сжатие через 24 часа превышает 12 МПа, а прочность на сжатие через 48 часов превышает 14 МПа, что соответствует строительным требованиям. Когда количество ACL превышает 2%, величина увеличения начальной прочности на сжатие уменьшается. Добавление ACL сокращает время загустевания цементного раствора, и разница во времени загустевания невелика в присутствии различных количеств добавленного ACL, но время загустевания значительно короче, чем у цементного раствора без добавки для ранней прочности. 9 + Сумма добавленного ACL (%) 24 H Прочность на компрессию (MPA) 48 H Прочность на компрессию (МПа) Время утолщения (мин) 0 11,02 13,14 212 1 12,23 15,13 174 2 13,72 15,82 167 3 14. 06 16,04 156 4 14,22 16,46 151 5 14,53 16,79 142 прочность на ранней стадии агент был добавлен в цементный раствор в концентрации 2% для измерения прочности на сжатие в течение одной недели при 50 ° C и 15 МПа, и результаты показаны на рисунке 4. Прочность системы цементного раствора превышает 13 МПа. через 24 часа, с быстрым нарастанием ранней прочности и последующим стабильным повышением прочности, что соответствует требованиям прочности при цементировании скважин в неглубоких рыхлых песчаниках. 3.2.6. Комплексные характеристики системы цементного раствора Наконец, состав системы цементного раствора был определен, как показано в Таблице 10, а результаты испытаний системы цементного раствора приведены в Таблице 11. Система цементного раствора соответствует требованиям цементирования скважины. требования к неглубокому рыхлому пласту песчаника и позволяет добиться хороших результатов применения при цементировании скважин. Компонент Компонент 6 Устройство Пропорция Плотность г / см 3 1.50 Class-G цемент % BWOC % BWOC 100 WHO воды % BWOC 102 102 Смесь низкой плотности % BWOC 70 % BWOC 2 Enhancer % BWOC 1 Фильтрование редуктор % BWOC 6 диспергатор % BWOC 4 Замедлитель % BWOC 2 Пеногаситель % BWOC 1 содержание Тест Результат Плотность (г/см 3 ) 1. 50 Реологическая недвижимость (φ3 / Φ6 / Φ100 / Φ200 / φ6 / φ600 / φ200 / φ300 / φ600) 14.14.002.135/156/246 Утолщение времени (мин) 273 Вода Убыток (мл) 41 41 0 0 Стабильность седиментации (G / см 3 ) 0,02 24 H Прочность на компрессию (МПа) 14.2 3.2.7. Влияние различных температур В процессе строительства скважин существует определенная разница в забойной температуре из-за разницы в глубине пласта. Температура окружающей среды оказывает существенное влияние на характеристики цементного раствора; поэтому в настоящем исследовании характеристики цементного раствора измерялись при 30°C, 40°C и 50°C, как показано в таблице 12. Температура оказывает значительное влияние на реологические свойства, время загустевания и прочность на сжатие. цементного раствора, но в меньшей степени влияет на стабильность и водоотдачу цементного раствора.По мере повышения температуры реологические свойства цементного раствора постоянно улучшаются, поскольку повышение температуры способствует течению цементного раствора низкой плотности, который может поддерживать хорошую стабильность. При более низкой температуре гидратация цемента протекает медленнее, что приводит к увеличению времени загустевания тампонажного раствора и снижению прочности тампонажного раствора на сжатие после твердения в течение 24 часов. Водоотдача низкоплотного тампонажного раствора в различных температурных условиях существенно не меняется.Следовательно, более низкая температура может отрицательно сказаться на характеристиках тампонажного раствора, и в этот момент количество добавок должно быть изменено в соответствии с требованиями строительства скважин. 4 Тестовая температура (° C) Реологические свойства (φ3 / φ6 / φ100 / Φ200 / φ300 / φ600) Время утолщения (мин) Потеря воды (мл) 24 H Прочность на компрессию (MPA) 30 6/ 323 323 38 12. 2 40 6/9/67/115/176/285 288 39 13.5 50 17.006.2006.03.2006.245 273 41 14,2 3.2.8. Влияние различных давлений на характеристики цементного раствора Автор оценил характеристики цементного раствора в условиях различного давления при температуре 50°C в помещении, чтобы изучить влияние изменений давления на характеристики цементного раствора и результаты. показаны в таблице 13.При изменении испытательного давления время загустевания и характеристики прочности на сжатие цементного раствора после отверждения изменяются регулярно. По мере увеличения давления время загустевания цементного раствора постепенно уменьшается, а прочность на сжатие цементного раствора увеличивается. Таким образом, давление оказывает существенное влияние на цементный раствор по следующим причинам, проанализированным в настоящем исследовании: (1) разрушаются некоторые облегчающие добавки, изменяя характеристики цементного раствора; и (2) давление уменьшает количество пустот в твердом веществе в цементном растворе, влияя на характеристики цементного раствора. Так как давление оказывает регулярное воздействие на тампонажный раствор, необходимо измерять давление призабойной толщи в полевых условиях. Правило замены цементного раствора можно освоить только путем точного получения данных о реальном давлении в секции уплотнения цементного раствора в ходе эксперимента, что обеспечит более точное и прямое руководство для полевых работ. 2 Время утолщения (мин) Прочность на компрессию (МПа) 0 312 14. 10 301 13,8 20 283 14,7 30 268 15,5 4. Выводы (1) PVF является одним из наиболее важных факторов при проектировании системы цементного раствора низкой плотности, и следует тщательно учитывать влияние значения PVF на систему цементного раствора. Смесь низкой плотности с высоким значением PVF и отличными характеристиками была разработана путем смешивания нескольких материалов с низкой плотностью на основе принципа распределения частиц по размерам.Формула: 10,5% микробусин + 4,5% плавающих дрейфующих шариков + 35% микрокремния + 30% летучей золы + 20% шлака со значением PVF до 0,89 и высокой скоростью накопления, которые эффективно улучшают характеристики цементного раствора. (2) Когда микрогранулы и другие материалы используются в качестве облегчающих добавок, следует тщательно учитывать влияние забойного давления на систему цементного раствора, поскольку более высокое забойное давление вызовет разрушение микрогранул, что приведет к увеличению плотности и изменение производительности системы цементного раствора.(3) Путем анализа влияния диспергатора, замедлителя схватывания и агента ранней прочности на характеристики цементного раствора была выбрана подходящая добавка для корректировки характеристик цементного раствора низкой плотности. Реологические свойства, время загустевания и ранняя прочность на сжатие цементного раствора соответствуют требованиям операции цементирования. (4) Плотность разработанной недорогой и малоплотной системы цементного раствора можно регулировать в соответствии с потребностями операция. Система суспензии стабильна при различных температурах и давлениях, с меньшими потерями воды, высокой прочностью на сжатие и временем загустевания, что соответствует требованиям к цементированию. Доступность данных Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, включены в статью. Конфликт интересов Юэ Цзяпин в настоящее время работает инженером по бурению Исследовательского института CNOOC (электронная почта: [email protected]). Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Вклад авторов Юэ Цзяпин в основном занимается проектированием и исследованиями в области бурения. Зачем контролировать плотность цементного раствора? | Азиатско-Тихоокеанская конференция и выставка SPE по нефти и газу Введение Процесс проектирования цементирования скважины включает проектирование цементного раствора, проектирование распорной втулки, разработку программы подготовки ствола, выбор крепления обсадной колонны и разработку процедуры размещения. В этом документе рассматривается конструкция навозной жижи и, в частности, влияние отклонений плотности смешанного навозной жижи от расчетной точки. Обеспокоенность по поводу этих эффектов в последние годы возрастает.В 1987 году рабочая группа API по цементированию Восточного полушария сформировала рабочую группу для изучения «влияния плохого контроля плотности на свойства цементного раствора ……..». Эта группа также исследовала измерение и контроль плотности. Были большие расхождения во мнениях относительно того, насколько хорошо контролируется плотность в полевых условиях, а также что необходимо. Будут представлены дополнительные данные и анализ, которые помогут прояснить некоторые отношения свойств плотности суспензии и, следовательно, предоставят дополнительные средства для принятия рациональных решений относительно спецификаций контроля плотности. Плотность как характеристика шлама имеет большое значение для гидростатического давления в стволе скважины. Однако отклонения от расчетной плотности могут вызвать изменения всех других свойств шлама, которые могут вызвать или не вызвать проблемы со скважиной в будущем. Соотношения, определяющие зависимость свойств раствора от плотности раствора, важны при установлении значимых пределов контроля плотности. Однако более узкие пределы обычно означают более высокие расходы на систему смешивания и эксплуатацию. Таким образом, есть экономическая мотивация для понимания того, как отклонения влияют на свойства навозной жижи.Информация о стоимости получения определенного допуска по плотности может быть сопоставлена ​​с ее выгодой. Более подходящие спецификации могут быть разработаны в соответствии с требованиями работы. Конечным результатом может быть изменение способа определения свойств навозной жижи. Знание чувствительности разработанного раствора к изменению плотности сделает выбор оборудования для поверхностного смешивания более осмысленным. Порционное смешивание обеспечивает максимальный контроль, но стоит дороже. На морских платформах смесители периодического действия занимают ценное место на буровой установке и увеличивают вес. Цели этой статьи: (1) определить значимость изменения свойств раствора при отклонениях плотности, (2) представить лабораторные данные, которые показывают зависимость свойств от плотности, и (3) описать математические корреляции для данных. С помощью этих корреляций можно оценить изменение свойств суспензии в зависимости от отклонения плотности. Признано, что суспензии, смешанные с жидкими добавками, могут иметь более значительные отклонения свойств, чем суспензии, смешанные в сухом виде, с одинаковой погрешностью плотности. Цементные растворы – бурение Вода добавляется в сухой цемент, чтобы вызвать гидратацию и сделать раствор, пригодный для перекачивания. Для правильного использования необходимо знать несколько свойств: выход на единицу (кубические футы на мешок), необходимое количество воды (галлоны на мешок) и ее плотность (фунты на галлон). Другим важным параметром цемента является «абсолютный объем». Это фактический объем, занимаемый материалом (общий объем включает открытые пространства между частицами цемента).Например, объемный объем одного мешка (94 фунта) цемента составляет 1 фут3, но если удалить все открытые пространства между частицами, абсолютный объем составит 0,478 фут3. Для сухих материалов (цемент и добавки) абсолютный объем используется вместе с потребностью в воде для определения суспензии. Например, абсолютный объем одного мешка цемента (0,478 фут3) плюс объем воды (5,18 галлона/ск или 0,693 фут3) дает объем шлама 1,171 фут3 (0,478 + Абсолютный объем компонентов цемента обычно указывается в таблицах (см. Таблицу 2-4), но может быть рассчитан с помощью: Для компонентов, растворяющихся в воде (хлорид натрия и др.), так как они не занимают столько места, сколько указывали бы удельные веса, абсолютный объем определяется из экспериментальных данных и помещается в справочные таблицы (см. Таблицу 2-5). Также определяется плотность навозной жижи. Поскольку один мешок цемента весит 94 фунта, а 0,693 куб. фута воды весит 43,2 фунта, при смешивании получается 137,2 фунта суспензии. Затем рассчитывается плотность навозной жижи путем деления массы навозной жижи на объем навозной жижи, 137,2 фунта/1,171 фут3 равняется 117,1 фунта/фут3 (15,7 фунта на галлон). Урожайность конвертируется в кубические футы на мешок с использованием константы 7.4805 (62,4 фунта/фут3 / 8,34 фунта/галлон). Летучая зола, синтетический пуццолан, является еще одним важным компонентом цементов. Смесь летучей золы и цемента определяется как отношение летучей золы к цементу (выраженное как 50:50 или 60:40 и т. д.), при этом общее количество всегда равно 100. Первое число — это процентное содержание летучей золы (74 фунта/дюйм). мешок), вторая цифра – цемент (94 фунта/мешок). Мешок с летучей золой и мешок с цементом имеют одинаковый абсолютный объем. Если включены другие добавки (гель, ускорители, замедлители схватывания и т.), смесь выражается в процентах от массы как цемента, так и золы-уноса. Затем суспензию отжимают: 50:50:2% гель АбсолютныйОбъем (гал/фунт) = Продолжить чтение здесь: Информация Была ли эта статья полезной? Расчет объема и веса обсадного цементного раствора Добавление Вяжущих добавок является одной из переменных, влияющих на плотность базовой жидкости. Эта плотность должна быть собрана для концентрации добавки при определении гидростатического давления.Чтобы помочь вам с расчетами плотности, в этой части вы найдете много терминов. После завершения статьи о расчете объема цементного раствора вы должны понимать следующее:  Подпишитесь на свою электронную почту, чтобы получать последние статьи по бурению и вакансии Взаимосвязь между плотностью, весом и объемом  API плотность   удельный вес   абсолютная плотность по сравнению с насыпной плотностью абсолютный объем расчет веса и объема цементного раствора плотность 9158 9002В английской системе единицей объема является один кубический фут, а единицей веса — один фунт. В метрической системе единицей объема считается кубический сантиметр (cc), а в качестве единицы веса используются граммы. Если бы вы измерили вес определенного объема железа, свинца и меди, вы бы обнаружили, что они имеют очень разные веса. Соответственно, ожидается, что термин будет относиться к весу единицы объема любого материала — такой термин будет называться плотностью. Например, кубический фут золота весит 1206.3. Если у вас есть плотность и объем объекта, вы можете рассчитать его вес: Вес = Плотность × Объем Ниже вы найдете некоторые плотности для справки. Рисунок 1 Для практических целей плотности газов противопоставляются плотности воздуха при атмосферном давлении, а не воды. Используя воздух в качестве аналогичного эталона, вес газов, упомянутых выше, составляет: вещество принято за эталон.Например, стандартом для твердых и жидких тел является вода; стандартом для газов является воздух. Другое значение термина «удельный вес» — отношение плотности материала к плотности воды или воздуха. Вес воды составляет 8,33 фунта/галлон. Преобразование удельного веса в вес (или наоборот) является простой задачей. Задача  Рассчитать удельный вес рассола плотностью 12 фунтов/галлон? Раствор SG = плотность вещества / плотность стандарта SG = 12 фунтов/галлон / 8. 33 фунта/галлон SG = 1,44  Если принять удельный вес рассола равным 1,44, плотность можно определить следующим образом:  1,44 × 8,33 фунта/галлон = 12 фунтов/галлон Что Является ли определение плотности API для расчета объема цементного раствора? Сила тяжести Боме может быть определена как шкала, в которой в качестве эталона используется соленая вода вместо пресной. Он в основном применим на нефтеперерабатывающих заводах только для оценки удельного веса кислот и щелочей.Плотность в градусах API также используется в большинстве других материалов на нефтяных месторождениях. скажем еще раз, стандартным материалом является вода. Плотность воды по API считается равной 10 градусам. Связь между удельной массой и плотностью в градусах API обратная. По мере увеличения одного значение другого уменьшается. Сырая нефть с плотностью 42 ° API имеет эквивалентный удельный вес 0,82. Американская нефть обычно находится в диапазоне от 0,768 до 0,966 SG, что эквивалентно 52,6 ° до 10,5 ° API. Показания API являются стандартными при температуре 60°F.Всякий раз, когда показания берутся при любой другой температуре, для точности их необходимо преобразовать в 60°F. Таблицы для этого преобразования и для преобразования плотности API в удельную массу можно найти в бюллетене стандарта API 2500 и в различных инженерных справочниках (зеленая книга , , ….). Формулы для преобразования: Градусы API Gravity = ((141,5 / SP GR)) – 131,5 Удельный вес = 141,5 / (API + 131,5) WhatОбъемная плотность? Абсолютная плотность может быть определена как масса на единицу объема. Абсолютная плотность использует только фактический объем, занимаемый определенным веществом. Объемная плотность может быть определена как масса на единицу объемного объема, которая включает фактический объем вещества в дополнение к объему захваченного «воздуха». Какой абсолютный объем используется при расчете объема цементного раствора? Абсолютный объем можно определить как объем на единицу массы. Вот случай абсолютного объема. Предполагается, что имеется контейнер (рис. 3), который имеет объем 1 кубический фут и измеряет один кубический фут. Этот контейнер будет наполнен шариками для пинг-понга. Между такими шарами есть пустые пространства, такие пространства заполнены захваченным воздухом. Давайте посчитаем объем в галлонах, который занимают только такие шарики для пинг-понга. Рисунок 3: Абсолютный объем Объем, занимаемый шариками для пинг-понга, можно лучше всего оценить, сначала определив объем, занимаемый пустотами.3, чтобы заполнить объем только шариками для пинг-понга. Рассчитанный таким образом объем шариков для пинг-понга можно назвать абсолютным объемом. Хотя этот пример преувеличен, он помогает объяснить идею. Мы при цементировании работаем с песком, цементом и т. д. вместо шариков для пинг-понга, но шарики можно рассматривать как усиление частиц песка или цемента. Пустоты или пустоты существуют в песке; объем, который добавляется к жидкости для гидроразрыва, представляет собой просто абсолютный объем песка. 3 . Третий показывает удельный вес, а последний дает абсолютный объем в галлонах/фунтах. Примечание . Когда в расчетах абсолютного объема используются жидкости, в Красной книге   коэффициент галлон/фунт не отображается. Между тем, вы можете иметь этот коэффициент, если у вас есть плотность жидкости в фунтах / галлонах. Другими словами, просто разделите 1 на плотность жидкости. Например, вода составляет 8,33 фунта/галлон, поэтому: галлона/фунт = 1 ÷ 8,33 фунта/галлон = 0,12 галлона/фунт галлон) этой суспензии? Базовая жидкость — вода на 8.33 фунта/галлон Добавляется 4 фунта песка. Решение  Мы будем использовать приведенную ниже диаграмму для расчета абсолютного объема. Сначала запишите материалы и их плотности в первые два столбца. После этого откройте таблицу Red Book , запишите абсолютные объемные коэффициенты (гал/фунт) в третьем столбце. Умножьте количество веществ (фунты) на коэффициент (галлон/фунт), чтобы получить абсолютный объем, а затем добавьте эти значения к приведенной выше таблице, как показано ниже.Для получения общего количества сложите вещества (фунты) вместе, а затем сложите абсолютные объемы: Найдите плотность смешанной суспензии по следующей формуле: Всего фунтов ÷ Всего абс. галлонов = фунтов/галлонов 12,33 фунта ÷ 1,1824 галлон = 10,427943 фунт/галлон Рис.4 Данные Красной книги Задача  Рассчитайте абсолютный объем (галлоны) и вес (фунты на галлон) следующего цементного раствора? Базовая жидкость — вода на 8.33 LB / GAL Добавка 3% KC1 4 фунт песка Решение Общий объем LB ÷ Total ABS GAL = LB / GAL 12.5799 фунтов ÷1,1934705 галлона = 10,5 фунта/галлон Примечание . Как правило, при работе с песком и водой (или базовой жидкостью) суспензии расчеты основаны на 1 галлоне базовой жидкости и весе этого 1 галлона жидкости. . Пример задачи   Рассчитайте абсолютный объем (галлоны) и вес (фунты на галлон) этого объема цементного раствора? Цементная вода класса H с плотностью 8,33 фунта/галлон Решение Для описанной выше задачи цементирования мы добавим в таблицу еще одну колонку для требований к воде для затворения.Продолжайте, как в двух предыдущих примерах задач, пока вам не нужно будет заполнить требования к воде для затворения для цемента класса H. Это количество вы можете найти в разделе «Технические данные» Красной книги в таблице «Потребность в воде». Для цемента класса H требования составляют 4,3 галлона/ск. Введите это в соответствующий столбец: Введите 4,3 галлона для абсолютного объема воды. Разделите водный фактор на абсолютный объем, чтобы определить материалы (фунты) для воды. После этого подсчитайте итоги: Всего фунтов ÷ Всего абс. галлонов = фунтов/галлонов 129. 82 фунта ÷7,9 галлона = 16,4 фунта/галлона Используя эту формулу, вы можете найти выход цемента (фут 3 на мешок) Всего абс галлон ÷7,4805 галлон/фут 3 = фут/ск * ÷7,4805 гал/фут 3 3 = 1,06 фут/ск ПРИМЕЧАНИЕ : При работе с цементными растворами 3 расчеты обычно основаны на одном мешке цемента и весе этого мешка. Задача  Рассчитайте абсолютный объем (галлоны) и вес (фунты на галлон) этого цементного раствора? Базовая жидкость — вода на 8.33 фунта/галлон Добавляется 4 фунта песка. Решение  Используйте приведенную ниже таблицу, чтобы помочь в таком расчете абсолютного объема. Сначала запишите материалы и их плотности в первые две колонки. После этого, пользуясь таблицей Красной книги, запишите абсолютные объемные коэффициенты (гал/фунт) в третий столбец. Общее количество воды для смешивания должно быть введено в абсолютном выражении в галлонах перед суммированием. Рассчитайте вес смешанного цемента, используя эту формулу:  Всего фунтов ÷ Общее количество галлонов = фунт/галлон Рассчитайте выход цемента в кубических футах на мешок, используя эту формулу: ÷ 7.4805 галлонов/фут3 (постоянная) = фут3/ск добавки используются для увеличения плотности раствора для управления скважинами с высоким давлением. Требования к утяжелителям Утяжелители обычно требуются при плотности выше 17 фунтов/галлон, когда диспергаторы или диоксид кремния уже неэффективны.Основными требованиями к утяжелителям являются: Удельный вес больше, чем у цемента Распределение частиц по размерам стабильное Имеют низкую потребность в воде Химически инертны в цементном растворе Не мешают каротажному инструменту Типы утяжелителей Гематит (Fe 2 O 3 ) Это наиболее часто используемый утяжелитель. Гематит — природный минерал кирпично-красного цвета с тусклым металлическим блеском. Содержит примерно 70% железа. Удельный вес гематита колеблется от 4,9 до 5,3, в зависимости от чистоты, а твердость по шкале Мооса составляет примерно 6. Ильменит (FeO TiO 2 ) Используется не так часто, как гематит, хотя и имеет некоторые преимущества перед гематитом. Ильменит представляет собой природный минерал от черного до темно-коричневато-черного цвета с субметаллическим блеском, содержащий примерно 37% железа.По внешнему виду он напоминает магнетит, но имеет лишь слегка магнитный характер. Удельный вес колеблется от 4,5 до 5, в зависимости от чистоты, а твердость по шкале Мооса составляет от 5 до 6. Хаусманнит (Mn 3 O 4 ) Хаусманнит используется все чаще из-за его уникальных свойств, которые устраняют многие недостатки, присущие другим утяжелителям. Хаусманнит представляет собой темно-коричневато-черный материал, являющийся побочным продуктом перерабатывающей промышленности. Диапазон удельного веса или твердость по шкале Мооса точно не установлены. Из-за своего размера частиц и уникальных характеристик смачивания материал может быть суспендирован в смеси с водой до 40 мас.% при минимальном перемешивании, образуя жидкий утяжелитель. Поскольку средний размер частиц гаусманнита намного меньше, чем у цемента, он позволяет материалу вписаться в матрицу пор цемента, вытесняя увлеченную воду, что приводит к более низкой вязкости и значительно более стабильному раствору.Основным недостатком является то, что он доступен не во всех географических регионах, поэтому дополнительные расходы на доставку могут сделать его непомерно дорогим. Барит (BaSO 4 ) Барит обычно не используется при цементировании в качестве утяжелителя из-за его большой площади поверхности и высокого водопотребления. Это мягкий светло-серый природный неметаллический материал. Удельный вес колеблется примерно от 4,0 до 4,5, в зависимости от чистоты, а твердость по шкале Мооса равна 2. от 5 до 3,5. Каталожные номера См. также Дизайн цементного раствора Работы по цементированию PEH: Цементирование Примечательные статьи в OnePetro Внешние ссылки Состав цементного раствора — PetroWiki Свойства портландцемента часто должны быть изменены, чтобы соответствовать требованиям конкретного применения в скважине.Эти модификации осуществляются путем примешивания химических соединений, обычно называемых добавками, которые эффективно изменяют химию гидратации. Обзор добавок Обзор наиболее распространенных вяжущих добавок приведен в таблице 1 . [1] Таблица 1. Краткое описание добавок для цементирования нефтяных скважин В таблице также указаны основные области применения и преимущества, а также цементы, с которыми их можно использовать. Основные эффекты добавок к цементу на физические свойства цемента в виде раствора или затвердевшего раствора представлены в Таблице 2 . [1] Это краткий справочник, и отдельные добавки в данной категории могут в целом не согласовываться с приведенными эффектами. Он также обычно определяется для отдельных добавок, свойства и эффекты которых могут быть изменены при использовании комбинаций добавок. Таблица 2. Влияние добавок в цемент на физические свойства цемента Многие химические соединения доказали свою эффективность в изменении свойств портландцементных растворов.Эти соединения, при использовании по отдельности, будут оказывать основное воздействие на цементный раствор, который считается полезным. Они также будут демонстрировать, по крайней мере, одну вторичную характеристику, которая может быть полезной или 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. Эта взаимосвязь между добавками является основой конструкции цементного раствора. Эффекты добавок Реакция этих добавок с цементом и взаимодействие между ними плохо определены химически. Что на самом деле известно, так это физическое влияние этих добавок на эксплуатационные свойства навозной жижи. Измеряемые эксплуатационные свойства навозной жижи включают: Время загустевания Прочность на сжатие Реология Потеря жидкости Свободная жидкость Стабильность цементного раствора Цемент, изготовленный в соответствии с требованиями Американского института нефти (API) по глубине и температуре, можно приобрести в большинстве нефтедобывающих регионов мира.Любой надлежащим образом изготовленный портландцемент (неизменный от партии к партии) можно использовать при температурах до 570°F. Например, цемент класса H с соответствующими добавками обычно используется на глубине до 20 000 футов. Помимо цемента, при разработке цементного раствора для удовлетворения требований скважины следует учитывать и другие факторы, такие как правильная температура циркуляции на забое (BHCT). При составлении рецептуры цементного раствора проектировщик должен учитывать не только температуру, но и другие скважинные условия, такие как проницаемость и чувствительность пластов к воде. Навозная жижа должна быть разработана для ее конкретного применения, с хорошими свойствами, чтобы можно было нанести ее в обычный период. Идеальный цементный раствор должен: Не содержат поддающейся измерению свободной воды Обеспечить адекватный контроль водоотдачи Содержит соответствующий замедлитель для обеспечения правильного размещения 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, чтобы уложить цемент до того, как он загустеет. На конструкцию шлама влияют следующие критерии: Глубина скважины Качество смешанной воды БХКТ Контроль водоотдачи (определить аббревиатуру) BHST Режим потока Гидростатическое давление бурового раствора Отстойная и свободная вода Тип бурового раствора Качество цемента Плотность навозной жижи Сухие или жидкие добавки Потерянная циркуляция Развитие силы Газомиграционный потенциал Качество испытаний цемента Время откачки Лаборатория и оборудование При оценке времени работы включите время смешивания на поверхности, особенно если работа будет производиться в периодическом режиме.Рассчитайте фактическое время работы, используя объем навозной жижи и среднюю скорость вытеснения. Ограничьте время беспокойства до 1-1,5 часов. Чтобы рассчитать приблизительное время загустевания для конструкции суспензии, добавьте к времени работы от 1 до 1,5 часов. Категории добавок Добавки, используемые для изменения свойств цементных растворов, используемых при цементировании скважин на нефтяных месторождениях, относятся к следующим широким категориям: Спрос на новые присадки со специальными свойствами и улучшенными характеристиками продолжает расти.Эти требования включают в себя: Диапазон плотности применения Термостойкость Экономика Диапазон вязкости Сингулярная функция Многофункциональный Степень растворимости Синергизм с кодобавками Стойкость к изменчивости цемента Каталожные номера ↑ 1,0 1,1 Смит, Д.К. 2003. Цементирование. Серия монографий, SPE, Ричардсон, Техас, 4, гл.2 и 3. См. также Испытания конструкции цементного раствора Работы по цементированию PEH: Цементирование Примечательные статьи в OnePetro Внешние ссылки Монография SPE по цементированию Категория %PDF-1. 4 % 1 0 объект >поток 2018-03-09T08:24:03-05:00Microsoft® Word 20102022-01-11T03:16:48-08:002022-01-11T03:16:48-08:00iText 4.2.0 от 1T3XTapplication/pdf UUID:8eed3726-0e20-4736-a46a-a9af240f24a3uuid:866b750e-4aa1-401e-9915-ef21a3589bac конечный поток эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект >поток xXn6S+iil9HvcQǟN>3L=cMgB z__, Т. LEAVE A REPLY Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Рубрики Газобетон Дом Разное Своими руками Советы Строительство Схема