Температура застывания цементного раствора: Бетон — до какой температуры можно заливать

Содержание

сколько сохнет кирпичная кладка на улице

Обычно все строительные работы ведутся в теплое время и неспроста. Это связано с особенностями затвердевания раствора, сложностью проводимых работ. Ведь не всем по силам копать для траншеи под фундамент мерзлый грунт, да и вода на морозе замерзает. А этот компонент строительных смесей, в частности, она входит в состав цементного раствора.

Из-за ряда сложностей редко кто решается возводить жилье при минусовой температуре. Но, если строительство объекта неизбежно надо выполнять в зимнее время, то это выполнимо. Надо лишь придерживаться определенных правил и знать нюансы затвердевания раствора при разных температурах.

Выбор времени года

Качественная кирпичная кладка выполняется только при плюсовых температурах и нормальной влажности воздуха. Чем ниже показатель на градуснике, тем хуже твердеет раствор для кирпично кладки, а при минусовых значениях этот процесс приостанавливается.

Как использовать кирпич строительный одинарный полнотелый м 150 можно узнать из данной статьи.

При низких температурах вода, содержащаяся в цементном составе, может замерзнуть и превратиться в лед. Поэтому ни о каком взаимодействии химических компонентов не может быть и речи.

Каков размер одинарного кирпича, указано в данной статье.

Если же реакция успела произойти до заморозков и раствор держит кладку, может оказаться, что он не затвердел, так как ему помешала все та же вода, превратившаяся в лед. Из-за ее формы он потерял свою привычную пластичность, и швы между кирпичами плохо уплотнились. После оттаивания и затвердевания цементного состава прочностные характеристики кирпичной кладки заметно понижаются.

Даже при низких положительных температурах время затвердевания раствора увеличивается в четыре раза, что уж говорить об отрицательных. Он просто схватывается и замерзает. Но с приходом теплого периода начинает размораживаться и терять свои прочностные характеристики. Если температура воздуха поднимается постепенно, то через неделю они у него восстанавливаются полностью. Естественно, их показатели будут ниже кладки, произведенной летом, но смогут оставаться на должном уровне.

Каков размер красного облицовочного кирпича, указано в статье.

На видео рассказывается, при какой температуре можно класть кирпич:

Каков расход цемента на кладку кирпича, можно узнать в данной статье.

Проблемы кладки кирпича в зимнее время:

  • состояние воды в растворе принимает форму льда, из-за этого он увеличивается в объеме на 10%, а при оттаивании опять уменьшается, вызывая этим усадку всей конструкции;
  • сложности при сохранении прочности кладки;
  • при нестабильной температуре, которая наблюдается в холодные периоды, есть вероятность, что по зданию пойдут трещины из-за создавшихся в растворе пустых пузырьков;
  • кирпич может покрыться инеем, этому способствуют все те же температурные изменения;
  • снижение качества кладки в сравнении с аналогичным показателем в летнее время;
  • потеря части вяжущих свойств из-за льда, образованного в растворе и инея застывшего по всей ширине кирпиче. При плюсовой температуре они начнут таять и сцепление между ними заметно ухудшится. 

Эти и другие особенности надо учитывать, при решении выполнять кирпичную кладку зимой.

Проведение работ при минусовых показателях

Как уже стало понятно главные опасения связаны с цементным раствором. Наиболее сильно подвержен температурным изменениям именно его состав. Поэтому сразу нужно оговориться, что для таких целей выбирается раствор, который имеет следующие особенности:

  • в нем должны содержаться противоморозные добавки. Они повышают температуру цементного состава и предупреждают его застывание. С их помощью застывание может происходить и при -50°С;
  • подвижность цементного раствора лежит в пределах 10-13 см по конусу;
  • бетонная смесь должна удобно укладываться и быть пластичной;
  • после укладки надо регулярно проводить проверку застывания раствора. Для этих целей в кладке делаются небольшие углубления, в которые периодически помещается градусник.
    По его показаниям контролируется температура смеси.

Сколько кирпичей в квадратном метре, указано в данной статье.

На видео рассказывается, можно ли класть кирпич при минусовой температуре:

Каков расход цемента на 1 куб кирпичной кладки, указано в данной статье.

Технология кирпичной кладки в зимнее время та же самая, что и в летнее. Она заключается в укладке кирпича на постель из цементного раствора, но вот способы ее выполнения совершенно разные. Для успешной кладки в зимнее время существует несколько методов:

  • устройство тепляка;
  • использование противоморозных добавок;
  • электроподогрев;
  • метод термоса;
  • замораживание.

Все эти способы обеспечивают надежную и прочную кладку кирпича. При более детальном их рассмотрении станет понятно, за счет чего это происходит.

О том какой размер у полуторного красного кирпича указывается в данной статье.

Применение тепляка

Это эффективный способ. Но он предусматривает проведение подготовительных работ. Для его выполнения необходимы рейки и обычный рулонный полиэтилен. С помощью реек вокруг начатого строительства возводится каркас, на который крепится выбранный теплоудерживающий материал и создается воздушное пространство.

Оно обогревается переносными печами, электронагревателями и другими обогревательными устройствами. За счет такого приема кирпич и раствор находятся в условиях с приемлемой температурой, хорошо скрепляются между собой и быстрее застывают.

Но тепло внутри самодельного каркаса надо поддерживать несколько дней, из-за этого обязательно проводится регулярные проверки состояния обогревателя.

Как правильно использовать кирпич облицовочный полуторный, можно узнать прочитав статью.

Такой способ имеет один заметный нюанс – с помощью него сложно обогреть целый дом. Чаще всего его применяют для возведения только какой-то одной части кладки.

Противоморозные добавки

Их введение в раствор позволяет снизить температурный показатель замерзания воды в нем, поэтому при их применении он способен даже при морозе набрать нужную прочность.

В качестве добавок используются составы из хлористого натрия, калия, нитрата натрия и углекислого калия.

Последние два вида допускается использовать без последующего подогрева. На момент их использования температура цементной смеси должна быть не ниже 5°C. Если получилось, что раствор с добавками замерз, а его не успели использовать, то нельзя его разогревать горячей водой, лучше замесить новую порцию. Возведение кладки таким составом осуществляется до момента его схватывания с кирпичом.

Каков состав керамического кирпича, указано здесь.

Способ замораживания

Широко распространенный метод. Он заключается в укладке кирпича на подогретый раствор. После возведения кирпичной конструкции происходит остывание раствора, и он замерзает. Окончательное затвердевание цементного состава происходит весной при оттаивании. При этом оно сопровождается существенной усадкой построенной кирпичной конструкции и это может привести к разрушению зданий, которые имеют высоту более 15 метров. 

Суть процесса заключается в следующем: на подготовленный для кладки участок наносится подогретый до высокой температуры состав. Поддержание его температурного режима осуществляется при помощи механизма подогрева цистерны.

После доводки цементной смеси до нужной температуры ее надо использовать очень быстро буквально в течение получаса. Укладка производится по классической технологии.

Примечательно, что такой раствор обеспечит кирпичную конструкцию прочностью еще до его полного замерзания.

Каковы размеры огнеупорного шамотного кирпича, рассказывается в содержании данной статьи.

При этом методе необходимо придерживаться нескольких правил:

  • Температура раствора должна быть одинакова по всему периметру. Если это требование не выполнить, то при оттаивании дом деформируется, а со временем он может вообще обрушиться.
  • Этот метод можно применять при минимально допустимой температуре – 30°C.
  • Замерзший раствор нельзя разбавлять горячей водой. Во время замерзания кладки, выполненной из этого состава, на швах будут образовываться поры, в которых ранее находился лед, а это приводит к потере нужной прочности.

Иногда для надежного исполнения кладки все здание, возведенное методом замораживания, нагрев производится стационарными системами обогрева. Повышение температуры до 30°C приводит к тому, что кладка оттаивает за трое суток, и раствор начинает затвердевать. После этого стены сушат с помощью строительных вентиляторов.

При оттаивании отдельно стоящие конструкции, выполненные подобным образом, могут потерять свою устойчивость, чтобы избежать этого их необходимо зафиксировать временными опорами.

Метод термоса

Простой способ, обеспечивающий затвердевание раствора, при котором создается нужная температура. При нем используется тепло самого кирпича. Чтобы использовать его кирпичи укладываются порциями, и каждая уложенная часть покрывается термоизоляцией. Такой прием не дает кирпичам потерять тепло и продлевает схватывание его с раствором.

Некоторые строители прогревают материал перед укладкой, и тогда тепло, выделяемое таким кирпичом, исключает застывание воды в растворе. Сразу после выполнения работ, возводимые стены утепляют подручными материалами способными сохранять тепло.

Электропрогрев кладки

Способен помочь при возведении части стены, для его проведения требуются определенные знания и опыт работы с электрооборудованием. При кирпичной кладке в раствор горизонтально устанавливаются электроды, питание которых осуществляется от электросети. При нагревании они отдают свое тепло раствору и кирпичам.

Это приводит к нормальному затвердеванию цементного состава, но при условии, что все вертикальные швы такой кладки хорошо заполнены. Если нет специальных электродов, то применяется проволока. Используют ее в диаметре от 0,3 до 6 мм. Выбор этого параметра зависит от источника тепла и предполагаемой схемы прогрева.

Расход электроэнергии на 1 м3 может доходить до 175 кВт/ч, из них 75% уходит на обогрев кирпича, а это, по сути, пустая трата, ведь следует тщательней прогревать раствор. 

Для обогрева такой кладки применяются нефтегазовые калориферы и электрообогреватели. Стержневые электроды должны обеспечивать температуру не ниже +10°С. Их укладывают с шагом в 20 см, к ним подводят напряжение равное 40-60 В. Оно обеспечит нужный обогрев и кристаллизация цементной смеси значительно ускоряется, в среднем на 20%. Это способ широко используется, но потребляет много электроэнергии.

Какой бы способ ни был выбран, главное, сразу подготовить все нужные материалы и оценить предполагаемые затраты. Раствор следует готовить небольшими порциями, так как потом после его затвердевания нельзя будет его развести. С помощью таких методов даже зимой можно обеспечить нормальную кирпичную кладку и построенный таким образом дом будет ничуть не хуже, чем летний вариант.

секреты работы при разных температурах |

Температурные особенности

Когда строится дом, разумеется, хочется, чтобы процесс шел быстрее, не прекращаясь даже в зимнее время. Для того чтобы обосновать работу при минусовых температурах и понять, как реагирует на мороз кирпичная кладка, рассмотрим физические и технические нюансы кладки и способы «обойти» климат.

Нюансы зимней стройки

В строительстве кирпичных стен в классическом варианте предполагается использовать раствор. Чтобы не открывать Америку, можно воспользоваться обычным цементным раствором:

  • Песок (карьерный; речной – дорогой вариант).
  • Цемент (марка 400 – для любых работ).
  • Вода.

Среди трех компонентов цемента только вода препятствует зимней стройке. Это происходит потому, что кирпичи в кладке не связываются раствором при отрицательной температуре.

Когда температура падает ниже нулевой отметки, вода становится льдом. В результате между ингредиентами раствора не происходит нужной физической реакции.

Теоретически положить раствор, конечно, можно, но при этом он замерзнет до естественного состояния твердости, а следовательно, ни прочности кладки, ни связывания раствора не будет.

Таким образом, при понижении температуры, класть кирпичи по стандартным схемам работы невозможно. Однако существуют иные варианты состава растворов и зимних работ.

Свойства раствора

Кроме различных методов необходимы еще и химические добавки. В основном это специальные средства против холода.

При строительстве в швах создаются особые гнезда, затыкаемые пробками, причем постоянно проводятся измерения температуры. Нужно учесть, что кирпич, например, полнотелый, холод проводит довольно медленно, поэтому есть время, чтобы раствор успел схватиться.

Пока идет экзотермическая реакция, добавляющая тепла, раствор «прессуется» кирпичом снизу и сверху.

В результате мы получаем таблицу, в которой температуре раствора соответствуют показатели измерения воздуха.

  • 5 градусов — минус 10 градусов;
  • 10 градусов – минус 10-20 градусов;
  • 15 градусов – минус 20 градусов.

Метод замораживания

В этом случае, даже несмотря на отрицательную температуру, кладка кирпича ведется на открытом воздухе, раствор же при этом имеет достаточно высокую температуру.

Данный метод основывается на том, что в швах раствор замораживается и постепенно затвердевает весной ( частично – непосредственно в процессе кладки). Таким образом, постоянно происходит высвобождение тепловой энергии при химическом взаимодействии цемента и воды.

Важно! Этот способ позволяет строить стены выстой не более 15 м. При технической норме безопасности прочность можно рассчитать в соответствии именно с весенним периодом затвердевания цементного раствора.

Химические добавки

Другой способ – химические добавки. Они выполняют несколько функций:

  • Скорость замерзания воды уменьшается в несколько раз при минусовой температуре.
  • Раствор схватывается и твердеет быстрее, но своих качеств не теряет.

Основные добавки, которые можно использовать при наличии инструкции:

  • Поташа (сокращает срок затвердения раствора при показателях ниже минус 25 градусов). Когда раствор схватывается быстро, то теряет частично свои свойства, поэтому можно добавить брагу из дрожжей – 1%.
  • Нитрат натрия (не меньше 15 градусов).

Важно! Большинство современных добавок ядовиты, а следовательно, нужно соблюдать правила безопасности и работать исключительно в защитной одежде.

Способ термоса

С помощью этого метода возможно проводить работы при минусовых температурных показателях. Если при стандартном способе можно вести работы при температуре до минус 5 градусов, то при ее дальнейшем понижении требуются либо химические добавки, либо другие методы работы.

Способ термоса состоит в том, что цементный раствор выделяет при кладке тепло, достаточное для поддержания процесса хорошего затвердения. Кроме того, нужно учесть два условия:

  • Перед установкой кирпич подогревается. Для этого нужна обыкновенная паяльная лампа. Подогреву подлежат и полнотелый кирпич, и двойной силикатный М 150.
  • Кладку через несколько квадратных метров или рядов накрывает слой теплоизолятора.

Этот метод достаточно простой, поэтому если необходимо продолжать строительство, когда наступают холода, то даже новичку не составит труда его применять. Главное, все можно сделать самому, причем удобно и быстро.

Электроподогрев

Суть метода электроподогрева заключается в прикреплении нашивных электродов со стороны наружной стены. Через цементный раствор пропускается электрический ток, таким образом прогревая его.

Когда строительная смесь прогревается, кирпич получает тепло, в результате на стене образуется теплый островок. Таким образом, не изменяя физические свойства раствора, кладка постепенно застывает.

Совет! Когда необходимо использовать электрический ток при строительстве, важно не только обеспечить изоляцию, но и наличие прогретого основания.

Дополнительные секреты

Вопрос, какая температура оптимальна для кладки кирпича, приобретает актуальность в тех случаях, когда невозможно провести электричество либо когда нет химических добавок. Но при этом нередко зимой строительство вообще останавливается.

Особенно это важно в частном секторе, так как туда нужно провести инженерные сети и коммуникации. Оптимальная температура для работы – до минус 5-7 градусов, при дальнейшем ее понижении следует использовать названные выше методики.

Однако вопрос о температуре для кладки перестанет быть острым, когда есть обыкновенная соль. Если использовать ее, то работа продолжается при любой отрицательной температуре. Кроме того, этот эффективный метод экономически выгоден, потому что он недорог.

С другой стороны, в дальнейшем излишек соли может выступать из стены. В этом случае фасад потребуется неоднократно перекрашивать.

Вывод

Все эти методы помогают в строительстве фактически круглогодично. Вспомогательные сведения можно найти в размещенном видео к этой статье (также о том, как приготовить раствор при проведении стройки в зимнее время).

класть кирпич и работать с цементом зимой, сколько сохнет кирпичная кладка на улице

Обычно строительные работы проводятся в теплое время года, что обусловлено свойствами большинства материалов. При принятии решения о построении определенных элементов здания при минусовой температуре ориентируются на особенности конкретного раствора, уровень сложности работ. Также необходимо учесть технические возможности, мощность используемых дополнительных приспособлений. В статье описано, при какой температуре можно класть кирпич.

Как выбрать время года и до скольки градусов можно класть кирпич

До скольки градусов можно делать кладку? В холодное время года сложно начинать строительство здания, так как создание постройки при морозе отнимает значительное количество времени, требует использования дополнительной техники. При минусе замерзает практически любая жидкость, что усложняет процесс приготовления цементного раствора, других смесей.

По причине возникновения большого количества сложностей только небольшая часть застройщиков принимает решение о возведении здания в мороз.

Если появляется острая необходимость в строительстве именно зимой, при наличии должного уровня мастерства у работников, а также при возможности приобретения или аренды дополнительной техники, данная задача осуществима.

Кладка зимой

Следует соблюдать правила приготовления раствора, уделять внимание определенным нюансам работы, чтобы готовая постройка выглядела презентабельно и была надежной.

Чтобы гарантированно быть уверенными в высоком качестве кирпичной кладки, необходимо выполнять строительные работы только при плюсе, а также контролировать оптимальный уровень влажности воздуха.

Цемент сегодня является наиболее распространенным материалом, который используют в строительстве и ремонте. Тут характеристики и особенности цемента М400.

Без плиточного клея сегодня невозможно произвести отделку внутри помещения. Здесь узнаете о расходе плиточного клея.

Обустройство и оформление кухонного фартука потребует от вас особого подхода, поскольку кухня обладает повышенной влажностью. Перейдя по ссылке ознакомитесь со стеновыми панелями для кухни из стекла.

При понижении температуры ухудшаются показатели затвердевания цементного раствора, при минусе приготовить его без дополнительных приспособлений невозможно. Если температура будет слишком низкой, вода может полностью замерзнуть, превратиться в лед.

Если застройщики успеют нанести цементный раствор до понижения температуры, он может неправильно затвердеть. Вода не испарится, а превратится в лед. В результате швы не будут достаточно надежными, утратят пластичность. Когда наступит теплый сезон, вода растает, прочность соединения уменьшится.

Осторожность при строительных работах необходима не только при минусовых, но и при низких плюсовых температурах. В некоторых случаях скорость затвердевания цементного раствора может понизиться в 4 раза.

При отрицательной температуре возможность правильного затвердевания цементного раствора зависит от применения вспомогательных мер.

По мере потепления окружающего воздуха прочностные характеристики будут понижаться. Если повышение температуры происходит медленно, постепенно строение усаживается.

В результате можно добиться положительного результата, однако прочностные характеристики будут ниже, чем при создании кирпичной кладки при должных температурных условиях.

Распространенные трудности, с которыми сталкиваются застройщики при кладке кирпича зимой:

  • жидкость в растворе замерзает, что приводит к увеличению объема готовой смеси примерно на 10%. В случае повышения температуры объем снова уменьшается, что провоцирует усадку здания;
  • весной кладка из кирпича теряет прочность;
  • если наблюдаются постоянные колебания температуры, в процессе застывания крепежной смеси возможно возникновение пузырьков, что в дальнейшем провоцирует появление трещин;
  • структура материалов, из которых сделан кирпич, может ухудшиться, так как стены с большой вероятностью покроются инеем;
  • снижение вяжущих характеристик раствора, на что влияет образование льда в смеси и скопление инея на уже возведенной поверхности. При таянии данных веществ будет наблюдаться значительное снижение качества сцепления между блоками;
  • ухудшение общего качества постройки при сравнении со стандартными показателям здания, возведенного при плюсовой температуре.

Как сделать кладку в зимнее время в мороз при отрицательной температуре

Наибольшие трудности при работе в зимнее время связаны с созданием цементного раствора.

Цементный раствор

Чтобы типичных проблем при его изготовлении не возникало, необходимо убедиться, что застройщики смогут обеспечить такие условия:

  • наличие дополнительных компонентов, необходимых для защиты от мороза. С их помощью увеличивается общая температура готового кладочного раствора, что позволяет затормозить процесс застывания. Если правильно использовать такие добавки, можно обеспечить правильные процессы застывания при температуре даже -50°С;
  • подготовка условий для комфортной работы с готовой смесью, надлежащий уровень эластичности материала;
  • регулярная проверка скорости застывания смеси. Чтобы выполнять данную процедуру было удобно, необходимо оставить специальные углубления в крепежном растворе. В дальнейшем температура смеси измеряется градусником.

Общий процесс кирпичной кладки зимой не отличается от технологии работы летом.

Кирпич укладывается на цементное основание, при этом застройщики вынуждены применять дополнительные способы для обеспечения надлежащей температуры.

Кладка

Для этого используются такие методы:

  • создание повышенной температуры в зоне проведения работ;
  • применение специальных добавок, защищающих от мороза;
  • обогрев пространства с помощью электрических приспособлений;
  • создание условий термоса;
  • замораживание.

Перечисленные методы позволяют сделать надежную кирпичную кладку.

Более подробно о кирпичной кладке в зимнее время смотрите на видео:

Создание оптимальной температуры воздуха с помощью подручных материалов зимой

Данный метод показывает высокую эффективность, однако для его осуществления потребуются подготовительные работы. Необходимо взять рейки, а также полиэтилен в рулонах.

Вокруг места, где намечено строительство, делается каркас. Для этого в большинстве случаев используются рейки.

На них закрепляется специальный материал, который способен удерживать тепло. Внутри воздух подогревается с помощью любых приспособлений, включая печи с возможностью перемещения, обогреватели, работающие на электричестве. В результате создается оптимальная температура для кирпичной кладки.

Закрываем место кладки

Элементы сразу отлично скрепляются друг с другом, застывание раствора происходит в стандартном режиме. Следует контролировать, поддерживать оптимальную температуру в течение недели или больше. Желательно не допускать ее резких перепадов.

За микроклиматом в помещении должен следить отдельный работник. Чтобы обогреть объемную территорию, потребуется затрата большого количества ресурсов.

Использование противоморозных примесей при заморозках

Специальные добавки помогают уменьшить температуру, при которой начнется застывание жидкости. В результате конструкция создается стандартным способом, а вода долгое время не превращается в лед. Часто используются составы, в структуру которых добавлен калий, натрий или другие химические вещества.

При замесе раствора необходимо поддерживать плюсовую температуру. В большинстве случаев она должна быть выше отметки 5°C. Если работы были произведены невнимательно, готовая смесь замерзла, не следует разводить ее водой. Следует еще раз приготовить раствор, соблюдая правила работы с ним.

Как еще можно обеспечить необходимую температуру – замораживание для работы с цементным раствором

Популярный метод, предусматривающий кладку кирпича на заранее подогретый раствор. В дальнейшем смесь постепенно остывает и замерзает. Цементный раствор полностью затвердевает только после оттаивания.

Происходит сильная усадка здания, поэтому данный способ подходит только для строений, имеющих высоту менее 15 м. Выполнить процесс достаточно просто.

Для этого следует подготовить поле для работы, подогреть раствор до оптимальной температуры, затем выполнить кладку. Когда высокая температура будет достигнута, необходимо израсходовать раствор в период до 30 минут.

Конструкция будет проявлять высокую прочность практически сразу после создания, однако использовать ее можно только после окончательного затвердевания раствора и усадки.

В случае принятия решения о выполнении кирпичной кладки в зимнее время с применением данного способа необходимо соблюдать такие правила:

  • поддерживать одинаковую температуру раствора во время работы. В противном случае есть риск деформации строения в будущем;
  • данный способ используется при температуре 30°C или выше;
  • если готовый раствор замерз, нельзя использовать воду для его разведения. Следует приготовить новую смесь.

Чтобы выполнить кирпичную кладку более качественно, подогревается не только раствор, но и само здание. Для этого могут использоваться уже встроенные внутренние системы обогрева. При высокой температуре строительная смесь не замерзает, благодаря чему цемент может быстро затвердеть.

После окончания работы производят сушку здания с помощью встроенной системы вентиляции. Если способ замораживания применяется без подогрева здания, следует воспользоваться временными опорами, чтобы исключить сильную деформацию конструкцию при оттаивании.

Способ термоса при минимальных плюсовых и минусовых температурах

Данный метод требует минимального количества усилий, однако при нем обеспечивается оптимальная температура для созревания цементного состава.

Строительные материалы не успевают остыть, так как после создания кладки небольшого размера материалы покрываются термоизоляцией. В результате кирпичи не остывают, что обеспечивает правильный процесс затвердевания раствора.

Если работы производятся при слишком низкой температуре, материалы заранее подогреваются, что исключает вероятность слишком быстрого застывания жидкости в смеси для сцепления.

Необходимо провести утепление стен как можно быстрее после создания кирпичной кладки.

Как работать и делать кирпичную кладку – электропрогрев при ночных заморозках

Можно использовать данный метод при необходимости работать на небольшой территории при ночных заморозках. Для его осуществления необходимо обладать базовыми навыками взаимодействия с электрооборудованием. Во время того, как делаете кладку, в структуру смеси помещаются электроды, которые работают от электросети.

В случае нагревания они поддерживают оптимальную температуру в структуре конструкции. Обеспечивается соблюдение правильной технологии затвердевания цементного раствора, однако только в том случае, если кладка выполнена качественно.

При отсутствии электродов можно воспользоваться проволокой, диаметр которой не превышает 6 мм. Необходимо заранее определиться с источником тепла, а также подобрать удобную схема раскладки оборудования.

При подогреве стен возможен расход 175 кВт/ч на 1 м³. Большая часть тепла уходит на обогрев кирпича, что не выгодно, так как целью застройщиков является поддержание оптимальной температуры раствора. В качестве источников тепла могут выступать калориферы и электрообогреватели.

При применении стержневых электродов необходимо убедиться, что температура состава не будет опускаться ниже +10°С. Электроды помещаются в смесь на расстоянии примерно 20 см друг от друга.

В случае поддержания оптимального уровня тепла процесс затвердевания раствора происходит быстрее примерно на 20% при сравнении со стандартными показателями.

Данный способ является популярным и практически безопасным, однако требует больших затрат электроэнергии.

Заключение

Кладку кирпичей можно успешно провести при любой температуре, однако в теплое время года процесс происходит быстрее. Чтобы правильно выполнить работу в холодный сезон, необходимо заранее приготовить дополнительные материалы, рассчитать затраты.

Чтобы снизить риск возникновения любых сложностей, следует подготавливать раствор небольшими порциями.

График набора прочности бетона в зависимости от температуры

Сегодня бетон является самым популярным материалом для строительства. Широкое распространение этому материалу принесла высокая прочность. Чтобы получить максимальный показатель, необходимо учитывать ряд факторов, среди которых мы выделим температуру. Мы подробно разберем процесс формирования бетона и узнаем, сколько нужно времени для полного застывания в тех или иных условиях. Освоить материал помогут вспомогательные таблицы и графики.

Основными факторами, которые влияют на процесс набора прочности, являются:

  • температура окружающей среды;
  • время застывания;
  • влажность воздуха;
  • марка.

Также стоит учитывать соотношение цемента и воды в смеси, пропорции ингредиентов, способ перемешивания, скорость укладки и регулярность увлажнения. Максимально качественный результат можно получить только при использовании спецтехники. Ручное замешивание не сможет довести смесь до идеальной однородной массы. Это важно для возведения промышленных объектов, но для частного одноэтажного дома способ замеса особой роли не сыграет. На таблице ниже показано, как длительность набора прочности зависит от температуры:

Этапы твердения раствора

Уже довольно давно при строительстве любых объектов стали применять этот материал. Причем его применяют на любых стадиях этого процесса начиная с фундамента и заканчивая плитами перекрытия. Удобен этот материал тем, что способен в жидком состоянии принимать форму опалубки и, по мере его застывания, получается требуемая конструкция.

При этом необходимо знать промежуток времени, за сколько бетон набирает прочность. Обычно полная готовность бетона достигается через 28 суток. Обязательно все работы проводят согласно требованиям строительных норм и правил (СНиП). В этом документе полностью описано как работать с этим материалом в любое время года, чтобы объекты прослужили затем в течение 50—100 лет.

Причем при современном строительстве постоянно появляются новые технологии и конструктивные решения, позволяющие продлить этот срок. Но до сих пор процессу набора прочности уделяют большое внимание и следят за проведением каждого этапа, в которые входят:

  1. Застывание — начинается с первых минут, после залития бетонной смеси, которое производят с помощью автобетоносмесителя. В начальный период прямую зависимость имеет время набора прочности бетона от температуры. Чем температура выше, тем быстрее схватывается раствор. Например, при 20° C этот процесс протекает в течение часа, летом на открытом солнце — от 15 до 30 минут, а при 0° C — до 20 часов.
  2. Твердение — важный этап, при котором материал набирает до 70% расчетного значения прочности. Длительность этого процесса зависит от марки материала и протекает от 7 до 14 дней.

Во время заливки раствора одновременно берутся и контрольные пробы, которые затем проверяют специалисты и сравнивают с нормативами, через определенное время, по таблице твердения бетона.

Дополнительно о влиянии температуры внешней среды на твердение материала

Набор прочности бетона, особенности, график которого описаны в статье, зависит от температуры. Чем холоднее, тем медленнее будет повышаться прочность. При отрицательных температурах процесс и вовсе останавливается, так как вода замерзает, а ведь она обеспечивает гидратацию цемента. С повышением температуры набор продолжится. Но при снижении этот процесс снова остановится. Если в составе присутствуют модификаторы, время твердения уменьшается, тогда как температура, при которой процесс останавливается, снижается.

В продаже можно найти быстродействующие составы, которые имеют способность придавать бетону марочную прочность через 2 недели. Так как потепление будет способствовать сокращению процесса созревания материала, то можно утверждать, что при 40 °C марочное значение будет достигнуто через 7 дней. Поэтому заливка бетона должна осуществляться в жаркую погоду. Зимой для обеспечения нормальных условий потребуется подогрев материала, а своими силами осуществить такие работы будет проблематично, ведь потребуется специальное оборудование. Кроме того, нагревать раствор до 90 °C и выше недопустимо.

Факторы, влияющие на прочность

Практически все работы с раствором проводятся на открытом воздухе как летом, так и зимой. Погодные условия и температура воздуха оказывает непосредственное влияние на время застывания бетона. Таким образом, на набор прочности влияют следующие факторы:

  • температура;
  • влажность;
  • класс материала;
  • время.

Чем ниже температура на улице, тем медленнее и дольше будет происходить процесс затвердения. Зимой, в естественных условиях, эта процедура полностью останавливается, так как вода не испаряется, а замерзает. При повышении температуры застывание раствора опять продолжится. Чтобы это лучше понять, стоит обратиться к графику твердения бетона В25 или В30.

График представляет собой кривые линии, показывающие, как долго и при какой температуре достигается определенная прочность бетона. Если летом твердение бетона протекает естественным образом, то зимой необходимо принимать меры для его застывания. Для этого в бетонную смесь добавляют специальные противоморозные вещества, которые способствуют сохранению свойств приготовленного раствора.

При этом они не дают воде быстро замерзать и позволяют качественно провести заливку бетонной смеси. При более низких температурах сразу после заливки раствора обеспечивают его прогрев. Обычно для этого используют электрический ток или тепловые обогреватели. В первом случае с помощью проводов по контурам производят подключение непосредственно арматуры в опалубке или через электроды, погруженные в раствор.

Причем контуры не должны касаться друг друга, иначе будет короткое замыкание. Все подключение ведется через специальный масляный трансформатор для прогрева бетона. Во втором случае место бетонирования накрывают шатром и подключают несколько воздушных обогревателей. Большую роль играет повышенная влажность воздуха. Если ее показатели достигают 70—90%, то прочность раствора значительно увеличивается.

Зависимость уровня набора прочности от показателей температуры материала

Набор прочности бетона в зависимости от температуры материала будет происходить по-разному. В качестве примера можно рассмотреть марки бетона в пределах от М-200 до М-300, которые были затворены на портландцементе с маркировкой в пределах от М-400 до М-500. За сутки материал достигнет трехпроцентной прочности на сжатие, если его температура будет равна -3 °C. При условиях, что смесь будет иметь температуру в +30 °C, прочность за сутки составит 35%.

За трое суток прочность достигнет 8%, если температура материала будет равна -3 °C. 60% прочности удастся добиться при +30 °C температуры за этот же период времени. Если температура материала будет равна +5 °C в течение 28 дней, то прочность материала составит 77%. Стопроцентной прочности удастся добиться за 14 дней, если температура материала будет равна +30 °C.

Методы ускорения застывания бетона

Очень часто в процессе строительства необходимо ускорить процесс набора прочности бетона. Так, при заливке монолитных конструкций и ограничении сроков строительных работ применяют смеси на основе сернокислых, углекислых и аммонийных солей, хлоридов и нитратов кальция.

Применение этих добавок позволяет сократить длительность застывания бетона в 2 раза. Стоит заметить, что такие работы проводят в летний период и антиморозные добавки здесь не подойдут. В сильно жаркую и сухую погоду проводят увлажнение залитого раствора, так как очень быстро испаряется вода и происходит нарушение графика набора прочности материала.

Для этого верхнюю часть раствора накрывают материалом или посыпают опилками и периодически смачивают их по мере испарения воды. На асфальтобетонных заводах для ускорения застывания раствора применяют способ пропаривания. Процедуру эту проводят на открытом воздухе или в специальных закрытых камерах, где за 6—16 часов изделия из бетона набирают 60—70% прочности.

Как происходит набор прочности бетона

Схватывание состава может произойти в первые дни с того момента, как была изготовлена консистенция из цемента и воды. Время ее схватывания находится в прямой зависимости от температуры воздуха. Если она составляет 20°С, то может понадобиться около одного часа. Поскольку процесс застывания бетона не мгновенный, а достаточно долговременный, то для набора прочности материала может потребоваться несколько месяцев.

Зачастую схватывание цемента происходит приблизительно спустя около двух часов с того момента, как был затворен цементный раствор, а окончательный процесс может начаться приблизительно спустя три часа. Поэтому на данной стадии может помочь ускоритель схватывания бетона.


Изображение 1. График набора прочности бетона.

Начало данной стадии может быть отодвинуто в результате снижения температурного уровня, а ее продолжительность существенно возрастает. Если уровень температуры воздуха составляет 0°С, то начало этапа схватывания может произойти спустя от 6 до 10 часов после того, как произошло затворение смеси. При этом данный процесс способен растянуться на 15-20 часов. Если температуры завышены, то период схватывания бетона может быть сокращен, что составит около 10-20 мин.

Схватывание бетона предполагает то, что данный состав должен оставаться подвижным весь период, что позволяет оказывать влияние на смесь. Механизм тиксотропии, связанный с уменьшением вязкости субстанции в условиях механического воздействия на нее, то есть периодического смешивания бетона, который схватился не полностью, твердение и процесс высыхания бетона не начинаются. Данное свойство учитывают в процессе доставки раствора на бетоносмесителе, поскольку состав при этом должен перемешиваться в миксере, что позволяет сохранять все его важные свойства.

Вращение миксера машины препятствует высыханию цементного раствора, не позволяя твердеть смеси достаточно долго. Возможно и развитие необратимых последствий, которые называют «свариванием» бетона, а это снижает его полезные свойства. Данный процесс особенно быстро может происходить летом.

Что представляет собой процесс твердения бетона

Ниже перечислены особенности, характерные для бетона:


Относительная прочность бетона в разные сроки твердения при различных температурах.

  1. Чем ниже уровень температуры внешней среды, тем медленней твердеет состав и нарастает его прочность.
  2. Если температура не превышает нулевую отметку по Цельсию, то вода в составе начинает замерзать, а твердение смеси уже не происходит. Повышение уровня температуры влечет за собой возобновление твердения.
  3. Влажность среды позволяет всей строительной массе приобретать более высокую прочность, чем в процессе затвердевания бетона вне помещения.
  4. Процесс схватывания бетона может стать замедленным и практически непрерывным при отсутствии влаги, так как именно она необходима в первую очередь при гидратации цемента.
  5. Если температура повышается до 80-90°С, то происходит значительное увеличение скорости процесса нарастания прочности в условиях максимальной влажности.

Пар высокого давления позволяет пропаривать смесь автоклавным способом, что осуществляется только при создании соответствующих условий.

Набор прочности бетона — это непостоянная величина. Если твердение бетона происходит в нормальных условиях, то набор прочности начинается через одну-две недели, что составляет от 60 до 70% от того уровня прочности, который набирается за 28 дней. Далее он продолжается, но очень медленно. С момента, когда была произведена заливка раствора, затвердевание бетона является максимальным.

При правильном течении процесса гидратации должны соблюдаться определенные условия. Уровень влажности должен составлять от 90 до 100%, а температуры — от 18 до 20°С. При нарушении данных условий может произойти изменение времени застывания состава.

Переход воды при отрицательных температурах в твердое состояние вызывает в результате промерзания бетона давление кристаллов льда на массу частиц цемента, что может снижать качество состава.


Таблица соответствия марок и классов бетона.

Смесь начинает затвердевать и при низком уровне влажности. Это вызвано прекращением поступления влаги, что требуется для гидратации цемента.

Если для конструкции характерны идеальные условия, то гидратация возобновляется. Когда подходит к концу уже вторая неделя, то смесь уже имеет прочность, составляющую 80% от основной первоначальной прочности. После этого ее набор замедляется.

На практике по истечении 28 дней завершение набора прочности не происходит, поскольку длительность данного процесса может составлять несколько лет. Когда смесь достигает трехлетнего возраста, то его прочность соответствует 200-250% от величины, характерной для возраста бетона, равного 28 суткам.

Никто не может дать однозначного ответа на вопрос о длительности процессов твердения смеси. Все зависит от той нагрузки, которая запланирована для той или иной конструкции.

Как осуществляют испытания

Например, если планируется строительство забора из металлического сайдинга либо досок, то для его возведения будет достаточно устройства бетонного ленточного фундамента. Если требуется начать строительство дома на бетонном фундаменте, то без помощи специалиста высокой квалификации здесь не обойтись. Процесс набора прочности в зависимости от температуры показан на рисунке (ИЗОБРАЖЕНИЕ 1).


Изображение 2. Таблица набора прочности бетона.

Марочная прочность, которая набрана за 28 суток, на рисунке взята за 100%. Оценка класса бетона производится спустя 28 суток. Осуществление процесса испытаний возможно с использованием образцов, имеющих стандартную кубическую форму. Сторона куба при этом может составлять 15 см. Температура, позволяющая выдержать образец, должна достигать 20°С, а относительная влажность колебаться в пределах 95%. Хранить смесь в виде испытуемых образцов можно в камере нормального хранения в нормальных условиях.

Если уровень температуры твердения отклоняется от нормального в наибольшую сторону, то созревание бетона будет осуществляться в условиях повышенной температуры. Если происходит ее отклонение к наименьшей стороне, то твердение бетона может предполагать сниженную температуру.

В таблице (ИЗОБРАЖЕНИЕ 2) отражена информация, связанная с набором прочности бетонного состава, имеющего марку от М200 до М300, изготавливаемого на основе портландцемента, маркой М-400 или М-500, за первые прошедшие 28 суток, что определяется среднесуточной температурой.

Контроль за процессом

Набор прочности бетона в зависимости от температуры был освещен выше. Однако важно следить за процессом в течение первой недели. Мероприятия, направленные на обеспечение условий для выдержки, выражены в:

  • электрообогреве;
  • увлажнении;
  • укрывании влагозащитными и теплоизолирующими материалами;
  • обогреве тепловыми пушками.

Нужно будет уделить внимание смачиванию поверхности. Через неделю после выработки состава конструкция может быть нагружена, это верно, если температура воздуха будет равна 25-30 °C.

points – phrases – Multitran dictionary

EnglishRussian
access control and muster point checking systemсистема доступа и проверки сбора персонала
act of acceptance of central heating pointакт приёмки узла центрального отопления (called in Russia CTP Seregaboss)
active pointточка измерений
aniline pointанилиновая точка (критическая температура растворения нефти в анилине — критерий воздействия на резиновые изделия; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition)
anomalous pointаномальная точка
array pointsпункты расположения группы сейсмоприёмников
atmospheric boiling pointточка кипения при атмосферном давлении
auxiliary point methodметод вспомогательных точек (при интерпретации)
azimuthal pointазимутальная точка
backend cut pointтемпература конца кипения фракций (Iva Maria)
base pointфундаментальная точка
base pointосновная точка
bending yield pointпредел текучести при изгибе
best efficiency pointточка КПД
boiling point depressionпонижение точки кипения
boiling point diagramдиаграмма равновесия между жидкостью и паром
boiling point diagramдиаграмма кипения
boiling point gravity numberчисло, характеризующее зависимость между температурой кипения и плотностью в градусах Американского нефтяного института (одна из характеристик дизельного топлива)
boiling point loweringпонижение точки кипения
boiling point methodэбуллиоскопический метод определения молекулярного веса
boiling point risingповышение точки кипения
boiling point temperatureтемпература начала кипения
break-even pointточка «перелома» (Объем или уровень операций (производства или продаж), при котором совокупные поступления (валовый доход) равны совокупным издержкам, т. е. это точка нулевой прибыли или нулевых убытков)
break pointточка расслоения эмульсии
break pointмомент проскока
break pointпредел прочности
break pointточка осветления мутной жидкости
breakdown pointпредел прочности
breaking pointточка расслоения эмульсии
breaking pointточка осветления мутной жидкости
bubble pointтемпература и давление насыщения (при которых газ начинает выделяться из раствора нефти)
bubble-point gas-in-oil solubility factorкоэффициент растворимости газа в нефти при давлении начала испарения
bubble-point gas reservoirколлектор нефти с режимом растворённого газа
bubble point oilнефть, насыщенная газом
bubble point pressureдавление насыщения
bubble-point pressure determinationопределение давления насыщения нефти
bubble-point pressure of reservoir oilдавление насыщения пластовой нефти
bull pointпирамидальное долото
bull pointпирамидальная головка бура
bull point drilling bitпирамидальное буровое долото
burning pointтемпература воспламенения нефти (в открытой емкости; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition)
burning pointтемпература воспламенения нефти (в открытой емкости; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition)
burning pointтемпература воспламенения нефти (в открытой ёмкости)
capacity pointполная проектная производительность
capillary method of melting point determinationметод определения точки плавления вещества в капилляре
cardinal pointкардинальная точка
cardinal pointsточки, наносимые через каждые 90 градусов на торце или боковой поверхности алмазной коронки
casing pointглубина установки обсадной колонны
CDP-common-depth-point methodметод общей глубинной точки
cellular mesh pointузел регулярной сетки
cementing pointинтервал скважины, где произведено цементирование (на разрезе скважины)
cementing pointинтервал цементирования скважины
central delivery pointцентральный пункт доставки
chainage pointsпикетаж
chill pointтемпература каплепадения
chill pointтемпература застывания
chisel pointлезвие головки долотчатого бура
close-cup flash pointтемпература вспышки, определённая в приборе закрытого
closed-cup flash pointтемпература вспышки в закрытом тигле (sega_tarasov)
coagulation pointточка свёртывания
coagulation pointточка коагуляции
column bubble pointтемпература появления первого пузырька
column bubble pointтемпература начала кипения
common deep pointобщая глубинная точка (dimock)
common-depth point dataполученные методом общей глубинной точки
common-depth point dataданные, полученные методом общей глубинной точки
common-depth-point recordingрегистрация данных, полученных методом общей глубинной точки
common-depth-point shootingсейсмическая разведка методом общей глубинной точки
common-depth-point stackрезультат суммирования по методу ОГТ
common-depth-point stackсуммирование методом ОГТ
common-depth-point stackрезультат суммирования методом общей глубинной точки
common-depth-point stackingсуммирование методом общей глубинной точки
common reflection pointобщая глубинная точка (ОГТ; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition)
common shot pointобщий пункт возбуждения
condensation pointточка росы
congealing pointточка застывания
congealing pointточка замерзания
congruent melting pointконгруэнтная точка плавления
connection pointточка соединения
corner-point geometryсетка с распредёленными узлами (andrushin)
corrosion pointкоррозионный очаг
cross-over pointточка пересечения слоёв канатной навивки на барабане
cross-pointкрестообразный (о долоте)
cross pointкрестообразная головка (бура)
cross pointкрестообразное долото
cross pointдолото с крестообразно расположенными шарошками
crossing pointточка перехода (трубопровода)
crossover pointточка перехода измеряемой величины через нуль
cut pointграница кипения фракций
cut pointстык (различных нефтепродуктов при последовательном перекачивании их по трубопроводу)
cut pointточка отсечки
cut pointточка пересечения
cutting pointвершина резца
datum pointуровень приведения
decomposition pointтемпература разложения (гликолей, ингибиторов)
definite melting pointрезкая точка плавления
delivery pointобменный пункт (горючего)
delivery pointместо подвода и подачи
delivery pointместо выгрузки
delivery pointсдаточный пункт
demixing pointточка расслоения
detonation pointзона начала детонации
dew pointтемпература точки росы
dew pointтемпература конденсации
dew point unitустановка регулирования точки росы
diamond pointостриё алмаза
diamond pointпирамидальное остриё пикообразного долота
diamond point bitостроконечное долото (для вращательного бурения; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition)
diamond point bitостроконечное долото (для вращательного бурения; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition)
diamond point bitостроконечное долото (для вращательного бурения)
diamond-point bitпикообразное долото
diamond-point bitпирамидальное долото
diamond-point bitостроконечное долото
diamond-point drilling bitпикообразное буровое долото лопастного типа
distant pointотдалённая точка
distillation end pointконец разгонки
drain pointместо слива (конденсата; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition)
drill bit pointнаконечник бура
drill-bit pointнаконечник долота
drill to predetermined pointбурить до заданной глубины
drop-out pointточка выпадения (напр. парафина)
drop pointточка возбуждения источником типа падающий груз
drop pointточка возбуждения сейсмических волн падающим грузом
dropping pointточка каплепадения
dropping pointтемпература, при которой перегоняется первая капля
duty pointрабочая точка
emergence pointточка выхода сейсмоволны
end boiling pointточка выкипания сокр. ТВ (каждая фракция имеет две границы: Точку начала кипения (ТНК) и Точку выкипания (ТВ) Lkovalskaya30)
end pointтемпература выкипания (фракции)
end-point gasolineбензин с определённым концом кипения
end point yield curveкривая выхода фракций с заданным концом кипения
end-point yield curveкривая выходов фракций с заданным концом кипения (из нефти)
equilibrium boiling pointравновесная температура кипения
equilibrium dew pointравновесие фазовых состояний
equivalence pointточка эквивалентности
eutectic pointточка эвтектики
eutectoid pointэвтектоидная точка
extremal pointэкстремальная точка
fault pointточка нарушений (dimock)
fibre optic splice pointместо сростки оптико-волоконного кабеля
fictive point of fixityфиктивная точка крепления (заглублённой в дно моря опорной колонны самоподъёмной платформы)
filling pointналивной пункт
filling pointзаправочный пункт
final boiling pointконечная точка температура кипения
final boiling pointконец кипения
fire pointточка воспламенения
fire pointтемпература воспламенения (нефтепродукта)
fixed point recordingзапись при неподвижном приборе
fixed point recordingзапись в точке
flammability pointтемпература воспламенения нефти
flammability pointтемпература воспламенения
flare pointточка воспламенения
flash pointтемпература вспышки
flash pointточка температура вспышки (serz)
flash point apparatusприбор для определения температуры вспышки
flood starting pointочаг заводнения
flow pointточка текучести
focal pointточка фокусировки
four-point bitчетырёхперая головка бура
four point bitкрестообразное долото
four-point bitкрестообразное долото
four-point bitкрестообразная головка бура
four-point control methodметод четырёх контрольных точек (для определения выхода из нефти бензина с заданным фракционным составом)
free pointсвободная точка (прихваченной в скважине колонны труб)
free point finderлокатор для определения свободной части прихваченной колонны труб выше точки прихвата
free point indicatorиндикатор глубины прихвата колонны (бурильных или насосно-компрессорных труб)
free-point indicatorиндикатор свободной точки
free point indicatorприбор, указывающий глубину прихвата колонны
free-point indicator toolпpиxвaтooпpeдeлитeль (FPIT; определение тoчки пpиxвaтa бypoвой кoлoнны, мyфты HKT или oбcaднoй кoлoнны glenfoo)
free-point indicator toolлокатор верхней точки прихвата (труб)
free point surveyопределение верхней границы прихвата бурильной колонны (для определения её свободной части)
free point surveyопределение верхней границы прихвата
free point toolприхватоопределитель
freeze pointточка прихвата
freeze point of stringместо прихвата колонны
freezing pointточка застывания
freezing pointтемпература застывания
freezing point depressantпонизитель температуры застывания (нефти)
freezing point depressantпонизитель точки замерзания (цементного раствора)
freezing point depressionпонижение точки замерзания
freezing point depressionпонижение температуры замерзания
freezing point depression methodметод понижения температуры застывания
freezing point indicatorлокатор точки прихвата
freezing point loweringпонижение точки замерзания
freezing point loweringпонижение температуры замерзания
full boiling pointтемпература полного выкипания
full boiling pointконец кипения
fusing pointточка температура
fusion pointтемпература плавления
gage pointточка замера
gas control pointгазорегулировочный пункт
gas hydrate formation pointтемпература гидратообразования
ground-control pointназемный пункт контроля
hammer pointточка возбуждения сейсмических волн падающим грузом
high point pavingверхняя отметка дорожного покрытия
high pour-point crudeнефть с высокой температурой застывания
high pour point oilвысокозастывающая нефть (Donnegal Danny)
high-pour-point oilнефть с высокой температурой застывания
ice pointточка таяния льда
ice point depressionснижение нулевой точки
incidence pointточка падения (сейсмоволны)
inhibitor feed pointточка ввода ингибитора
initial boiling pointтемпература падения первой капли погона
initial boiling pointначальная точка кипения (IBP serz)
initial boiling pointначало кипения
intersection pointточка пересечения
intersection pointsвершины углов поворота
inversion pointточка инверсии обращения
isoionic pointизононная точка
it is necessary to point out thatнеобходимо отметить, что (dimock)
kick-off pointточка начала отклонения (ствола скважины)
kick off pointточка искусственного отклонения ствола скважины
kickoff pointточка ствола скважины, откуда начато бурение бокового ствола
kickoff pointточка изменения направления ствола скважины (при направленном бурении)
kickoff pointточка ствола скважины, где произведено искусственное отклонение
lambda-pointлямбда-точка
lance pointостриё бура
lap pointточка смены слоя канатной намотки (на барабане лебедки; Кирилл Извеков, Нефтегазовый словарь, Concise edition)
lap pointточка смены слоя канатной намотки (на барабане лебёдки)
load pointточка приложения нагрузки
loading pointпункт налива
logging tool measure pointточка записи каротажного прибора
low pour point oilнизкозастывающая нефть (Donnegal Danny)
lower pick-up pointнижнее положение талевого блока
lower pickup pointнижнее положение талевого блока
lowest ignition pointнизшая температура самовоспламенения
malecular boiling-point elevationмолекулярное повышение температуры кипения
measure pointточка записи (каротажного зонда)
measure 5 pointsземлетрясение силой 5 баллов
measurement pointточка измерений
measuring pointзамерная станция
mechanistic critical pointточка перехода от одного механизма реакции к
melting-point barблок для определения точки плавления
melting-point determination by capillary methodопределение температуры плавления капиллярным методом
melting-point tubeкапилляр для определения точки плавления
mid-percentage pointточка, соответствующая половинному отгону (фракции нефтепродукта)
mid-percentage pointпятидесятипроцентная точка
mixed aniline pointанилиновая точка смеси
mixed melting pointточка плавления смеси испытуемого вещества с химически
molal freezing-point depressionмоляльное понижение температуры замерзания
molecular depression of freezing pointмолекулярное понижение температуры замерзания
molecular elevation of boiling pointмолекулярное повышение температуры кипения
molecular freezing-point depressionмолекулярное понижение температуры замерзания
multiple shot pointsгруппа пунктов взрыва (в сейсмической разведке)
natural pour point depressantприродное вещество, понижающее температуру застывания
no-flow pointтемпература потери текучести (nikolkor)
nodal pointsузловые точки
nominal yield pointноминальный предел текучести
oil-freezing pointтемпература застывания нефти
oil freezing point depressantпонизитель температуры застывания нефти
oil pour-point depressantпонизитель температуры застывания нефти
oil-pour point determinationопределение температуры застывания нефти
on pointна угол (об ориентации алмазов в коронке)
one-point testметод испытания газовой скважины
open flash-pointтемпература вспышки в открытом тигле
original bubble-point pressureначальное давление насыщения (нефти газом)
original bubble-point pressureпервоначальное давление насыщения
Рour pointточка температура потери текучести (serz)
oxygen pointточка кипения жидкого кислорода
paraffin saturation pointтемпература насыщения нефти парафином
paraffin saturation pointтемпература насыщения парафином (нефти)
peritectic pointточка пересечения кривых ликвидуса между точками плавления компонентов
pig send and receive pointУЗПОУ (golos-tatiana)
pig send and receive pointузел запуска-приёма очистного устройства (golos-tatiana)
pin pointточное определение точки
pipe departure pointточка схода трубопровода (со стрингера баржи-трубоукладчика)
pipe departure pointточка схода трубы
plastic yield pointпластический предел твёрдости
pointзабой скважины
pointрежущая часть (инструмента)
pointрежущий угол (алмаза)
pointостриё (долота)
pointконец бура
point angleугол между режущей кромкой и осью вращения (бурового инструмента)
point by point comparisonпоточечное сравнение (dimock)
point checkпроверка в определённых точках (указанных в инструкции по техническому обслуживанию)
point determination of depthопределение глубины в точке
point drill bitпикообразное лопастное буровое долото
point feed systemточечная подача жидкости
point loadсосредоточенная нагрузка
point of applicationточка приложения
point of batch endточка смены партий нефтепродуктов в трубопроводе (при последовательном перекачивании)
point of chain ruptureместо разрыва цепи
point of contactточка соприкосновения
point of detectionместо обнаружения (неисправности)
point of discontinuityточка перегиба кривой
point of divergenceточка расхождения
point of fractureместо разрыва
point of inflectionточка перегиба
point of latticeудлинитель решётки
point of latticeузел решётки вышки
point of leakageместо утечки
point of maximum loadвременное сопротивление разрыву
point of maximum loadпредел упругости при растяжении
point of mixingточка смешивания
point of no flowточка отсутствия подачи
point of no flowточка отсутствия дебита/подачи
point of no-flowточка отсутствия подачи
point of no-flowточка отсутствия дебита
point of no-flowточка начала выброса (в газлифте)
point of water entryместо поступления воды (в скважину)
point orientationориентация на угол (алмаза)
point salvageразовая проба
point-to-point wiring topologyдвухточечная топология (монтажа)
pour pointтемпература застывания (масла)
pour pointтемпература текучести (масла)
pour-point additiveреагент, понижающий температуру застывания
pour-point depressantпонизитель температуры застывания (нефти)
pour-point depressorреагент, понижающий температуру застывания
pour point of the crudeтемпература застывания нефти
pour-point reducerреагент, понижающий температуру застывания
pressure above bubble pointдавление выше давления насыщения
pressure-testing pointместо временной установки манометра при опрессовке трубопровода
profile crossing pointпересечение профилей (dimock)
pulling pointточка отрыва керна (при разведочном бурении)
quadruple pointчетверная точка
quarter pointsточки, делящие окружность коронки на четыре части
rating pointрейтинговый балл (Islet)
receiver pointточка расположения приёмника
reference pointопорный пункт
reference pointконтрольная точка
refraction pointточка преломления
rescue pointконтрольная точка
retrograde dew pointтемпература обратной конденсации
reversal pointточка обращения
scattering of the pointsразброс точек
self-ignition pointтемпература самовоспламенения
set pointзаданное значение (регулируемого параметра перекачки)
set pointтемпература застывания
setting pointтемпература застывания нефти
setting pointтемпература застывания (нефтепродуктов)
setting pointглубина спуска обсадной колонны
shot pointместо перфорирования
shot pointточка взрыва
shot pointплощадь, занимаемая взрывной скважиной
shot pointпункт взрыва
shot point lineлиния пунктов взрыва
shot point seismometerконтрольный сейсмограф у пункта взрыва
shot point seismometerконтрольный сейсмометр из пункта взрыва
single failure pointэлемент, отказ которого приводит к отказу всей системы
single pointодноточечный
single point buoy mooringодноточечная система швартовки (глубоководная система, к которой могут швартоваться танкеры при разгрузке или погрузке нефти, поступающей по подводному трубопроводу)
single point buoy mooringединая система швартовки (глубоководная система, к которой могут швартоваться танкеры при разгрузке или погрузке нефти, поступающей по подводному трубопроводу)
single-point failureотказ, вызванный неисправностью одного элемента (системы)
single-point failureотказ , вызванный неисправностью одного элемента (системы)
single-point frac sleeveмуфта ГРП однократного действия (Jenny1801)
single-point loadсосредоточенная нагрузка
single point loadсосредоточенный груз
single-point mooringодноточечная система швартовки
single-point mooringединая система швартовки
single-point mooring buoyпричальный буй
single-point recorderодноточечный самопишущий прибор
single-point resistance logдиаграмма токового каротажа
single-point resistance logдиаграмма сопротивления заземления электрода
single point turret mooring systemсистема установки нефтяных платформ типа «башня на одной точке опоры»
single-point turret mooring systemсистема установки нефтяных платформ башенного типа на одной точке опоры
singular pointсингулярная точка
six-point mooringшеститочечная система швартовки
six-point steelшестиперое долото
smelting pointточка плавления
smelting pointтемпература плавления
smoke pointмаксимальная высота некоптящего пламени (показатель качества парафина)
softening pointточка размягчения (для битума)
softening point tubeпробирка для определения температуры размягчения (битумов)
solid pointточка отвердевания
solid pointточка затвердевания
SP-shot pointпункт взрыва
spear pointкопьевидная вершина (шарошки)
spill pointточка максимального заполнения (структурной или литологической ловушки нефтью или газом twinkie)
stagnation pointкритическая точка
stalling pointпредельная нагрузка (оборудования)
start point of proposed routeначало проектируемой трассы
start point of routeначало трассы
static measure pointстатическая точка записи (каротажного прибора)
steady-state point availabilityстационарная точечная эксплуатационная готовность
steam pointточка кипения
STI pointsбаллы КС (по Программе краткосрочного стимулирования сотрудников serz)
stick-up point detectorопределитель места прихвата
stoichiometric pointстехиометрическая точка
stuck pointместо прихвата
stuck-up point detectorприхватоопределитель
stuck-up point detectorдетектор точки прихвата
tapping pointточка отбора
tapping pointточка ответвления (на трубопроводе)
tar softening pointтемпература размягчения дёгтя
temperature below freezing pointотрицательная температура
tensile yield pointпредел текучести при растяжении
test pointконтрольно-измерительный пост (в системе катодной защиты)
thaw pointточка росы
thaw pointтемпература плавления
three-point bitтрёхперая головка бура
three-point core drilling bitтрёхлопастное колонковое буровое долото
three-point methodметод электроразведки с несимметричной установкой
three-point rollerрасширитель с тремя боковыми шарошками
three-point roller reamerрасширитель с тремя боковыми шарошками
tie-in pointточка врезки
tie pointузловая точка
tie pointточка пересечения профилей
time at shot pointвертикальное время
transfer pointприёмо-сдаточный пункт (JuliaKever)
transition pointточка перехода (из одного состояния в другое)
transition point of paraffin waxтемпература перекристаллизации парафина
transition point of paraffine waxтемпература перекристаллизации парафина
tri-point rock drillбурильный молоток на треноге
tri-point rock drillбурильная машина на треноге
true boiling pointтемпература начала кипения
true boiling pointистинная точка кипения (TBP, ИТК serz)
true-boiling-point curveкривая истинных температур кипения
true-boiling-point distillationразгонка смеси для определения истинных точек кипения
tying pointточки врезки (в трубопровод andrushin)
Ubbelohde drop pointточка каплепадения по Уббелоде
upper yield pointначальное напряжение текучести
upper yield pointначальное напряжение сдвига
view pointточка наблюдения
vitrifying pointточка стеклования
weak pointкабельное калиброванное соединение, разрывающееся при прихвате каротажного прибора
weak pointкалиброванное механическое соединение в кабельном наконечнике, разрывающееся при прихвате каротажного прибора
weight-drop pointточка возбуждения сейсмических волн падающим грузом
weight drop pointточка возбуждения источником типа падающий груз
well pointточка скважины (dimock)
whipstock pointместо установки отклонителя в скважине
whipstock pointместо установки уипстока в скважине
Wlan access pointточка подключения к локальной радиосети
working pointточка приложения силы
yield pointпредельное напряжение сдвига (бурового раствора)
yield pointточка предельного значения
yield pointдинамическое сопротивление сдвигу
yield pointпредел текучести

Потери жидкости в цементных растворах для применения в нефтяных скважинах

Цементный раствор, смешанный на буровых установках для применения в нефтяных скважинах, представляет собой перекачиваемую жидкость, состоящую из воды и различных частиц во взвешенном состоянии. Если эта жидкость подвергается воздействию перепада давления через фильтрующую среду, вода имеет тенденцию фильтроваться через среду, оставляя после себя частицы. Этот эффект с его выраженностью называется потерей жидкости.

Итак, что является или может выступать в качестве фильтрующего материала? Ну любое проницаемое образование есть.Следовательно, для цементного раствора, который вы планируете использовать, например, внутри обсадной колонны, потеря жидкости не является важным фактором при проектировании. Теперь характеристика водоотдачи цементного раствора также связана со свободной водой и стабильностью раствора, поэтому для полезного цементного раствора, даже внутри обсадной колонны, хорошая водоотдача (обычно означает низкую) равна косвенно фактору.

Так что, если вы потеряете немного жидкости — что в этом такого?

Итак, давайте рассмотрим пример, когда пульпа движется вверх по узкому кольцевому пространству, и вы теряете жидкость через проницаемый пласт. Оставшийся цементный раствор становится гуще по мере потери жидкости, и это увеличивает давление закачки. Это, конечно, может привести к большей потере жидкости и, возможно, к изменению режима потока и менее эффективному размещению. В тяжелых случаях суспензия может перекрыться и помешать вам залить весь цемент, или это может привести к гидроразрыву пласта и потерям, что опять же приведет к низкому ТОС (верхнему пределу цемента). Цементный раствор с меньшим содержанием воды также обычно схватывается раньше, поэтому время загустевания сокращается.Все это может привести к серьезному испорченному цементному делу, которое трудно исправить.

При работе с более крупными обсадными трубами потеря жидкости не вызывает беспокойства. Как правило, это не проблема и для работ в открытом стволе, если только это не пробка высокой плотности через проницаемый пласт, где вы можете получить более низкий ТОС, чем планировалось. Для сжатий проблема несколько иная. Для этих работ очень часто требуется определенный уровень потери жидкости, чтобы цемент перекрывал места утечки и герметизировался, а затем позволял потоку отводиться к другим частям, предназначенным для сжатия. В цементных растворах, используемых для борьбы с поглощением, высокая водоотдача была бы преимуществом, поскольку в этом случае цемент имел бы тенденцию к перемычке в направлении зоны поглощения.

Как определить водоотдачу цементного раствора?

Потери жидкости просто измеряются в лаборатории (в соответствии с API-RP-10B) (см. также статью Мигеля Диаса «Лабораторные испытания для рассмотрения при разработке «газонепроницаемого» цементного раствора), где раствор смешивается и выливается в небольшой ячейка с фильтрующей средой (сито 325 меш внизу).В ячейке создают давление до 1000 фунтов на квадратный дюйм, а затем на дне открывают клапан и измеряют количество жидкости, выходящей в течение 30 минут. Измеренное количество, умноженное на 2, представляет собой водоотдачу конкретного цементного раствора. Это стандартный способ измерения статической потери жидкости. В некоторых случаях суспензия вытечет всю жидкость до истечения 30 минут, а затем просто продует воздух. Тогда у вас не будет достаточного контроля водоотдачи, и для расчета 30-минутного интервала используется простая формула, основанная на времени, когда воздух начинает пропускать воздух.потеря жидкости (см. API-RP-10B)

Что такое хорошая или плохая потеря жидкости?

Конечно, зависит от приложения. Большинство операторов принимают значения потери жидкости ниже 200-250 мл/30 мин. как разумный хороший контроль водоотдачи, но для критических работ, таких как узкое хвостовик кольцевого пространства или работа с обсадными трубами через проницаемые углеводородные зоны, они обычно требуют значений водоотдачи ниже 50 или даже 15. Базовый цементный раствор 15,8 фунтов на галлон без химикатов для улучшения водоотдачи будет обычно имеют величину потери жидкости выше 1500 мл./30 минут. (ссылка Well Cementing, Nelson & Guillot).

Как контролировать потерю жидкости?

Все сервисные компании, предоставляющие услуги по цементированию буровых установок, используют несколько химикатов для улучшения контроля водоотдачи. Они работают по-разному и зависят также от других химических веществ и свойств цементного раствора. Тяжелый цементный раствор автоматически имеет меньшую водоотдачу, чем легкий. То же самое с хорошо диспергированной суспензией по сравнению с не очень хорошо диспергированной.Реальные химикаты для водоотведения работают по основным принципам:

  1. Частицы определенного размера и распределения, которые уплотняют и делают менее проницаемой фильтровальную корку, в некоторых случаях также образуется дополнительная пленка на фильтрационной корке
  2. Химикаты, загущающие жидкую фазу, уменьшающие скорость потока через фильтровальную корку
  3. Комбинация 1 и 2.

Теперь, какой тип химического вещества и какой подход вы выберете для снижения потери жидкости, обычно не так важно, важна только эффективность.Очень часто тип системы контроля водоотдачи, которую вы будете использовать, определяется другими факторами, такими как плотность навозной жижи и другие химические вещества, используемые для других целей.

Слышали ли вы о контроле водоотдачи в смолах, используемых в нефтяных скважинах? Есть ли вообще такое? Читайте мой следующий блог на эту тему.

 

 

 

 

 

 

Влияние утяжелителей на Свойства тампонажного цемента

Реферат

целостность нефтяных и газовых скважин во многом зависит от работы цемента.Поддержание свойства цементного слоя на протяжении всего срока эксплуатации скважины трудная задача, особенно в условиях высокой температуры и давления например, в глубоких колодцах. Для цементирования глубоких скважин требуются растворы с высокими плотностями. Системы тяжелого цемента предназначены для с утяжелителями. Эти материалы имеют более высокий удельный вес. по сравнению с цементом. Цель данной работы — исследовать влияние утяжелителей на свойства класса G тампонажных цементов и дать необходимые рекомендации по их применению.Реология, водоотдача, миграция газа и динамические упругие свойства из трех цементных растворов, содержащих разные утяжелители, а именно, были изучены гематит, барит и ильменит. Результаты указывают на то, что цементный раствор, разработанный с баритом, демонстрирует наилучшие реологическое поведение, которое обеспечило бы идеальное решение для глубоких скважины, где укладка цемента является проблемой. Баритовая суспензия имела минимальная пластическая вязкость. Пластическая вязкость гематита и ильменитово-утяжеленных систем было выше на 11.5 и 12,4% соответственно. Шлам на основе барита также имел самый высокий предел текучести 84,3 фунта f / 100 футов 2 , в то время как предел текучести гематита и баритовый цемент составляли 37,9 и 29,5 фунтов f / 100 футов 2 соответственно. Кроме того, прочность геля баритового цемента была самая высокая, с 10-секундной и 10-минутной прочностью геля 11,5 и 39,5 фунтов f /100 футов 2 соответственно. У Ильменита было самое положительное влияние на контроль водоотдачи, что было бы уместно в высокопроницаемых образования.Потеря жидкости составила 66 мл/30 мин, что ниже, чем у гематитовой (80 мл/30 мин) и баритовой (82 мл/30 мин) систем. Кроме того, наилучшие динамические упругие свойства проявляли ильменитовая система с наименьшим модулем Юнга (27,3 ГПа) и самый высокий коэффициент Пуассона (0,252). Это сделало бы ильменит быть очень полезным при разработке тяжелых цементных композитов, которые выдерживать серьезные внешние нагрузки, воздействующие на обсадную колонну и цемент. Гематитовый цемент оказался наиболее непроницаемым для газовой миграции. объем газа 127.8 см 3 , тогда как измеренный объем в баритовой и ильменитовой системах были выше на 20,9 и 78 % соответственно. Это делает гематит очень полезным в глубоких газовых скважинах, где важно контролировать миграцию газа.

1. Введение

Во время скважины цементирование, цемент навозная жижа циркулирует через обсадную колонну до желаемой высоты между снаружи обсадной колонны и стенки открытого ствола. 1 Цементная оболочка должна выдерживать вес обсадной колонны и любую нагрузку нанесенные на него изолирующие интервалы, 2 защищают обсадную колонну от агрессивных жидкостей и подавляют аномальные поровые давления. 3 Без надлежащей изоляции проблемных зон скважина может никогда не достичь своего максимального потенциала производства. 4 Цементирование нефтяных скважин из важнейших буровых работ. 5

В состав цементного раствора обычно входит несколько добавок которые играют разные роли в достижении цементного слоя с высокой целостностью. Например, можно разработать высокопрочный и низкопроницаемый цемент. примешивая кварцевую муку. 6 Ускорители могут быть включены для сокращения времени схватывания при использовании замедлителей схватывания чтобы отсрочить это. 7,8 Наполнители уменьшают плотность раствора, диспергаторы снижают вязкость, а агенты водоотдачи сводят к минимуму утечку водного раствора. фазы цемента, а пеногасители предотвращают пенообразование. 9 Из-за высокой температуры происходит гидратация цемента очень быстро, что вынуждает использовать экстендеры для расширения настройки время. Однако для уменьшения времени схватывания цемента наиболее часто ускоритель — хлористый кальций. 10 Это требуется разработать цементный раствор с помощью множества стандартных шагов для обеспечения качественного цементного слоя. 11

В глубоких скважинах необходимо использовать цементные системы. Цементные растворы плотностью 17 ppg и выше может быть использован в случае нестабильной скважины, зон с высоким пластом давления и деформируемые сечения. 12 самый дешевый способ увеличить плотность цемента — уменьшить количество воды. 13 Однако API Spec 10 B2 14 рекомендует водоцементное отношение 44 % в первичное цементирование, в результате чего получают растворы плотностью около 16.5 стр. на гал. 3 Тяжелые системы на основе цемента очень трудно смешивать и перекачивать без диспергатора. 9 Идеальный утяжелитель должен быть инертным и иметь однородную распределение частиц по размерам и больший удельный вес по сравнению к цементу. 15 Эти материалы в основном используется в буровых растворах для преодоления высокого порового давления. Поскольку глубокая нефть скважины характеризуются высоким пластовым давлением, что существенно использовать тяжелые материалы, такие как гематит, барит и ильменит в тампонажном цементе. 16

Гематит (Fe 2 O 3 ) имеет удельный вес около 4,9–5,3. 17 Природный минерал кирпично-красного цвета. цвет. Добавление частиц гематита может повысить плотность цемента. до 22 ppg. 9 Первоначально был представлен гематит. из-за проблем, с которыми сталкивается барит. 18 Однако гематит оказывает абразивное воздействие на оборудование, но это проблемы можно избежать, используя порошок размером менее 45 мкм. 19

Барит (BaSO 4 ) светло-серый материал.Его удельный вес изменяется от 4,0 до 4,5 и может увеличить плотность раствора до 18 ppg. Барит наиболее часто используется утяжелитель для бурового раствора; однако он редко используется в цементных растворов из-за высокой потребности в воде, что приводит к снижению прочности на сжатие. 20,21

Ильменит (FeTiO 3 ) — природный минерал черного цвета. до темного цвета. Он имеет удельный вес от 4,5 до 5. Хотя удельный вес ильменита немного меньше, чем у гематита, не требует дополнительной воды и дает аналогичный прирост плотности как гематит при эквивалентных концентрациях.Ильменит и гематит имеют незначительное влияние на время загустевания и прочность на сжатие. 22 Кроме того, ильменит имеет более низкий процент токсичных металлов и высокой абразивностью по сравнению с баритом из-за к более крупному размеру частиц. 23 Однако, эту абразивность можно уменьшить, используя микронизированный ильменит.

Утяжелители могут влиять на реологические свойства буровой раствор. 24,25 Влияние на реологические свойства также применимы в цементе. 17 Кроме того, тяжелые материалы влияют на тенденцию водоотдачи цементных систем. Высокая водоотдача снижает качество цементного раствора. системы. 20 Максимальная степень фильтрации может привести к засорению прискважинной зоны и, следовательно, к увеличению время, необходимое для стимулирования производства и снижения эффективности колодца. 26 Улучшение контроля потери жидкости вязкость, снижает повреждение пласта и снижает закупоривание кольцевого пространства. 27 Утяжелители имеют плохую миграцию газа контрольные характеристики из-за проблем с осаждением. 28 Миграция газа – одна из самых распространенных проблем в буровых работах. 29 Это может привести к плохая изоляция зон, повышенное давление в кольцевом пространстве на поверхности, снижение дебита, увеличение газообводненности и выбросы. 30 Следовательно, очень важно проверить цемент суспензии на газоанализаторе для оптимизации процесса цементирования. 31 Надлежащая очистка кольцевого пространства перед процесс цементирования обеспечивает необходимую герметичность на контакт между горной породой, цементным кольцом и обсадными трубами, которые уменьшают миграцию газа. 32

Хотя утяжелители существенно влияют на свойства тампонажного цемента было проведено лишь несколько исследований по изучению влияние некоторых из этих материалов на некоторые свойства цемента. 16−18 Целью данной работы является изучить влияние трех различных утяжелителей на некоторые свойства цемента для нефтяных скважин, такие как реологические свойства (пластическая вязкость, предел текучести и прочность геля), водоотдача, газ миграция и динамические упругие свойства (модуль Юнга и коэффициент Пуассона).

Последовательности следующих разделов бумаги следующие: во-первых, используемые утяжелители и тип цемента будет охарактеризован в разделе 2.1. Затем процедура подготовки цементных растворов объясняется в разделе 2.2. После этого методика измерения каждое свойство цемента описано в разделе 2.3. Затем результаты каждого свойства цемента обсуждается в разделе 3. Наконец, это исследование завершается в разделе 4 с описанием преимуществ каждого утяжеляющего материала.

2. Результаты и обсуждение

2.1. Реологические свойства

Результаты показывают, что утяжелители имеют различные эффекты. по реологии цемента. сравнивает пластическую вязкость исследуемых растворов. Шлам ильменита имел самую высокую пластическую вязкость 388,7 сП, за ним следует гематитовый цемент с пластической вязкостью 385,4 сП. Тяжелая система, содержащая барит, имела самую низкую пластическая вязкость 345,7 сП (на 10,3% меньше, чем у гематита цемент).Низкая пластическая вязкость предпочтительна, так как такая цементная система будет иметь низкое сопротивление потоку.

Влияние утяжелителей на пластик вязкость цемента.

Результаты выхода точки цементных растворов изображены на . Результаты показали, что ильменит на основе цемент имел самый низкий предел текучести 29,6 фунтов f / 100 футов 2 . Гематитовый цемент имел предел текучести 37,9 фунтов f / 100 футов 2 , в то время как предел текучести цемента на баритовой основе был самым высоким, со значением 84.3 фунта f / 100 футов 2 . Высокое значение предела текучести баритовой суспензии улучшило несущая способность тампонажного раствора в динамических условиях по сравнению к двум другим утяжелителям.

Влияние взвешивания материалов по пределу текучести цемента.

Эффект взвешивания материал по прочности гелей был также исследован в и . Прочность геля ильменитового цемента была самой низкой, с 10-секундный гель 10,5 фунтов f /100 футов 2 и 10 мин. гель 35 фунтов f /100 футов 2 .Гематитцементная система имел 10-секундную и 10-минутную прочность геля 11,2 и 36,4 фунта f /100 футов 2 соответственно. Самая высокая прочность геля, 10 с 11,5 фунтов f /100 футов 2 и 10 мин. 39,5 геля lb f /100 ft 2 , были зарегистрированы с помощью баритовой системы. Эти высокие значения прочности геля в баритовой системе усиливают несущая способность цементного раствора и помогает цементу сопротивляться газовая инвазия в статических условиях.

Влияние взвешивание материалов на 10-секундную прочность геля цемента.

Влияние из утяжелители на Гелеобразная прочность цемента через 10 мин.

2.2. Жидкость Убыток

Влияние взвешивания материалы по водоотдаче представлены в . Баритовая суспензия имела самую высокую текучесть. потеря (82 мл/30 мин), затем система гематита (80 мл/30 мин). Водоотдача ильменитовой системы (66 мл/30 мин) меньше на 17,9 %. чем у гематитовой суспензии. Это явление низкой скорости потери жидкости, наблюдаемые в системе, разработанной с ильменитом, были обусловлены способности перепада давления сжимать меньшее количество частиц, присутствующих в цементном растворе с ильменитом, эффективно, тем самым обеспечивая хорошую гидратацию цемента.Следует упомянуть, что все три утяжелителя находились в допустимом диапазоне водоотдача, так как принятый диапазон водоотдачи при цементировании по пром. 100 см 3 /30 мин.

Влияние утяжелители на водоотдачу цемент.

2.3. Миграция газа

Было замечено, что утяжелители влияют на миграцию газа в тяжелых цементных системах (). Газ прорыв в ильмените начался только через 4 мин и достиг своего предела. максимальный объем 227 см 3 за 18 мин.Миграция газа в баритовая суспензия начиналась через 8 мин и достигала максимального объема 154 см 3 за 15 мин. Наименьший объем мигрировавшего газа был зарегистрированы в гематитовой суспензии. Газовое вторжение в гематитовую систему был в основном постоянным при низком объеме 9 см 3 в течение примерно 21 мин и достиг максимального объема 128 см 3 за 24 мин. Цементные системы с низким объемом газа имеют лучшую изоляцию зон.

Влияние из утяжелители на газовую миграцию цемента.

Следует отметить, что три утяжелителя системы не могли предотвратить миграцию газа, о чем свидетельствует их большой объем мигрированный газ показан на . Это связано с низким гидростатическим давлением цемента. что было меньше, чем давление газа после начального времени схватывания. Такое низкое значение гидростатического давления цемента связано с уменьшением объема воды внутри цементной матрицы. Есть два основных явления которые способствуют этому уменьшению объема воды. Первый — это гидратации цемента, а второй – потери жидкости в пласт.Хотя трудно контролировать первое явление, можно контролировать потерю жидкости. Общепринято, что раствор цементного раствора потери менее 50 мл/30 мин будет достаточно, чтобы смягчить миграцию газа. 33 Однако потери жидкости в трех взвешенных цемента превышала 65 мл/30 мин, как показано на рис. Поэтому для предотвращения или смягчить эту миграцию газа, рекомендуется уменьшить количество водоотдачи шлама за счет увеличения используемой присадки для водоотведения. Другой способ уменьшения миграции газа — использование расширительных присадок для лучшего сцепления цемента в зоне контакта цемент-обсадная труба и цементоформирование 34 или с использованием наночастиц например, нанокремнезем для предотвращения миграции газа. 35,36 Также, комбинация гематита и Микромакса (четырехокись марганца) с расширительные добавки и кварцевая мука могут значительно уменьшить количество миграции газа, как объяснили Аль-Ями и Аль-Хумаиди. 37

2.4. Dynamic Elastic Properties

сравнивает динамический модуль Юнга затвердевших паст каждого цементного композита. Барит и гематит системы имели аналогичный модуль Юнга примерно 33,4 ГПа, тогда как ильменитовая система показала самый низкий модуль Юнга из 27.3 ГПа. Это значение на 18% меньше значений, измеренных с системы на основе барита и гематита.

Влияние взвешивания материалы по модулю Юнга цемента.

Эффект этих материалов на динамическом коэффициенте Пуассона показан на . Гематитовый цемент имеет самый низкий коэффициент Пуассона. коэффициент 0,236. Коэффициент Пуассона баритового цемента составил 0,245. Ильменитовый цемент имеет самый высокий коэффициент Пуассона 0,252. Это значение на 6,8% больше, чем на гематитовом цементе.

Влияние утяжелители по Пуассону отношение цемента.

Низкое значение Юнга зарегистрирован модуль и высокий коэффициент Пуассона для ильменитового цемента означает, что система более гибкая, повышая его устойчивость к внешним нагрузкам, например, к цементу оболочки во время перфорации.

3. Выводы

Влияние трех утяжелителей (гематит, барит, ильменит) на свойства цемента класса Г был оценен. Оцениваемыми свойствами были реология (пластическая вязкость, предел текучести и прочность геля), водоотдача, миграция газа и динамическая упругие свойства (модуль Юнга и коэффициент Пуассона).Было замечено следующее.

  • Наиболее благоприятное влияние на реологию оказал барит.

  • Тяжелый ильменитовый цемент имел самую низкую водоотдачу.

  • Ильменит обладал лучшими динамическими упругими свойствами по модулю Юнга и коэффициенту Пуассона.

  • Система с гематитом имела самый низкий объем газа и, следовательно, лучший контроль проникновения газа.

Результаты этого исследования могут служить руководством при выборе лучший утяжеляющий материал для конкретных условий ствола скважины.За например, утяжеленная баритом цементная система из-за ее улучшенной реологии станет отличным решением для глубоких скважин, где закладка цемента вызывает беспокойство. С другой стороны, ильменит благодаря своей способности уменьшить объем потери жидкости, было бы целесообразно в высокопроницаемых интервалы. Кроме того, из-за высокой эластичности утяжеленного ильменитом цемента, ильменит был бы очень полезен при разработке тяжелого цемента. композиты, способные выдерживать серьезные внешние нагрузки, воздействующие на обсадная и цементная.В глубоких газовых скважинах, где осуществляется контроль миграции газа важно, гематит был бы полезен из-за его низкой проницаемости к газу.

4. Материалы и Методология

4.1. Материалы

Три цементных раствора были на основе цемента класса G, жидкого потери, кварцевая мука, замедлитель схватывания, диспергатор, пеногаситель, вода и утяжелитель материалы. Доля каждой композиции указана в Таблице 1. Три взвешивания материалы использовались в различных количествах для поддержания постоянной 18 плотность раствора на галлон.Первая цементная система представляет собой гематитовый раствор, который был приготовлен с 32,9% по массе цемента (BWOC) гематита, вторая пульпа содержит 37,6% БВОУ барита, а третья пульпа был приготовлен с 36,3% BWOC ильменита.

Таблица 1

Цемент Шламы Состав

класс G цемент0 44 9033 гематит
  концентрация, BWOC %
компонент гематит-взвешенный Slurry Барит взвешенная суспензия ILMENITE-взвешенная суспензия
100 100 100 100
потерю жидкости 0.5 0,5 0,5
кварцевая мука 35 35 35
замедлитель 1,5 1,5 1,5
диспергатор 0,25 0,25 0,25
Defoamer 4. 7 × 10 -7 -7 4,7 × 10 -7 4,7 × 10 -7
Water
44 44
32.9 0 0 0 0
Барит 0 0 37.6 0
Ilmenite 0 0 36,3

С момента цели заключалась в приготовлении суспензий одинаковой плотности, удельного веса цемента и тяжеловесных агентов были критическими. Удельный вес цемента и утяжелителей перечислены в таблице 2.

Таблица 2

Специальные Плотность материалов

2 5.10
материалы удельный вес (SG)
цемент класса G 3.15
Hematite (Fe 2 O 3 ) 4.95
Барит (BASO 4 ) 4.20
Ilmenite (FETIO 3 )

Сравнение между три утяжеляющих материала также должны учитывать стоимость обучения экономические аспекты выбора этих материалов. Согласно сервисной компании, цены варьируются, как показано в таблице 3. Например, самый дорогой материал это ильменит, который стоит 0 долларов.36 фунтов за фунт, за которым следует гематит, который стоит 0,27 доллара за фунт, тогда как барит имеет самую низкую цену 0,09 доллара за фунт.

Таблица 3

Цена весовых материалов

E веса Стоимость ($ за фунт)
Hematite 0.27
Барит 0,09
Ilmenite 0,36

Блок влажного диспергирования ANALYSETTE 22 Nano Tec plus инструмент был используется для определения гранулометрического состава гематита, барита, ильменита и цемента (). Средний размер ( D 50 ) класса Цемент G и барит имеют размеры 12,15 и 11,65 мкм соответственно. D 50 (9,41 мкм) гематита находится между те из барита и ильменита. Самый мелкий материал — ильменит. со средним размером 8 мкм.

Частица распределение размеров для (а) саудовского цемента класса G, (б) барита, (в) гематита, и (d) ильменит. Синие стрелки на этом рисунке указывают на D 50 .

Для сравнения элементного состава из трех утяжелителей и цемента класса G рентгенофлуоресцентный (XRF) был использован метод.Результаты РФА показывают, что гематит в основном состоит из Fe (95,8%), как показано на рис. Основным элементом в барите является Ba с Концентрация 70%, как показано на рис. Однако ильменит в основном состоит из два минерала Fe и Ti с содержанием 55,9 и 37% соответственно, как показано в . Цемент класса G имеет кальций в качестве основного компонента в концентрации 15,5%, как показано на рис.

Состав гематита по РФА.

Состав барита по РФА.

Состав ильменита по РФА.

Состав цемента класса G методом РФА.

4.2. Подготовка раствора

Три цементных раствора были подготовлены по методике Американского института нефти. 13,35 Сначала цемент класса G был замешан всухую с кварцевой мукой и утяжелителем. материал. Затем в смеситель помещали воду и добавки. добавлялись по одному. Затем в смеситель добавляют сухую смесь. где перемешивание поддерживалось при 12000 об/мин в течение примерно 1 мин.

После смешивания суспензии заливали в атмосферный консистометр для кондиционирования для имитации забойных условий.Консистометр работал со скоростью 150 об/мин и температурой 200 °F в течение 20 мин. После кондиционирования суспензии разливают в разные оборудование, основанное на требуемом тесте, таком как реологический тест, фильтрация испытание и испытание на миграцию газа.

4.3. Характеристики Измерения

Подготовленные образцы были испытаны исследовать влияние каждого утяжелителя на цемент такие свойства, как реология, водоотдача, миграция газа и эластичность характеристики. Процедура для каждого теста кратко изложена в следующем подразделы.

4.3.1. Реология Испытание

Влияние утяжелителей на реологические свойства цемента такие свойства, как предел текучести (YP), пластическая вязкость (PV), 10 с Проверяли прочность геля (10 с) и прочность геля через 10 мин (10 мин). Эти свойства определяют текучесть цементных растворов. реологический свойства измеряли с помощью вискозиметра 900, а значения напряжения сдвига были зарегистрированы при нескольких скоростях сдвига, включая 3, 6, 100, 200 и 300 об/мин. Среднее значение между возрастающими и использовались нисходящие чтения.

4.3.2. Жидкость Тест на поглощение

Тест на поглощение выполняется для описания содержания воды или жидкости, которое отделяется из пульпы в течение 30 мин пребывания при давлении 100 psi и температура окружающей среды. Значительная потеря жидкости приводит к к миграции газа и увеличению давления откачки, что вызывает больше потерь и, как следствие, высокая вязкость суспензии. Фильтр HTHP В этом исследовании использовался пресс-аппарат.

После кондиционирования шлама и нагревая камеру фильтр-пресса, образец цемента был осторожно переносят в клетку.Было применено противодавление 100 фунтов на квадратный дюйм. для предотвращения испарения фильтрата. Объем фильтрации регистрировали в разные периоды от 30 с до 30 мин.

4.3.3. Испытание на миграцию газа

Исследования миграции газа проводились при давлении и температуре 1000 psi и 250 °F соответственно. Ячейка имеет поршень и сетчатый экран в нижней части поршня для имитации проницаемости образования на поверхности цемента. Также есть еще один сетчатый экран на дне ячейки для имитации проницаемого пласта ниже цементный раствор.На поршень было приложено давление 1000 фунтов на квадратный дюйм. для имитации скважинных условий во время операции цементирования, где буровые растворы или буферные растворы оказывают давление на верхнюю часть цемента. Азот газ был закачан под давлением 500 фунтов на квадратный дюйм для имитации зон высокого давления. Противодавление 300 фунтов на квадратный дюйм было использовано для моделирования формирования давления в скважине ниже. Прибор регистрирует гидростатическое давление вскрышных пород, противодавление, и давление впрыска азота. Эти давления постоянны на протяжении тест. Устройство также регистрирует переменные параметры, такие как поровое давление, температуры и движения поршня.

4.3.4. Динамический Испытание упругих свойств

После кондиционирование, суспензии заливали в цилиндрические металлические формы. диаметром 1,5 дюйма и длиной 4 дюйма. После этого суспензии отверждались при температуре 300 °F. и давление 3000 фунтов на квадратный дюйм в течение 24 часов с использованием высокого давления/высокой температуры сушильная камера. Влияние утяжелителей на упругие свойства (модуль Юнга и коэффициент Пуассона) затвердевшего цемента был изучен. Ультразвуковые скорости, такие как P-волны и S-волны были измерены с использованием звукового режима машины для скретч-теста.Эти ультразвуковые скорости обеспечивают динамические упругие свойства при комнатной температуре и атмосферном давлении. 38−40

Влияние теплоты гидратации цемента на максимальную температуру межтрубного пространства нефтяных и газовых скважин | Ежегодная техническая конференция и выставка SPE

Тезисы

Последние достижения в области электронных технологий позволили контролировать и регистрировать в режиме реального времени температуру затрубного пространства в действующих скважинах как во время, так и после первичного цементирования.Достижения позволили операторам записывать всю историю температуры в кольцевом пространстве своих скважин, включая критический период, когда происходит гидратация цемента. Способность записывать эти фактические температуры может существенно повлиять на цементирование нефтяных месторождений несколькими способами. Что наиболее важно, текущая общепринятая практика в отрасли заключается в испытании некоторых критических характеристик затвердевшего цемента, таких как прочность на сжатие и растяжение, при статической температуре на забое (BHST). Если краткосрочная максимальная температура в кольцевом пространстве значительно отличается от более поздней BHST скважины, то лабораторные испытания цемента при устойчивой BHST могут оказаться неточными на основе фактической температуры цементного раствора в скважине.Также вызывает озабоченность тот факт, что, поскольку максимальный скачок температуры от гидратирующегося цемента может не произойти до тех пор, пока цемент не достигнет начального схватывания, величина любого последующего изменения температуры после начального схватывания может оказать сильное влияние на индуцированное напряжение в цементной оболочке. , а также обсадной колонны и пласта.

Основываясь на фактических полевых измерениях температуры в кольцевом пространстве, авторы подробно описывают, как переменные факторы индивидуальной теплоты гидратации, относительная геометрия кольцевого пространства и конечная BHST взаимодействуют для получения краткосрочных максимальных температур в цементной оболочке.В некоторых случаях эти максимальные температуры могут значительно отличаться от стабилизированной BHST в скважине. Фактические данные о температуре в кольцевом пространстве были получены из скважин как в Северной, так и в Южной Америке и включают как неглубокие, так и глубокие скважины.

Введение

Поскольку недавние технологические достижения подтолкнули разведку запасов нефти и газа к более экстремальным местам и условиям, сервисным компаниям пришлось пересмотреть многие устоявшиеся представления о том, как и при каких условиях должны применяться композиции для цементирования скважин. пройти тестирование.Одним из ярких примеров может быть глубоководная разведка. Как отмечают многие авторы 1,2,3 , температура морского дна, близкая или даже немного ниже точки замерзания пресной воды, не является редкостью условий, при которых необходимо успешно укладывать и гидратировать цемент. В других экстремальных условиях на суше в высоких широтах вечная мерзлота может подвергать цементные системы воздействию очень низких температур, при которых ожидается гидратация цемента. На противоположном конце спектра бурение при высоких температурах и высоком давлении (HTHP) в различных местах по всему миру также приводит к экстремальным температурам, при которых необходимо тщательно укладывать и гидратировать цемент.

(PDF) Новый состав легкого цементного раствора для нефтяных скважин с использованием природного пуццолана

248 Larki, O., et al. Advances in Geo-Energy Research 2019, 3(3): 242-249

цементный раствор, но со временем за счет активации

пуццолановых реакций эта разница уменьшается.

• Замена части цементного порошка

натуральным пуццоланом в составе шлама может рассматриваться как важный шаг в снижении затрат и более

в защите окружающей среды за счет снижения

выбросов CO2.

Номенклатура

Сокращения

API = Американский институт нефти

ASTM = Американское общество по испытаниям и материалам HSR = Высокая сульфатостойкость

MRS = Средняя сульфатостойкость

POFA = Топливная зола пальмового масла

Переменные

µp= Пластическая вязкость, сП

θ100 = показания по шкале при скорости вращения 100 об/мин,

градусы

F = коэффициент пружины, безразмерный

τ0= предел текучести, фунт/100 фут2 для

его лабораторное оборудование и материалы. Особая благодарность Масуду

Наибу Ли из заводской лаборатории Кермана за его руководство.

Открытый доступ Эта статья распространяется на условиях

лицензии Creative Commons Attribution (CC BY-NC-ND), которая разрешает

неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что

оригинал работа цитируется правильно.

Ссылки

Абид К., Голами Р., Тионг М. и др. Пуццолановый

дополнительный материал для усиления цемента класса G используется

для операций бурения и заканчивания.Дж. Бензин. науч. англ.

2019, 177: 79-92.

Ахмад, М.Х., Омар, Р.К., Малек, М.А., и др. Прочность на сжатие

бетона из топливной золы пальмового масла. В материалах

International Conference on Construction and Building

Technology, Куала-Лумпур, Малайзия, 16-20 июня 2008 г.

Аль-Ями, А.С., Аль-Шехри, Д.А., Аль-Салех, С., и др. . Долговременная

оценка цемента низкой плотности на основе полых стеклянных

микросфер помогает обеспечить эффективную изоляцию

зон в скважинах высокого/высокого давления: лабораторные исследования и полевые применения.

Документ SPE113138 Представлен на совместном собрании SPE Western Regional

и Pacific Section AAPG, Bakersfield,

California, 29 марта-4 апреля 2008 г.

Al-Yami, AS, Nasr-El-Din, HA, Al- Хумаиди, А.С., и др.

Оценка и оптимизация цемента низкой плотности:

лабораторные исследования и применение в полевых условиях. Сверло SPE.

Завершение 2010, 25(01): 70-89.

Аль-Ями, А.С., Юань, З., Шуберт, Дж. Вероятность отказа

с течением времени при различных условиях эксплуатации для

системы с низкой плотностью на основе полых микросфер

подтверждена долгосрочными лабораторными исследованиями и полевыми примерами.

Документ SPE159141 Представлен на конференции и выставке SPE Asia Pacific Oil

and Gas, Перт, Австралия, 22-

24 октября 2012 г. Второе издание. Апрель 2013 г.

API Spec 10A: Технические условия на цементы и материалы

для цементирования скважин. Двадцать четвертое издание. Декабрь,

2010 г.

Обозначение ASTM C618-08a, Стандартные технические условия для угля

Летучая зола и необработанный или кальцинированный природный пуццолан для использования

в бетоне, 2008 г.

Обозначение ASTM C702/C702M-11, Стандартная практика для

Уменьшение проб заполнителя до размера для испытаний, 2011 г. 16, Стандартный метод испытаний

Плотность гидравлического цемента, 2016 г.

Бенге, О.Г., Спэнгл, Л.Б., Зауэр, мл. Вспененный цемент-

решение старых проблем с помощью новой техники. Документ

SPE11204 Представлен на Ежегодной технической конференции и выставке SPE

, Новый Орлеан, Луизиана, 1 января,

1982.

Брандл А., Брей В., Доэрти Д.Р. Технически и экономически

улучшенная система цементирования с устойчивыми компонентами

. Документ SPE136276 представлен на конференции IADC/SPE

Asia Pacific Drilling Technology Conference и выставке

, Хошимин, Вьетнам, 1-3 ноября,

2010.

Brandl, A., Cutler, J., Seholm, A. ., и другие. Цементирующие растворы

для коррозионно-активных сред скважин. Сверло SPE. Заполнение

2011, 26(02): 208-219.

De Rozieres, J., Ferriere, R. Характеристика вспененного цемента

в скважинных условиях и ее влияние на проектирование работ.

НПП «Технология производства», 1991, 6(03): 297-304.

Dumbauld, G.K., Brooks, Jr.F.A., Morgan, B.E., et al.

легкий нефтеэмульсионный цемент с низкой водоотдачей для использования

в нефтяных скважинах. Petroleum Transactions 1956, 207: 99-104.

Эльмарсафави Ю.А., Варман Р., Асад А. и др. Цементирование продуктивного пласта

с низким градиентом давления гидроразрыва

на месторождении Вафра, Кувейт.Документ SPE107047 Представлен на

Азиатско-Тихоокеанской нефтегазовой конференции и выставке,

Джакарта, Индонезия, 30 октября – 1 ноября 2007 г. Улучшенные свойства

и рентабельное применение с постепенными

улучшениями в цементировании 50:50 Poz. Документ SPE-

94327-MS представлен на конференции Canadian International Petroleum

, Калгари, Альберта, 7–9 июня 2005 г.

Harms, W.М., Саттон, Д.Л. Сверхнизкоплотное цементирование

операции. Дж. Бензин. Технол. 1983, 35(01): 61-69.

Кулакофски Д., Фолкнер К., Уильямс С. и др. Новый класс микросфер

улучшает экономику и позволяет

циркулировать там, где предыдущие конструкции понесли убытки: история болезни

. Документ OMC-2011-083 представлен на Offshore

%PDF-1.6 % 115 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 115 120 0000000016 00000 н 0000003427 00000 н 0000003648 00000 н 0000003774 00000 н 0000003810 00000 н 0000004045 00000 н 0000004120 00000 н 0000004280 00000 н 0000004424 00000 н 0000004615 00000 н 0000004759 00000 н 0000004949 00000 н 0000005092 00000 н 0000005284 00000 н 0000005428 00000 н 0000005620 00000 н 0000005764 00000 н 0000005956 00000 н 0000006100 00000 н 0000006260 00000 н 0000006405 00000 н 0000006670 00000 н 0000007324 00000 н 0000007432 00000 н 0000007542 00000 н 0000007650 00000 н 0000007920 00000 н 0000008462 00000 н 0000010172 00000 н 0000011364 00000 н 0000012562 00000 н 0000013750 00000 н 0000014331 00000 н 0000014870 00000 н 0000014959 00000 н 0000015212 00000 н 0000015714 00000 н 0000015999 00000 н 0000016544 00000 н 0000018396 00000 н 0000020006 00000 н 0000021603 00000 н 0000023258 00000 н 0000024810 00000 н 0000026317 00000 н 0000027575 00000 н 0000029051 00000 н 0000030584 00000 н 0000077972 00000 н 0000085965 00000 н 0000141669 00000 н 0000195503 00000 н 0000198917 00000 н 0000199172 00000 н 0000199583 00000 н 0000233243 00000 н 0000233282 00000 н 0000233859 00000 н 0000233909 00000 н 0000235458 00000 н 0000236482 00000 н 0000236582 00000 н 0000292175 00000 н 0000292438 00000 н 0000293008 00000 н 0000293481 00000 н 0000293740 00000 н 0000294153 00000 н 0000301528 00000 н 0000301567 00000 н 0000337491 00000 н 0000337530 00000 н 0000337866 00000 н 0000337955 00000 н 0000338091 00000 н 0000339289 00000 н 0000339508 00000 н 0000339622 00000 н 0000339931 00000 н 0000340089 00000 н 0000340486 00000 н 0000340568 00000 н 0000340693 00000 н 0000340765 00000 н 0000340993 00000 н 0000341065 00000 н 0000341172 00000 н 0000341283 00000 н 0000341356 00000 н 0000341494 00000 н 0000341567 00000 н 0000341701 00000 н 0000341774 00000 н 0000341900 00000 н 0000341973 00000 н 0000342148 00000 н 0000342220 00000 н 0000342383 00000 н 0000342538 00000 н 0000342711 00000 н 0000342783 00000 н 0000343002 00000 н 0000343199 00000 н 0000343327 00000 н 0000343399 00000 н 0000343471 00000 н 0000343649 00000 н 0000343721 00000 н 0000343793 00000 н 0000343866 00000 н 0000344028 00000 н 0000344101 00000 н 0000344261 00000 н 0000344334 00000 н 0000344492 00000 н 0000344565 00000 н 0000344759 00000 н 0000344832 00000 н 0000344904 00000 н 0000002696 00000 н трейлер ]/предыдущая 946832>> startxref 0 %%EOF 234 0 объект >поток hb«`f`Ne`g«[email protected]

Полное руководство по цементированию

Что такое цемент?

Цемент представляет собой смесь нескольких различных типов горных пород, измельченных и нагретых до очень высоких температур, а затем измельченных в сверхмелкую пыль для использования в производстве бетона.

Обычно цемент объединяет горные породы, включая известняк, ракушки, сланцы, железную руду, мел, глину и сланец. Сначала их измельчают на мелкие кусочки, а затем отправляют в печь — цементную печь — и нагревают примерно до 2700 градусов по Фаренгейту, или более 1480 градусов по Цельсию.

Печь вращается, и часть элементов в горных породах испаряется из смеси. То, что остается, называется клинкером, который проходит через несколько охладителей, прежде чем с ним можно будет обращаться. Обработкой занимаются цементные заводы, которые перемалывают его в мелкий порошок, известный нам как цемент.

Типы цемента

Американское общество по испытаниям и материалам различает пять основных типов цемента:

Тип I: Обычный цемент, используемый, когда нет особых требований относительно времени схватывания или тепловой гидратации. Любой цемент выделяет тепло при контакте с водой. Это называется тепловой гидратацией, и в определенных условиях гидратация при низкой температуре является обязательной. В других случаях это не является первостепенной задачей.

Тип II: Модифицированный цемент, обычно используемый в бетоне фундамента.Он схватывается медленнее, чем другие виды цемента, но менее склонен к растрескиванию.

Тип III: Быстросхватывающийся цемент, который часто используется при строительстве и ремонте дорог благодаря этому свойству, позволяющему сократить сроки строительства/ремонта, когда время является критическим.

Тип IV: Цемент с низкой теплоемкостью. Это означает, что при контакте с водой цемент выделяет меньше тепла, чем в противном случае.

Тип V: Цемент с высокой сульфатостойкостью.Сульфаты — это химические соединения, содержащиеся в подземных водах, которые могут разрушать цемент и разрушать его. Для подземных сооружений и конструкций во влажной и морской среде этот цемент используется для предотвращения быстрой эрозии.

Однако цемент, используемый в нефтяных скважинах, должен быть особого сорта. Он должен иметь очень низкую проницаемость, чтобы изолировать скважину от окружающей породы и водоносных горизонтов, и он должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать давление, которому он будет подвергаться в скважине, от обсадной колонны и окружающей породы. Связанный: нефтяная сделка Ирака на 550 000 баррелей в сутки под угрозой

Из-за очень специфических требований к тампонажному цементу Американским институтом нефти он подразделяется на девять стандартных классов цемента. Классификация производится на основе глубины скважины и температуры теплоты гидратации.

Класс A: Обычный цемент, соответствующий типу I по ASTM, применяемый на глубине скважин до 6000 футов или 1830 метров.

Класс B: Также применяемый на глубине до 6000 футов или 1830 метров, этот класс цемента отличается более высокой стойкостью к сульфатам, чем класс A, но не такой высокой, как классы цемента, используемые в более глубоких скважинах. Как и класс A, класс B генерирует температуру гидратации 111-200 градусов по Фаренгейту или 44-94 градуса по Цельсию.

Класс C: Этот класс цемента имеет такие же свойства по термостойкости и сульфатостойкости, как и класс B, но с дополнительным свойством высокой ранней прочности для скважин, когда цемент должен схватываться быстрее.

Класс D: Это цемент, используемый в более глубоких скважинах глубиной от 6 000 до 10 000 футов или от 1 830 до 3 050 метров. Этот цемент отличается устойчивостью к сульфатам от умеренной до высокой, более высокой устойчивостью к давлению, а также более высокими температурами нагрева гидратации, от 200 до 290 градусов по Фаренгейту или от 94 до 144 градусов по Цельсию.

Класс E: Этот цемент используется в еще более глубоких скважинах от 10 000 до 14 000 футов или от 2 050 до 4 270 метров. Как и класс D, он имеет устойчивость к сульфатам от умеренной до высокой и такие же уровни температуры гидратации.

Класс F: Этот класс цемента используется для самых глубоких скважин на глубине от 10 000 до 16 000 футов или от 3 050 до 4 800 метров. Он может выдерживать самые высокие давления и температуры среди всех классов цемента.

Класс G: Этот класс цемента используется с добавками, называемыми ускорителями и замедлителями, для сокращения или увеличения времени схватывания в зависимости от цели цементирования и типа цементируемой скважины.Цемент класса G используется для скважин глубиной до 8000 футов или 2440 метров.

Класс H: Как и класс G, это основной тип цемента, который можно использовать с ускорителями и замедлителями схватывания и используется для скважин глубиной до 8000 футов или 2440 метров. Разница лишь в том, что он грубее цемента класса G. Оба этих класса цемента имеют температуру гидратации от 111 до 230 градусов по Фаренгейту или 44-111 градусов по Цельсию.

Класс J: Этот цемент, как и класс F, может выдерживать самые высокие давления и температуры под землей, но его также можно смешивать с ускорителями или замедлителями схватывания для изменения времени схватывания.

Добавки к цементу

Ускорители: Это химические вещества, которые смешивают с цементным раствором для ускорения времени схватывания. Это необходимо, когда цементирование является не завершающим этапом процесса бурения, а его точкой, как правило, в наклонно-направленных — горизонтальных — скважинах. Ускорители используются ближе к поверхности, где температура не очень высока.

Замедлители: Обладают эффектом, противоположным ускорителям, и используются на больших глубинах.Более медленное время схватывания лучше подходит для более высоких температур, характерных для больших глубин, и обеспечивает хорошее распределение цемента до его схватывания, а это означает, что весь цемент можно закачать в скважину и изолировать до начала схватывания.

Наполнители: Наполнители делают цементный раствор менее плотным, что означает, что на единицу воды приходится меньше молекул цемента. С одной стороны, это экономит деньги, так как при той же стоимости получается больший объем цемента. С другой стороны, это облегчает герметизацию слабых зон в породе, окружающей скважину.Слабые зоны – это участки пласта, где порода «более рыхлая», что представляет потенциальный риск для скважины.

Диспергаторы: Эти химикаты делают цемент менее вязким. Это означает, что между молекулами цемента и водой меньше трение. Это более низкое трение облегчает течение цемента. Цемент, содержащий диспергатор, лучше вытесняет буровой раствор из скважины, поэтому лучше изолирует его от окружающей среды. Это также позволяет повысить плотность цементного раствора.

Что такое цементирование?

Цементирование – это процесс смешивания цемента с водой и добавками в раствор, который затем заливают в полость, чтобы изолировать ее от окружающей среды и предотвратить попадание воды и других жидкостей в полость и перетекание жидкостей из полости в его окружение.

При бурении нефтяных и газовых скважин под цементированием скважин понимается процесс, который изолирует ствол скважины от породы и подземных водоносных горизонтов вокруг него и сохраняет целостность ствола скважины вместе со стальной обсадной трубой. Это часть более широкого процесса обсадки и цементирования.

Цели цементирования

Цементирование скважин имеет несколько целей в нефтегазовой промышленности:

• Зональная изоляция: блокирование доступа подземных вод в ствол скважины.

• Водоохрана: обеспечение того, чтобы не только вода не попадала в скважину, но и чтобы нефть и газ из скважины не попадали в подземные водоносные горизонты.

• Защита обсадной колонны от коррозии: цемент, заливаемый вокруг стальной обсадной трубы ствола скважины, защищает металл от коррозионного воздействия воды и элементов окружающей породы.

• Конструктивная поддержка обсадной трубы: Обсадные трубы фиксируются на месте с помощью слоя цемента вокруг них, что делает скважину более безопасной, предотвращая их смещение.

Виды цементирования

В нефтегазовой промышленности различают два вида цементирования: первичное и вторичное. Первый из них встречается гораздо чаще и является частью этапа крепления и цементирования при бурении нефтяных скважин.

Первичное цементирование : После бурения ствола скважины в него опускают стальные трубы, которые в совокупности называются обсадной колонной.Чтобы они прочно удерживались на месте, через бурильную колонну в скважину и вверх по стенкам обсадной колонны заливается цемент, под действием собственного веса.

Некоторые скважины имеют более одного слоя обсадной колонны и, соответственно, более одного слоя цемента между обсадными трубами. Цементные слои снижают риск выброса вместе с противовыбросовыми превенторами.

Помимо фиксации обсадной колонны и перекрытия доступа воды в ствол скважины, цементирование применяется также для тампонирования так называемых зон поглощения.Это полости в пласте, которые могут отводить большое количество бурового раствора и затруднять бурение. Вот почему их нужно затыкать.

В сланцевых нефтяных скважинах первичное цементирование также включает закупорку вертикальной скважины перед началом наклонно-направленного бурения.

Вторичное цементирование : Вторичное цементирование, также называемое ремонтным цементированием, используется для устранения проблем, возникших на этапе первичного цементирования, или проблем, возникших в течение срока службы скважины.

Вторичное цементирование применяется одним из двух способов: цементирование продавливанием и тампонажное цементирование.

Компрессионное цементирование включает закачку определенного количества цементного раствора в ствол скважины под высоким давлением для заполнения всех полостей, которые были определены как проблемные для нормальной эксплуатации скважины. Он обычно используется для покрытия трещин или трещин и отверстий в скале.

Тампонажное цементирование , как следует из названия, включает изготовление пробки из цемента для герметизации скважины, обычно для предотвращения поступления воды и других жидкостей в ствол скважины и из него.

Тампонажное цементирование

применяется также при ликвидации скважин после срезания обсадной колонны на определенной глубине. Затем скважину необходимо закрыть цементной пробкой, чтобы не допустить случайного выброса углеводородов, оставшихся в земле.

цементирующее оборудование Оборудование для цементирования

состоит из:

— цементные смесители

— насос для суспензии

— цементирующая головки

— цементирующие закрепленные

— Настенные царапины

— Руководства

— Два пробки

— два вилка

В дополнение ко всем этим инструментам цементировочное оборудование включает в себя устройство, называемое централизатором, целью которого является удержание обсадной колонны прямо в середине ствола скважины для равномерного распределения цемента по всему периметру.

Центратор необходим во всем расширении обсадной колонны и процессе цементирования, потому что, если обсадная труба цементируется не по центру, существует значительный риск того, что буровой раствор сохранит доступ к цементному уплотнению вокруг обсадной колонны и ухудшит его качество в качестве изоляционного материала между скважиной. и скалы вокруг него.

Процесс цементирования

Обсадная колонна и цементирование являются заключительным этапом бурения нефтяной скважины перед началом добычи. Перед установкой обсадной колонны и началом цементирования большая часть бурового раствора, оставшегося в скважине, вымывается (циркулирует) вместе с любым шламом, оставшимся на забое скважины.

Затем к обсадным трубам через равные промежутки прикрепляют скребки из проволоки, закрученные или торчащие в виде щетинок щетки, которые затем вращают или толкают вверх и вниз, чтобы скребки могли очищать стенки колодца от застывший буровой раствор и улучшить сцепление цемента со стенками.

После очистки стенок и закрепления обсадной колонны в нефтяной скважине в ствол скважины вводится пробка для предотвращения смешивания цемента с буровым раствором, оставшимся на дне скважины.Эта заглушка называется нижней заглушкой. Он имеет полый сердечник и нечто, называемое разрывным диском или диафрагмой внутри. Связанный: Министр энергетики США: Сланцевая стрела далека от завершения

Направляющий башмак, представляющий собой короткий отрезок обсадной трубы, затем прикрепляется к нижнему концу обсадной трубы. В направляющем башмаке есть клапан, который обеспечивает поступление цемента из обсадной трубы только в пространство между трубами и породой, называемое кольцевым пространством, но не обратно в обсадную трубу.

Плавающая муфта — это еще один клапан, расположенный на верхней части направляющего башмака, который также обеспечивает отсутствие смешивания цемента и остаточного бурового раствора.Направляющий башмак входит в скважину первым. Затем нижняя заглушка вставляется в корпус и захватывается плавающей муфтой. После этого к вершине последнего стыка обсадной колонны, в верхней части ствола скважины, крепится цементировочная головка и начинается закачка цемента в скважину.

Первоначально давление умеренное, но оно повышается, чтобы раствор мог разрушить диафрагму нижней пробки, и цемент начал течь через направляющий башмак в скважину и вверх по стенкам обсадной колонны, заполняя кольцевое пространство.

После того, как весь цемент закачивается в скважину, в обсадную трубу вставляется вторая пробка, чтобы протолкнуть оставшийся внутри трубы цемент вниз по стволу скважины, а затем вверх по стенкам. Это конец первичного цементирования, и цемент может начать схватываться.

В случае возникновения проблем на этапе первичного цементирования после начала производства проводится вторичное или исправительное цементирование для исправления ошибок, допущенных при первичном цементировании.

Ирина Слав для Oilprice.comcom:


Механизм цементации раствора на цементной основе в концентрическом кольцевом пространстве под высоким давлением грунтовых вод

Течение цементного раствора в концентрическом кольцевом попадания воды в затрубное пространство, образовавшееся при строительстве ствола методом искусственного замораживания в Китае. В данном исследовании получено аналитическое определяющее уравнение движения осевого течения несжимаемой ньютоновской жидкости в длинном концентрическом кольцевом пространстве в условиях высокого давления грунтовых вод. Предлагается метод пошагового расчета для описания процесса тампонирования, основанный на двух режимах нагнетания, а именно, контроле расхода и контроле давления. Время впрыска разделено на ряд временных сегментов; соответственно залитая зона подразделяется на бесконечно малые элементы. Некоторые ключевые параметры, такие как расположение, размеры, вязкость суспензии и градиент давления каждого элемента, можно получить с помощью разработанной программы MATLAB. На этой основе определяются распределение давления и вязкости раствора в цементируемой зоне, а также изменения давления нагнетания в точке цементации и скорости потока цементации.Исследованы два случая режима нагнетания, чтобы выявить распространение цементного раствора в концентрическом кольцевом пространстве. Наконец, проводится численное моделирование, которое используется для проверки и калибровки результатов расчетов. Результаты, полученные настоящим методом пошагового расчета, хорошо согласуются с численными результатами.

1.
Введение

За последние несколько десятилетий на угольных шахтах Китая произошло много опасностей, связанных с прорывом воды, что привело к человеческим жертвам и значительному материальному ущербу [1–17].Для предотвращения проникновения воды уже более двухсот лет широко и эффективно применяется технология цементации водоносных слоев в подземных сооружениях [18–21].

В северо-западной части Китая многие типичные угольные месторождения Северного Китая, такие как угольное месторождение Ордос, включают крупные угольные шахты. В районе Дуншэн угольное месторождение Ордосского бассейна разрабатывалось в поздней юре и перекрыто меловыми песчаниками и мелкозернистыми песчаниками [22, 23]. Из-за короткого периода диагенеза эти толщи характеризуются низкой прочностью, слабой цементацией и обводненностью пород, поэтому для сооружения глубоких шахтных стволов в этом районе широко применяется технология искусственного замораживания на всю глубину [24–26].Во время процесса искусственного промерзания на полную глубину глубина мерзлого барьера больше глубины ствола, чтобы предотвратить попадание воды, как показано на рис. 1. После завершения строительства ствола мерзлая порода оттаивает, и кольцевое пространство между морозильная скважина и морозильная труба снова открываются. Верхние водоносные горизонты непосредственно контактируют с нижними водоносными горизонтами, вызывая разрушение мерзлых стенок и затопление стволов [27, 28]. Кроме того, в процессе промерзания-оттаивания окружающая порода повреждается за счет силы мороза от грунтовых вод, а в зоне повреждения происходит движение воды, вызывающее образование трещин и обтекание кольцевого пространства водой.Длительное взаимодействие воды и породы усугубляет опасность воды в стволе, что может привести к обрушению крепи ствола. Предварительная цементация или цементация была одним из основных эффективных вариантов, используемых для контроля прорыва грунтовых вод из кольцевого пространства [24, 25].


В Китае успешно реализованы десятки инженерных проектов заливки кольцевых каналов вокруг стволов [25, 26]. Основываясь на этом богатом инженерном опыте, исследователи предложили несколько эффективных методов цементации, в основном в том числе цементирование задней стенки и цементирование перфорации. Из-за зрелости технологии цементации тыльной стенки, ее удобной работы и высокой адаптируемости, метод цементации тыльной стенки широко используется при обработке замерзших скважин. Был введен следующий дизайн для заливки цементным раствором задней стены: (1) сбор данных на месте; (2) определение подходящего пласта для полевых испытаний цементации на основе анализа доступных геолого-разведочных данных; 3) расчет пространственного положения промерзающих скважин по данным инклинометрии скважин; (4) определение параметров цементации, таких как рецепт суспензии, давление нагнетания и положение нагнетательной скважины; (5) осуществление процесса цементации под руководством проекта цементации; и (6) прекращение цементации и использование геофизических исследований и/или гидрогеологического анализа для оценки эффекта цементации.

Несмотря на то, что эффективность метода заливки обратной стенки была проверена многими полевыми испытаниями, некоторые из основных рабочих параметров, такие как давление впрыска, длина проникновения и расход цементации, трудно выбрать на этапе проектирования заливки. Это ограничение связано с недостаточным пониманием механизма распространения раствора, используемого при заливке кольцевого трубопровода.

За последние несколько десятилетий многие исследователи изучали механические характеристики течения жидкости в коаксиальных цилиндрах, используемых в различных отраслях промышленности, включая разведку нефти и газа, геотермальное отопление и транспортировку суспензий.Различные ученые провели множество исследований осевого ламинарного течения жидкости, нагнетаемой под давлением, в кольцевой канал во время бурения нефтяных скважин. Скорость жидкости и перепад давления реологических жидкостей в идеальном концентрическом канале широко обсуждались. Численные и аналитические решения осевого кольцевого течения были представлены для ньютоновских и неньютоновских жидкостей [29–33]. Эти результаты исследований имеют важное значение для анализа распространения пульпы в кольцевых каналах.Тем не менее, конструкция заливки затрубного пространства определяется тремя аспектами: реологическими свойствами раствора, геометрией затрубного пространства и режимами нагнетания, т. е. заливкой с контролем расхода или закачкой под давлением. На этапах проектирования и выполнения заливки фундаментальные параметры, включая давление впрыска, расстояние подачи раствора и расположение отверстий для впрыска, регулируются этими факторами. Поэтому описание управляющего воздействия этих влияющих факторов на распространение пульпы в концентрическом кольцевом пространстве становится важнейшей задачей для предотвращения прорыва воды из промерзающих скважин.

В этой статье, во-первых, излагаются теоретические основы основных уравнений реологического шлама и основного уравнения осевого ламинарного течения в концентрическом кольцевом пространстве. Во-вторых, предлагается пошаговый метод расчета для описания процесса цементации в соответствии с условиями регулирования давления и расхода, а некоторые важные параметры, такие как вязкость раствора, давление нагнетания и распределение давления в зоне цементации, анализируются с помощью тематических исследований. Затем результаты разработанного метода расчета проверяются и сравниваются с численным моделированием; наконец, выводы сделаны.

2. Математическая формулировка распространения цементного раствора в концентрическом кольце
2.1. Допущения

Для математической формулировки изменение вязкости цементного раствора в зависимости от времени нагнетания рассматривается со следующими допущениями: (1) Цементный раствор проникает в осевом направлении в концентрическое кольцевое пространство как ламинарный поток (2) Цементный раствор считается несжимаемым Ньютоновская жидкость(3)Концентрическое кольцо вертикально, с постоянными радиусами внутреннего и внешнего цилиндров, а сила инерции пренебрежимо мала(4)Для обеих поверхностей кольца предполагается условие нескользкости(5)Предполагается, что давление грунтовых вод в кольцевой зоне цементации постоянное и высокое из-за условий глубокого залегания, а сила тяжести цементного раствора незначительна (6). Предполагается, что время химической реакции цементного раствора равно времени закачки, т.е. , время, необходимое раствору для перемещения от цементировочного насоса к кольцевому проходу, незначительно (7) Нет физического смешивания и/или химической реакции между раствором и водой

2.
2. Уравнение осевого ламинарного течения

Для моделирования состояния течения цементного раствора в горной массе важно рассчитать реологию нагнетаемой жидкости. В большинстве случаев поведение материала нагнетаемой жидкости можно описать с помощью различных реологических моделей, которые делятся на две основные категории: ньютоновские жидкости и жидкости Бингама [34]. В общем, раствор на основе цемента можно считать ньютоновской жидкостью, когда цементный раствор смешивается с раствором силиката натрия или соответствующее отношение воды к цементу (в/ц) цементного раствора находится в диапазоне от 2 до 10 [21, 35]. , 36].Следовательно, связь между напряжением сдвига и скоростью имеет вид [37], где τ — напряжение сдвига, — зависящая от времени функция динамической вязкости, t — время впрыска, — скорость, ч — расстояние, перпендикулярное направлению потока, а dv/dh — градиент скорости.

Предполагается, что раствор течет в осевом направлении в концентрическом кольце. Геометрия цементного раствора в концентрическом кольцевом пространстве представлена ​​на рисунке 2.Как показано на рис. 2(а), радиусы внутреннего и внешнего цилиндров составляют R i и R o соответственно, а радиус нагнетательной скважины составляет r 0 . Количество цементного раствора в кольцевом пространстве ограничено его фронтом давления. Давление на фронте раствора p f принимается равным начальному давлению воды p w , а давление на пересечении затрубного пространства и горизонтальной плоскости, проходящей через ось нагнетательной скважины, — давление тампонирования давление р г .

Обычно цементный раствор подается насосами, перемешивается в смесителе и впрыскивается в концентрическое кольцевое пространство через нагнетательную скважину. Для прохождения шлама через скважину требуется относительно короткое время; следовательно, время химической реакции цементной смеси можно считать равным времени впрыска. Кроме того, это исследование было сосредоточено на осевом течении в концентрическом кольцевом пространстве; таким образом, предполагается, что раствор мгновенно заполняет начальное кольцевое пространство высотой 2 r 0 после начала нагнетания цементного раствора.Следовательно, время прохождения раствора в кольцевом канале считается эквивалентным времени нагнетания, а именно времени химической реакции тампонажной смеси.

Как показано на рис. 2(b), выбирается сечение, пересекающее нагнетательное отверстие и восходящий поток в кольцевом пространстве, и устанавливается прямоугольная система координат. Предполагается, что осевое течение в кольцевом пространстве симметрично относительно центра открытого кольцевого пространства между поверхностями трубы и отверстия, т. е. , если концентрический кольцевой канал достаточно узок [38, 39].При цементировании вертикального концентрического кольцевого пространства в условиях высокого давления грунтовых вод предполагается, что раствор аксиально проникает в кольцевое пространство в виде ламинарного потока. Элемент цементного раствора в центре открытого кольцевого пространства между трубой и поверхностями отверстия выбирается для анализа силового состояния, как показано на рисунке 2(b). В положении z , т. е. на расстоянии между точкой впрыска и элементом цементного раствора, уравнение равновесия элемента цементного раствора может быть выражено как где длина элемента цементного раствора, давление, приращение давления и — расположение симметричной плоскости течения шлама.

Кроме того, профиль скорости на рис. 2(b) показывает, что осевой поток делится на внутреннюю и внешнюю части.

2.2.1. Средняя скорость раствора на участке

Условие существует на участке , и связь между скоростью раствора и скоростью сдвига удовлетворяет следующей формуле:

Комбинируя уравнения (2) и (3), градиент скорости раствора на участке может выразить как

Считается, что растекание цементного раствора в концентрическом кольце несжимаемо и ламинарно.Скорость фронта раствора получается путем интегрирования уравнения (4). Постоянные интегрирования исключаются с помощью граничного условия из-за условия нескользкости, наложенного на внутреннюю поверхность цилиндра. Тогда профиль скорости фронта цементного раствора по площади можно рассчитать как

. Средняя скорость цементного раствора по площади может быть выражена путем интегрирования уравнения (5) в интервале следующим образом: где – средняя скорость цементного раствора в зоне цементного раствора.

2.2.2. Средняя скорость цементного раствора в зоне

Основываясь на аналогичном процессе расчета, средняя скорость цементного раствора в районе может быть выражена следующим образом:где — средняя скорость цементного раствора в зоне цементного раствора.

Объединяя уравнения (6) и (7), среднюю скорость пульпы в концентрическом кольцевом пространстве можно определить как

В целом кольцевое пространство вокруг замораживающих скважин заполнено водой под высоким давлением из-за условий глубокого залегания. На некоторых угольных шахтах в районе Ордоса давление грунтовых вод в зоне цементации составляет примерно 5  МПа [24, 40], которое меняется в зависимости от глубины залегания. Изменение давления окружающей воды усложняет анализ давления на фронте раствора и затрудняет изучение осевого потока раствора.Кроме того, когда цементный раствор перемещается вертикально, сила тяжести является важным фактором, влияющим на распределение цементного раствора на начальном этапе цементного раствора, что приводит к асимметричному распределению цементного раствора в двух вертикальных направлениях, что затрудняет независимое от времени исследование всего процесса цементного раствора. Следовательно, при анализе процесса тампонирования можно пренебречь силой тяжести грунтовых вод и пульпы, т. е. давление воды в зоне цементирования остается постоянным. Таким образом, пульпа, нагнетаемая в кольцевой канал, будет распределяться на две равные по массе части, одна из которых движется вверх, а другая вниз.Для концентрического кольцевого цементирования соблюдается принцип сохранения массы, и соотношение между средней скоростью цементного раствора и расходом может быть выражено как где q — расход цементирующего раствора восходящего и нисходящего потоков вдоль концентрического кольцевого пространства.

Подставляя уравнение (9) в уравнение (8), определяющее уравнение градиента давления вдоль направления распространения раствора в зоне цементации рассчитывается следующим образом:1. Режимы нагнетания

В соответствии с уравнением (10) делается вывод о том, что основные аспекты, влияющие на процесс цементации, включают геометрию кольцевого пространства и реологию, скорость потока и давление нагнетания суспензионного материала. Применительно к конкретному случаю проекта первые два фактора могут быть определены на основе испытаний реологических свойств материалов для цементного раствора и анализа данных конструкции шахты; однако последние два фактора будут меняться в зависимости от времени нагнетания, которое определяется путем корректировки последовательности цементации.Эта регулировка достигается одновременным контролем расхода и давления закачки [41], как показано на Рисунке 3.


Эволюция раствора на Рисунке 3, учитывая сначала контроль расхода, а затем контроль давления с перерывом в несколько минут между окончанием контроля расхода и началом контроля расхода показывает, что раствор нагнетается в трещину. Некоторые ключевые параметры, такие как расход, давление нагнетания и длина проникновения, рассчитываются на основе реальных значений реологических параметров цементного раствора.Если цементный раствор нагнетается в условиях контроля расхода, расход цементного раствора остается постоянным. С увеличением времени цементации цементный раствор продвигается вперед, а скорость проникновения снижается. Одновременно аналогичные явления обнаруживаются в давлении впрыска. Однако цементный раствор резко распространяется, когда цементный раствор нагнетается в условиях контроля давления. С дальнейшим увеличением времени затирки раствор продолжает продвигаться. Наоборот, поток раствора уменьшается с переменной скоростью затухания.Таким образом, процесс цементации трудно описать аналитическим решением для реологических шламовых материалов. Ким и др. предложил метод пошагового численного расчета для анализа процесса цементации в пористой среде с учетом переменной вязкости и уменьшения пористости в результате фильтрации. Чжан и др. предложил ступенчатый метод описания процесса тампонирования быстросхватывающегося раствора в трещине горной породы. На основе теории итеративного исследования [42–44] установлен метод пошагового расчета для описания процесса заливки кольцевого канала с учетом двух различных режимов заливки, т.е.е., условия контроля расхода и условия контроля давления нагнетания.

3.2. Пошаговый метод расчета, соответствующий режимам нагнетания

В зависимости от времени нагнетания, на каждом временном шаге область цементирования может быть разделена на ряд бесконечно малых элементов, которые заполняют размер концентрического цилиндрического кольца. Каждый элемент может быть представлен как , где j представляет количество временных шагов, соответствующих общему времени впрыска T (, j  = 1, 2, 3, 4, …), а i указывает временной шаг при введении суспензии элемента ( i  = 1, 2, 3, …, j ) [44].Для любого времени заливки элемент, соседний со скважиной для нагнетания, выражается как , а элемент на фронте цементации обозначается как , как показано на рисунке 4.


граница, которая находится далеко от точки инжекции и близка к ней и представлена ​​соответственно и . Таким образом, высота бесконечно малого элемента может быть выражена как [44]

. Чтобы описать распространение раствора в зоне цементации, сначала следует рассчитать изменения размера, давления и вязкости раствора в каждом элементе, а затем можно определить избыточное давление при заливке (давление при заливке минус давление грунтовых вод) в точке нагнетания, скорость потока при заливке и подачу раствора.Когда процесс цементации выполняется в условиях регулирования скорости потока, скорость потока цементации является постоянной. Положение частицы цементного раствора в заданное время впрыска можно определить в соответствии с уравнением сохранения массы. Кроме того, местоположение фиксированной точки в зоне цементации может быть выражено как функция времени впрыска и расхода цементации, а вязкость раствора может быть рассчитана в соответствии с реологией раствора. Основываясь на основном уравнении распространения цементного раствора, давление можно рассчитать в любой точке зоны цементного раствора [44].Однако, поскольку цементный раствор нагнетается в условиях контроля давления, давление нагнетания остается постоянным, а скорость потока постепенно уменьшается, а это означает, что расположение и геометрия кольцевого элемента не могут быть непосредственно оценены по закону сохранения массы. Силовой анализ будет использоваться для определения скорости потока, после чего можно будет рассчитать расположение и геометрию кольцевого элемента [44]. Тогда избыточное давление цементации может быть определено суммой сегментов давления всех элементов в цементируемой зоне в любой момент времени нагнетания, а распределение избыточного давления по ходу подачи цементного раствора будет получено в соответствии с уравнением осевого ламинарного течения.

Как было указано ранее, определение расхода раствора каждого элемента является важным шагом для описания процесса распространения раствора [44]. При известных условиях регулирования расхода расход цементного раствора может быть выражен как функция времени нагнетания, а расход цементного раствора в течение временного интервала может быть получен следующим образом: где — функция расхода цементного раствора от времени нагнетания.

В интервале времени впрыскивается цементная смесь и заполняет элемент . Согласно закону сохранения массы, расход раствора за время стойкости тампонирования равен объему элемента.Соотношение между начальным положением и конечным положением элемента можно определить с помощью

. Поскольку временной шаг Δ t задан довольно небольшим, предполагается, что вязкость суспензии в бесконечно малом элементе линейно возрастает. Другими словами, вместо среднего значения вязкости частиц раствора на начальной и конечной границах можно использовать вязкость элемента. Тогда вязкость элемента может быть выражена как [44]где и – вязкость суспензии на начальной и конечной границах элемента соответственно. Поскольку время прохождения тампонажной смеси в нагнетательной скважине пренебрежимо мало, время, необходимое для перемещения частиц раствора от точки нагнетания до начальной и конечной границ, можно рассчитать как и соответственно. Вязкость пульпы на входе рассчитывается из

Следовательно, вязкость пульпы в точке закачки считается всегда равной начальному значению. Другими словами, вязкость суспензии в точке впрыска можно записать как .

Точно так же местоположение элемента также может быть указано средним значением местоположения двух границ, выраженным как [44]где и — расстояния распространения до начальной границы и конечной границы элемента соответственно.Для соседнего с точкой нагнетания элемента длина проходки на торцевой границе всегда равна радиусу нагнетательной скважины и может быть записана как .

Чтобы вызвать движение цементного раствора, давление на конечной границе должно быть больше, чем на начальной границе. Разность давлений равна сегменту давления элемента . В этом случае на каждом шаге расчета связь между граничным давлением и сегментом давления может быть выражена как где – сегмент давления и может быть записана в виде следующего уравнения путем объединения уравнений (12)–(17):

Раствор ограничивается участком от точки впрыска до фронта цементного раствора по длине проникновения.При этом давление на фронте раствора и давление в точке нагнетания принимают равными давлению грунтовых вод и давлению тампонирования соответственно: где — давление на фронте раствора, — давление грунтовых вод. точка впрыска и давление цементации.

Если раствор закачивался в кольцевой канал под постоянным давлением, расход раствора уменьшается со временем закачки; поэтому местоположение и размер элемента нельзя рассчитать напрямую с помощью уравнений баланса массы.Таким образом, расход цементного раствора в любое время впрыска должен быть получен путем анализа силы осевого потока, а затем можно рассчитать местоположение и размер элемента.

На начальном этапе цементации с регулируемым давлением скорость потока обычно достаточно высока для поддержания постоянного давления нагнетания. Таким образом, суспензия будет нагнетаться в кольцевое пространство с очень высокой скоростью, чтобы заполнить область вокруг точки нагнетания. Ширина области, называемой начальным элементом, больше радиуса отверстия инжекции и может быть выражена как [44].Считается, что временем впрыска исходного элемента пренебрегается. Следовательно, вязкость пульпы в этой области можно принять равной начальному значению, которое можно записать в виде . В начальном элементе давление линейно уменьшается с продвижением цементации; таким образом, начальный расход тампонажа может быть выражен следующей формулой согласно (10): где — начальный расход тампонажа в режиме нагнетания с контролем давления.

Кроме того, расход во время нагнетания может быть описан как средний расход нагнетания в интервале времени , и, таким образом, отношение расхода раствора и расхода нагнетания может быть задано как

Во время нагнетания градиент давления в любой кольцевой элемент удовлетворяет уравнению (18), а сумма отрезков давления в каждом элементе равна разнице между давлением тампонирования в точке нагнетания и давлением окружающей воды и может быть записана как [44]где давление цементации во время впрыска.

Объединяя уравнения (18) и (23), расход цементного раствора во время нагнетания можно выразить следующим образом: где — расход цементного раствора при нагнетании раствора в кольцевой канал в момент времени .

Как было указано ранее, основные параметры, такие как расход раствора, вязкость раствора и сегмент давления в любом элементе элемента в цементируемой области, могут быть рассчитаны в соответствии с уравнениями (12)–(25) в соответствии с двумя нагнетательные режимы управления расходом и давлением, основанные на методе пошагового расчета, разработанном с использованием MATLAB.Следовательно, процесс цементации при различных режимах нагнетания в концентрическом затрубном пространстве может быть точно описан.

На рис. 5 представлена ​​блок-схема пошагового метода расчета, в котором используются как режим регулирования расхода, так и режим регулирования давления. Во-первых, некоторые ключевые исходные параметры, такие как начальная вязкость раствора и реологические параметры, постоянный расход в режиме регулирования расхода или постоянное давление цементации в режиме регулирования давления, общее время закачки, временной шаг, радиус нагнетательной скважины и геометрия кольцевой канал и давление грунтовых вод вводятся в процесс пошагового расчета. Во-вторых, расход раствора за интервал времени рассчитывается по (12) при нагнетании раствора с постоянным расходом, либо начальный расход и расход раствора определяются по уравнениям (21) и (22) соответственно, когда условие давления впрыска адаптировано. В-третьих, в пошаговом алгоритме задаются начальные граничные условия, например, начальное положение зоны цементации , давление на фронте цементации и вязкость раствора в начальной зоне цементации . В-четвертых, рассчитываются вязкости пульпы на границах элемента и их среднее значение.Более того, скорость потока цементного раствора впоследствии получается с использованием (24), если применяется режим нагнетания с регулированием давления. Затем рассчитываются средняя длина проникновения цементного раствора, местоположение и сегмент давления элемента. Наконец, вычисленный шаг обновляется, и получают избыточное давление цементации в точке нагнетания, длину проходки, а также распределения избыточного давления и вязкости раствора в направлении распространения цементного раствора в каждый момент времени нагнетания.


4.Применение предлагаемого поэтапного метода
4.1. Параметры расчета

Для проверки применимости предложенного метода пошагового расчета, описывающего процесс цементации в концентрическом кольцевом пространстве, в данном исследовании была разработана компьютерная программа с использованием MATLAB, учитывающая два режима нагнетания: управление потоком и регулирование давления. Типы растворов, выбранные для этого расчета, включают два цементных раствора: цементно-силикатно-натриевый раствор (CSG) и цементный раствор (CG).Как правило, CSG представляет собой быстротвердеющий раствор, который превращается в гель в течение от десятков секунд до нескольких минут, в зависимости от двух основных параметров, а именно соотношения вода/цемент и объемного отношения цементного раствора к раствору силиката натрия (C : коэффициент S) [21].

В этом исследовании соотношение вода/цемент и соотношение C : S выбраны равными 1 и 1 : 1 соответственно. Реологические свойства цементного раствора и его устойчивость обсуждаются во многих работах, основанных на экспериментальных испытаниях [45, 46]. Предполагается, что в качестве эталонного материала для цементного раствора цементный раствор ведет себя как ньютоновская жидкость, сохраняя постоянную вязкость на протяжении всего процесса цементирования.Параметры расчета двух условий расчета суммированы в таблице 1.

4 902,5. Результаты расчета режима впрыска с контролем расхода

Результаты расчета режима впрыска с контролем расхода показаны на рисунке 6.

На рис. 6(а) представлено распределение вязкости раствора при подаче цементного раствора при трех разных временах закачки: 15 с, 35 с и 55 с. Для CSG вязкость цементного раствора в зоне цементации значительно варьируется в зависимости от длины проникновения, обычно увеличиваясь от области, близкой к точке нагнетания, к области, удаленной от точки нагнетания. То есть вязкость раствора быстро увеличивается с увеличением подачи цементного раствора, когда быстротвердеющий цементный раствор вводят в кольцевой канал. Кроме того, кривые вязкости раствора и расстояния проникновения для разного времени нагнетания частично совпадают вблизи отверстия для нагнетания, что свидетельствует о том, что вязкость раствора стабильна в заданном положении в области нагнетания [21]. Это явление может быть связано с постоянным расходом цементации и фиксированным размером сечения кольцевого пространства. Время нагнетания растворных суспензий, движущихся от точки нагнетания к фиксированному положению, является постоянным, а вязкость цементных суспензий, соответствующих фиксированному положению, сохраняет определенное значение.С точки зрения CG, выбранного в этом исследовании, вязкость раствора не меняется в зависимости от времени нагнетания и подачи раствора, так что соответствующая кривая вязкости раствора с длиной проникновения представляет собой прямую линию с постоянным наклоном.

На рис. 6(b) представлены кривые распределения избыточного давления РГС в зоне цементации в три разных момента времени: 15 с, 35 с и 55 с. Для сравнения показаны пространственные распределения избыточного давления для ЦТ. Для раствора с изменяющейся во времени вязкостью (т.э., КСГ) давление затухает вдали от точки нагнетания, но после определенной длины проходки скорость затухания увеличивается, что контролируется законом изменения вязкости пульпы [21]. Поскольку время химической реакции между цементным раствором и раствором силиката натрия меньше времени закручивания, примерно 16 с, скорость увеличения вязкости раствора низкая, что приводит к медленному увеличению сопротивления и низкому соответствующему градиенту давления в направление проникновения раствора.Как только время химической реакции превышает время скручивания, скорость увеличения вязкости суспензии увеличивается, а движущая сила, необходимая для движения суспензии, увеличивается; это изменение характеризуется увеличением градиента давления. Чем больше площадь раствора с быстро растущей вязкостью внутри концентрического кольцевого канала, тем больше градиент давления, существующий вблизи фронта раствора. Для цементного раствора с постоянной вязкостью (т.е. CG) с увеличением длины проникновения давление в зоне цементного раствора уменьшается линейно, что сильно отличается от результатов CSG и объясняется наложенным эффектом осевой диффузии и его постоянной вязкости.

На рис. 6(c) показаны изменения избыточного давления цементации в зависимости от времени впрыска для раствора с переменной вязкостью и раствора с постоянной вязкостью. Между двумя типами растворов избыточное давление при заливке изменяется в процессе заливки по-разному. С увеличением срока службы цементации давление впрыска CSG увеличивается, а скорость давления значительно увеличивается после определенного времени цементации из-за постоянной скорости потока и изменяющейся во времени вязкости CSG.И наоборот, давление закачки увеличивается линейно со временем цементации при использовании CG, но давление закачки уменьшается в десятки-сотни раз по сравнению с быстросхватывающимся раствором.

4.3. Результаты расчета режима нагнетания с контролем давления

В процессе цементации с режимом контроля давления постоянное давление было выбрано равным 10 кПа. Чтобы избежать чрезмерного расхода в начальный период инъектирования при нагнетании раствора, был использован соответствующий метод обработки: давление нагнетания вручную и постепенно увеличивалось от 0 до 10 кПа в интервале времени нагнетания 0∼1 с.

Результаты расчетов для режима нагнетания с контролем давления показаны на Рисунке 7. На Рисунке 7(a) представлены длина проходки и расход цементного раствора в зависимости от времени нагнетания. При нагнетании раствора с изменяющейся во времени вязкостью в концентрическое кольцевое пространство скорость цементации резко снижается от высокого начального значения, примерно 0,25 м 3 /ч, и асимптотически снижается до менее 0,001 м 3 /ч. примерно в 16 с, т. е. время переключения. Кроме того, на изменение скорости потока существенно влияет подача цементного раствора.Когда время цементации меньше, чем время переключения, раствор эффективно распределяется, а длина проникновения немного увеличивается в процессе цементации. Однако, поскольку время цементации превышает время переключения, процесс цементации переходит в «неэффективную стадию», на которой диффузия цементного раствора почти прекращается. Что касается раствора с постоянной вязкостью, скорость цементации также значительно снижается с увеличением времени закачки, но асимптотически уменьшается до постоянного значения, равного примерно 0.0016 м 3 /ч. Это вызывает постоянное увеличение подачи цементного раствора во время процесса нагнетания.

Распределение вязкости раствора при 15 с, 35 с и 55 с показано на рисунке 7(b). Вязкость цементного раствора увеличивается в направлении диффузии в зоне цементного раствора; кроме того, вязкость в фиксированном положении увеличивается со временем впрыска. Другими словами, три кривые вязкости на рис. 7(b) не совпадают, что разительно отличается от результатов процесса цементации в режиме постоянного расхода.Кроме того, с увеличением времени закачки снижается расход цементации; следовательно, время миграции цементной смеси из нагнетательной скважины в заданное положение увеличивается, вызывая увеличение вязкости цементного раствора в той же точке.

Распределения избыточного давления закачанного CSG и CG в цементированной зоне при 15 с, 35 с и 55 с показаны на рисунках 7(c) и 7(d) соответственно. Избыточное давление уменьшается примерно линейно с увеличением расстояния от точки нагнетания, а давление цементации в точке нагнетания остается постоянным на протяжении всего процесса цементации, как показано Zhang et al.[44]. Следовательно, избыточное давление уменьшается примерно в направлении распространения, когда цементный раствор вводят в условиях постоянного давления, независимо от типа пути диффузии.

5. Проверка численного моделирования заливки концентрического кольца
5.1. Численная методология и выбор числовых параметров

Коммерческое конечно-элементное программное обеспечение Comsol Multiphysics использовалось для численного моделирования восходящего потока в процессе цементации вертикального концентрического кольцевого пространства.Была принята двухфазная модель закона Дарси. В этой модели плотность воды, вязкость воды, плотность цементного раствора и пространственная функция динамической вязкости раствора должны быть предоставлены пользователем. Параметры расчета, используемые в численном анализе, представлены в таблице 2.

= 0.003182 T 223 + 0,04 Па · с


Параметры Режим контроля потока впрыска Режим впрыска давления
CG CG CG CG CG CSG CG

Радиус внешнего цилиндра, R o 0,10 31м 910 м 0.10 м 0.10 м 0.10 м 0.10 м
Радиус внутреннего цилиндра, R I 0,07 м 0,07 м 0,07 м 0,07 м 0,07 м
Избыток , P P 10 KPA 10 KPA 10 KPA

0,00125 м 3 / S 0,00125 м 3 / с
Начальные подземные воды давление, P W 5 MPA 5 MPA 5 MPA 5 MPA 5 MPA
Total Inection Time, T 60 S 60 с 60 с 60 с
Функция вязкости суспензии от времени химической реакции,  = 0. 003182 T T 2.23 + 0,04 PA · S 0,04 PA · S 0,04 Па · с 0,04 Па · с
0,04 pa · S
Шаг 0,05 с 0,05 с 0,05 с 0,05 с




Параметры Режим контроля расхода 9031 Режим впрыска расхода Режим для впрыска давления

Sluerry выбрано CSG CG
Радиус внешнего цилиндра, R o 0.10 м 0.10 м 0.10 м
радиус внутреннего цилиндра, R I 0,07 м 0,07 м 0,07 м
Давление на нижней границе, P 10 KPA
Скорость потока, нанесенная на нижней границе, 0,156 м / с
Начальные подземные воды, P W 5,0 МПа 5.0 МПа
Общее время впрыска, T 1 60 S 60 S 60 S
Функция вязкости суспензии длины проникновения, 0,04 PA · S

Анализ цементации внутри концентрического кольца рассматривался как двумерная осесимметричная задача. В этом анализе использовался треугольный сетчатый элемент. Сетка была чрезвычайно тонкой, и максимальный размер сетки был равен 0.01 м. Кроме того, правая вертикальная граница и верхняя граница подвергались контролю давления и граничному условию отсутствия потока соответственно. Нижняя граница подвергалась контролю давления, когда применялась цементация с постоянным давлением, или регулировке потока, когда применялась постоянная скорость потока, как показано на рис. граница входа, длина проникновения раствора и распределение давления в зоне цементации были смоделированы в условиях постоянного расхода.Кроме того, во время процесса цементации под контролем давления были рассчитаны изменения расхода цементного раствора, длины проникновения цементного раствора и распределения давления в зоне цементного раствора.

На начальном этапе закачки концентрическое кольцевое пространство заполнялось подземными водами под высоким давлением 5 МПа. Метод объемной доли был использован для описания распределения пульпы и воды в кольцевом пространстве, и связь между объемной долей грунтовой воды и пульпы во время закачки может быть выражена следующим образом [46]:где объем доля воды и объемная доля суспензии.

5.2. Сравнение расчетных и численных результатов
5.2.1. Инжекторный режим управления расходом

На рис. 9 показано сравнение расчетных результатов и результатов численного моделирования в условиях управления расходом для CSG.

Сравнение избыточного давления цементации в точке нагнетания показано на рисунке 9 (а), что указывает на то, что результат ступенчатого подхода согласуется с числовым результатом. В начальном процессе цементации наблюдается некоторое отклонение между расчетной кривой и числовой кривой, а максимальная ошибка моделирования для CSG составляет 10%.Однако с увеличением времени нагнетания погрешность расчета давления тампонирования становится менее 1%, что свидетельствует о том, что ступенчатый алгоритм позволяет точно описать распространение раствора в концентрическом кольцевом канале. На рис. 9(b) представлено распределение избыточного давления (давление в зоне цементации минус давление грунтовых вод) CSG в зонах цементации через 15, 35 и 55 с. Прогнозы пошагового алгоритма хорошо согласуются с численными результатами в областях, близких к точке инжекции.Однако небольшое отклонение между расчетным давлением и смоделированными результатами наблюдается в областях, близких к фронту цементного раствора, где численные данные намного больше, что приводит к максимальной ошибке 5%. Это отклонение связано с тем, что граница между навозной жижей и водой моделируется как переходная зона, а не как четкое разграничение в процессе численного моделирования.

5.2.2. Инъекционный режим регулирования давления

На рис. 10 показано сравнение прогноза и результатов численного моделирования при постоянном давлении цементного раствора (CG).

Распределения избыточного давления в цементированной зоне, заполненной цементным раствором, на 15, 35 и 55 с представлены на рис. 10(а). Хотя имеется хорошее соответствие прогнозных кривых, полученных по ступенчатому алгоритму, и численных данных, при удалении от точки закачки возникают незначительные отклонения. Рисунок 10(b) показывает, что прогнозные кривые кривой проникновения цементного раствора и скорости потока, полученные с помощью пошагового алгоритма, хорошо совпадают с полученными кривыми, полученными по результатам моделирования; однако между кривыми проникновения цементного раствора существует небольшое отклонение.Заниженное избыточное давление и продвижение раствора в цементируемой зоне являются результатом различий между допущениями в аналитическом прогнозе и процессами, происходившими при численном моделировании. Например, в прогнозировании времени шага было сделано предположение об отсутствии реакции или смешивании суспензии и воды; однако во время численного моделирования могло произойти физическое перемешивание, создающее переходную зону на фронте цементного раствора и недооценку длины проникновения.

6.Выводы

Техника заливки цементным раствором в задней стенке широко применялась для предотвращения затопления ствола, вызванного кольцевым каналом в замерзающих скважинах. В этой статье было выведено основное уравнение цементации концентрического кольцевого пространства, и для исследования цементации были выбраны два вида раствора: цемент и силикатно-натриевый раствор (CSG) с не зависящей от времени вязкостью и цементный раствор (CG) с постоянной вязкостью. процесс в концентрическом кольце.

Для описания процесса цементации концентрического кольца предложен пошаговый расчетный метод, при котором зона цементации разбивается на бесконечно малые элементы в соответствии с заданным временным шагом.Некоторые ключевые параметры, такие как расположение, размеры, вязкость суспензии и градиент давления каждого элемента, были получены с помощью разработанной программы MATLAB. На этой основе были определены распределение давления и вязкости цементного раствора в зоне цементации, а также изменения давления нагнетания в точке цементации и скорости потока цементации.

Два режима цементации (нагнетание с регулированием расхода и цементирование с контролем давления) были исследованы с применением предложенного пошагового алгоритма.И было глубоко выявлено распространение цементного раствора в концентрическом кольцевом пространстве. Результаты прогноза предложенного алгоритма и результаты численного моделирования, выполненного в этом исследовании, сравниваются и подтверждаются. В отношении двух режимов цементации данные расчета хорошо согласуются с данными численного моделирования. Однако между результатами двух методов в области, близкой к фронту цементного раствора, возникают небольшие расхождения из-за разницы между допущением в процессе пошагового расчета и процессами, происходящими при численном моделировании.Например, при численном моделировании существует переходная зона на фронте цементного раствора из-за принятого метода объемной доли, в то время как эта переходная зона не включена в расчет.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

LEAVE A REPLY

Ваш адрес email не будет опубликован.