Прибор для определения относительной плотности цементного раствора

Обновлено: 17.05.2024

воды (иногда называемой плотностью чистого цементного раствора) можно установить следующим образом:

Если 100 кг цемента смешивают с 50 л воды, то плотность цементного раствора определяется из соотношения

где объем 100 кг цемента— (100/3140) м 3 ; масса 50 л воды— 1000 • 50 • 10 -3 кг; плотность цемента и воды—3140 и 100 кг/м 3 соответственно.

Большая плотность может быть получена путем уменьшения объема воды затворения или добавлением материалов с высокой плотностью. Низкая плотность раствора иногда требуется для уменьшения опасности поглощения, которое может быть вызвано избыточным гидростатическим давлением столба цементного раствора. Раствор низкой плотности готовят путем добавления добавок с малой плотностью. Цементный раствор без добавок называется чистым цементным раствором.

Для уменьшения и увеличения плотности цементного раствора существуют различные добавки.

Все облегчающие добавки приводят к снижению прочности схватившегося цемента по сравнению с чистым цементным раствором. Необходимо понимать, что основной реагент - понизи - тель плотности—

вода, а также другие материалы (бентонит и т. д.) помогают связать добавочное количество воды и тем самым облегчить раствор.

Применяют следующие облегчающие добавки.

Бентонитовая глина. Эту глину, имеющую плотность 2650 кг/м 3 , широко используют как добавку

для снижения плотности цементного раствора главным образом вследствие ее свойства связывать большое количество воды. Для цемента класса G плотность может быть снижена от 1890 до 1510 кг/м 3

путем добавления 12 % бентонитовой глины.

Диатомовая глина. Добавление этого материала также приводит к снижению плотности цементного раствора за счет увеличения количества связываемой воды. Диатомовые материалы характеризуются высокой площадью поверхности.

Гильсонит. Это легкий, инертный материал асфальтового типа, имеющий низкую плотность — 1070 кг/м 3 , который при смешивании с цементом снижает плотность смеси. Благодаря своим

закупоривающим свойствам этот материал также используется для борьбы с поглощением. Характерная особенность гильсонита—увеличивать объем, а не массу цементного раствора.

Пуццолан. Это кремнистый материал вулканического происхождения с плотностью 2500 кг/м 3 . При

смешивании этого материала с портландцементом в отношении 50:50 и добавлении 2 % бентонитовой глины получают цементный раствор с плотностью 1600 кг/м 3 . Пуццолан связывает больше воды, чем

цемент, таким образом снижая конечную плотность раствора. Это приводит к экономии затрат, так как пуццолан дешевле цемента. Пуццолан имеет преимущества — он может peal продать с гидроксидом кальция, создавая цементный камень, стойкий к выщелачиванию. Следует учитывать, что гид - роксид

кальция — основной продукт реакции между водой и компонентами цемента.

Утяжеляющие добавки

Утяжеляющие добавки бывают следующих видов: барит— имеет плотность 4250 кг/м 3 ; ильменит— оксид железа и титания плотностью 4600 кг/м 3 ;

гематит— имеет плотность 5020 кг/м 3 и обычно предпочтительнее ильменита из - за своей низкой

поглощающей способности и менее вредного влияния на другие свойства цементного раствора. Добавление гематита обеспечивает цементному камню высокую прочность на сжатие.

ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТА

Прочность цемента определяется как прочность схватившегося цементного раствора на растяжение и сжатие. Прочность на сжатие—это наиболее широко используемый параметр для количественного определения прочности цемента. Цемент, имеющий прочность на сжатие 3,5 МПа, обычно считается применимым для большинства операций. Прочность на сжатие зависит от содержания воды в растворе и времени выдержки.

До спуска обсадной колонны образец предложенной цементной смеси смешивают с водой при лабораторных условиях, соответствующих ожидаемым скважинным температуре и давлению. Цементный раствор наливают в емкость соответствующего объема и оставляют для твердения на определенный период времени. Затем кубики схватившегося раствора разрушают в испытательной машине для определения прочности на сжатие образцов. За величину прочности на сжатие схватив -

шегося цемента принимают среднее значение прочности четырех или пяти образцов.

Прочность цемента можно также устанавливать способом разрыва кольца [4]. Цементное кольцо в измерительном приборе (рис. 11.2) нагружают аксиально через внутреннюю оболочку, имитирующую обсадную колонну, пока цементный камень не даст трещины. Отношение разрушающей нагрузки к площади поверхности между цементом и трубой дает значение прочности цементного кольца на разрыв

(касательные напряжения) [4]. Значение этого параметра повышается с увеличением прочности на сжатие или растяжение, но значительно уменьшается, если поверхность трубы смочена буровым рас -

Рис. 11.2. Прибор для определения прочности цемента способом разрыва кольца.

1 — обсадные трубы; 3 — цемент; 3 — контейнер

Несущая способность (Н) цементной оболочки (или разрушающая нагрузка) может быть определена из следующего уравнения:

где 5с—прочность на сжатие цементного камня, МПа; d — наружный диаметр

обсадной колонны, м; Н— высота цементного столба (кольца), м.

Пример 11.1. Определить высоту цементного столба, который необходимо поместить вокруг обсадной колонны длиной 2743 м и диаметром 244,5 мм, чтобы выдержать нагрузку 9,07 - Ю 6 Н.

Считаем, что прочность на сжатие цементного камня 3,515 МПа. Решение. По формуле (11.1) находим

Н - 9,07.10 в /(80250•3,515 - 0,2445) = 131 м.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

При цементировании обсадных колонн используют следующее оборудование: колонные (направляющие) башмаки, обратные клапаны, муфты ступенчатого цементирования (дифференциальные клапаны), центраторы и скребки, цементировочные пробки.

Колонные башмаки предназначены для направления обсадной колонны по стволу скважины. Башмаки изготовлены в виде простой муфты—переводника. Башмаки могут содержать обратный клапан шарового или тарельчатого типа (с заслонкой).

Когда башмак содержит клапанный элемент, то его называют башмаком с обратным клапаном. Такой башмак предотвращает обратный переток цементного раствора в обсадную колонну после вытеснения его в кольцевое пространство.

Обратные клапаны обеспечивают движение потока в одном направлении и устанавливаются через одну - две обсадные трубы от башмака. Они выполняют следующие функции:

а) предотвращают самозаполнение обсадной колонны буровым раствором при спуске ее в скважину, тем самым обеспечивая «всплывание» колонны при ее движении вниз, что в конечном счете уменьшает нагрузку на вышку;

б) препятствуют обратному перетоку цементного раствора, вытесненного в кольцевое пространство, в обсадную колонну;

в) служат при необходимости посадочным местом для цементировочных пробок.

МУФТЫ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ (ИЛИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ КОЛОННЫ)

Муфты ступенчатого цементирования (МСЦ) используют при цементировании обсадных колонн большой длины, чтобы предотвратить воздействие избыточного гидростатического давления на слабые пласты. Муфты МСЦ изготовляют из стали той же марки, что и обсадную колонну. Муфта МСЦ снабжена двумя втулками: верхней и нижней, которые удерживаются внутри нее срезными шпильками. В корпусе муфты выполнены боковые сквозные отверстия. Первоначально отверстия закрыты и открываются за счет продавливания нижней втулки вниз с помощью пробки. Отверстия закрываются вновь пуском пробки, которая продавливает верхнюю втулку в соответствующее положение.

СКРЕБКИ И ЦЕНТРАТОРЫ

Одна из основных функций бурового раствора—предотвратить проникновение пластовых флюидов в скважину путем формирования глинистой корки на стенках. Однако глинистая корка препятствует контакту цементного раствора со стенкой скважины, что ухудшает качество цементирования. Скребки используют для удаления корки бурового раствора путем ее механического разрушения вращением или возвратно - поступательным движением скребка на обсадной колонне. Скребки устанавливают на

наружной поверхности обсадной колонны, их число зависит от скважинных условий.

Практический опыт показал, что вытеснение бурового раствора можно значительно улучшить, если центрировать обсадную колонну. Если последняя не отцентрирована в скважине, то цементный раствор не вытесняет буровой раствор по всей площади кольца, а оставляет застойные зоны бурового рас -

Рис. 11.3. Типичная схема расстановки центраторов и скребков на обсадной колонне:

/ — стоп - кольцо; 2 — центратор; 3 — скребок

Рис. 11.4. Цементировочная пробка [1]:

а — нижняя с резиновой диафрагмой; б — верхняя с алюминиевым сердечником

твора. Центратор представляет собой устройство, центрирующее обсадную колонну в скважине, способствуя таким образом образованию более равномерной цементной оболочки вокруг колонны. Центраторы наиболее эффективны в интервалах ствола скважины, диаметр которых близок к номинальному, и обычно устанавливаются против продуктивных горизонтов. Центраторы производят различных размеров, соответствующих разным размерам скважины и обеспечивающих достаточный зазор для прокачивания флюидов.

Необходимое число центраторов определятся в зависимости от искривления скважины, длин и количества интервалов установки [5]. Там, где качественная

изоляция особенно важна, применяют специальные схемы расстановки на обсадной колонне скребков, центраторов, стоп - колец (рис. 11.3).

При этом типичное расстояние между двумя соседними сторными кольцами составляет 762 мм.

СТОПОРНЫЕ КОЛЬЦА (ИЛИ МУФТЫ)

Стопорные кольца устанавливают на обсадной трубе для ограничения движения скребка или центратора при вращении или расхаживании обсадной колонны.

Цементировочные пробки применяют для ограничения загрязнения цементного раствора буровым и разделяют цементный раствор снизу и сверху при движении по обсадной колонне. Пробки изготовляются литыми из алюминия или из резины и легко разбуриваются [I]. Корпус пробки имеет ребристую форму, чтобы удалять с внутренней поверхности обсадной колонны пленку бурового или цементного раствора. Пробки делятся на нижние и верхние.

Нижние пробки (рис. 11.4, а) перемещаются по обсадной колонне перед цементным раствором и удаляют буровой раствор из внутреннего пространства колонны. Нижняя пробка имеет полый центральный сердечник, закрытый диафрагмой, и пускается с устья до закачивания цементного раствора. Первой порцией цементного раствора нижняя пробка продавливается до посадки на обратный клапан или стоп - кольцо, которые установлены в соединении обсадных труб. Посадка пробки отмечается на

поверхности ростом давления нагнетания. Последующий рост давления приведет к разрыву диафрагмы в нижней пробке, позволяя прокачивать цементный раствор через пробку и далее в кольцевое пространство.

Когда полный объем цементного раствора закачан в обсадную колонну, пускается верхняя пробка (рис. 11.4, б) путем ее установки в колонну или освобождением из цементировочной головки за счет отвинчивания соединительных фланцев. Верхняя пробка разделяет цементный и буровой растворы и

удаляет цементный раствор из внутреннего пространства обсадной колонны.

Когда полный объем цементного раствора вытеснен в кольцевое пространство, верхняя пробка доходит до обратного клапана и садится на нижнюю пробку. В этот момент отмечается рост давления нагнетания. Затем давление над пробкой снижается до среднего и до нуля в случае, если нет перетока цементного раствора из кольцевого пространства. Если переток имеет место, то давление поддерживается внутри колонны до того, как цемент будет иметь прочность приблизительно 3,5 МПа.

Положение нижней и верхней пробок в момент посадки показано на рис. 11.5.

Рис. 11 5 Положение пробок в момент посадки [1] / — разрыв диафрагмы, 2,3 — верхняя и нижняя пробки, 4 — обратный клапан

Рис 11.6. Стадии перемешивания бурового и цементного растворов

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

Загрязнение или смешение цементного раствора с буровым оказывает негативное влияние на время схватывания цемента, что в свою очередь ведет к ухудшению свойств схватившегося цемента Обычно загрязнение ведет к уменьшению прочности, а в крайнем случае к образованию непрокачиваемой смеси.

Загрязнение обычно происходит, когда цементный раствор контактирует с буровым при вытеснении последнего в кольцевом пространстве за обсадной колонной. Вследствие разных физических свойств бурового и цементного растворов поверхность раздела между двумя жидкостями нестабильна и изменяется во времени. Как показано на рис. 11. 6, малые объемы цементного раствора 2 отделяются от края основного потока и смешиваются с буровым раствором 2

При большой эксцентричности расположения колонны вращение более эффективно для уменьшения загрязнения цементного раствора, тогда как расхаживание более подходит для хорошо отцентрированной колонны. Расхаживание особенно эффективно, когда перед цементным раствором закачивается водная буферная жидкость.

Загрязнение цементного раствора буровым может быть значительно снижено, если между ними закачивать буферную жидкость. В качестве буферной жидкости наиболее широко применяют воду вследствие малой вязкости, что позволяет создавать турбулентный поток при значительно меньших давлениях нагнетания по сравнению с более вязкими жидкостями Вода также имеет низкую плотность, что помогает ей образовывать каналы в буровом растворе при закачивании, а также разрушать структуру бурового раствора за счет турбулентности потока С водой смешивают реагенты разжижители для снижения вязкости и диспергирования бурового раствора, что способствует более эффективному вытеснению последнего из скважины

Пример 11.2. В скважину диаметром 215,9 мм спущена обсадная колонна диаметром 177,8 мм на глубину 3048 м Плотность бурового раствора pm=1600 K R ' U 3 , воды рв==1000 кг/м 3 . Рассчитать объем

буферной жидкости для закачивания перед цементным раствором, чтобы снизить гидростатическое давление в кольцевом пространстве на 2,1 МПа

Решение Уменьшение гидростатического давления равно

Максимальное уменьшение гидростатического давления в кольцевом пространстве возникает, когда весь объем воды заполняет кольцевое пространство площадью

Объем 1 м кольцевого пространства составляет 1,178 -10 -2 м 3 , поэтому требуемый объем воды

В промысловой и лабораторной практике плотность измеряют ареометрами АГ-1, АГ-2 или АГ-ЗПЛ, позволяющими определять относительную плотность испытуемой жидкости. Для измерения используют следующие материалы и аппаратуру:

§ ареометр АГ-1 или подобный в комплекте с ведерком для воды.

Перед измерением плотности цементного раствора следует проверить правильность показаний ареометра путем измерения плотности пресной воды. Если прибор исправлен, в стакан и сосуд налита чистая пресная вода, ареометр погрузится в сосуд до отметки на шкале 1.00, что соответствует плотности воды 1000 кг/м 3 .

Для определения плотности необходимо приготовить 400 см 3 цементного раствора. Стакан прибора заполняют раствором, к нему присоединяют шкалу-поплавок. Выдавленный поплавком избыток цементного раствора смывают с поверхности прибора водой. Опустив прибор в ведро с пресной водой, по отметке на шкале ареометра против уровня воды в сосуде можно определить относительную плотность цементного раствора.

Снизу к стакану прикреплен съемный груз, ареометром можно пользоваться для измерения плотности раствора не более 1800 кг/м 3 . При более высокой плотности необходимо снять груз, а отсчет величины плотности брать по большей (правой) шкале.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. ИЗМЕРЕНИЕ КОНСИСТЕНЦИИ И
СРОКА ЗАГУСТЕВАНИЯ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

Для определения консистенции (меры подвижности) и срока загустевания цементного раствора используют консистометр КЦ-5, представляющий собой своеобразную механическую мешалку. Прибор позволяет измерять консистенцию раствора при непрерывном перемешивании и заданной температуре (до 90°С).

Техническая характеристика консистометра для цементного раствора КЦ-5:

Диапазон измерения консистенции, условные единицы консиотенции	от 5 до 100
Максимальная температура пробы	+90
Давление испытания	Атмосферное
Частота вращения стакана с пробой, с -1
Потребляемая мощность, кВт	1,0
Приведенная погрешность измерения консистенции от конечного значения шкалы прибора, %, не более	±5

Методика выполнения работы. Для выполнения работы используют следующие материалы и аппаратуру: испытуемый цемент;

§ весы торговые циферблатные или чашечные с разновесом;

§ цилиндр стеклянный мерный емкостью 500 см 3 ;

§ сферическую чашку с лопаткой или механическую мешалку для приготовления раствора;

§ сито с размером ячейки 0,2-0,3 мм.

Консистометр КЦ-5 (рис. 15) состоит из стакана для цементного раствора, приводимого во вращение электродвигателем, а рамки с лопастями, помещаемой внутрь стакана. При вращении стакана, заполненного цементным раствором, между раствором и лопастями возникают силы трения, приводящие к повороту рамки и закручиванию калиброванной пружины.

Рис. 15. Консистометр КЦ-5

При подготовке консистометра к эксперименту следует провести его холостой пуск. В рабочем положении рамка с лопастями не должна касаться внутренней поверхности вращающегося стакана, что подтверждается нулевым отсчетом по шкале при включении двигателя и остановке. Цемент для удаления крупных частиц просеивают через сито.

Для испытания следует приготовить 650 см 3 цементного раствора и залить его в стакан до риски на его внутренней поверхности, Стакан фиксируется в рабочем положении с помощью байонетного замка. Затем снаружи устанавливают электронагревательное устройство, заполненное необходимым количеством воды. С момента затворения цементного раствора до момента пуска прибора должно пройти не более 5 мин.

Скорость нагревания контролируют по показаниям термометра и регулируют путем изменения напряжения питания электронагревателя. Интенсивность нагрева устанавливают в соответствии с заданием на испытание, обычно в пределах 0,5-2,0 °С в 1 мин.

После включения электродвигателя и системы нагрева необходимо через каждые 5 мин записывать температуру раствора и показания по шкале прибора (табл. 4).

Форма записи результатов измерения консистенции и срока загустевания цементного раствора

№ отчета	Время испытания, мин*	Отсчет по шкале КЦ-5	Консистенция, условные единицы	Температура раствора, °С	Напряжение электронагревателя, В	Задание на испытание и результаты измерений
и т.д.	Дата: «___»_____ 20_ г Вид цемента: _______________ Количество цемента: _______________ Вид жидкости затворения: _______________ Водоцементное отношение: _______________ Скорость нагрева раствора, градус/мин: _______________ Максимальная температура раствора: _______________ РЕЗУЛЬТАТЫ: Начальная консистенция: _______________ Срок загустевания, ч-мин _______________

* Нулевой отсчет берется в момент начала вращения стакана, когда одновременно с включением двигателя КЦ-5 включается секундомер.

Цементный раствор считается достаточно подвижным (прокачиваемым), если его начальная консистенция не превышает 10-15 единиц консистенции. Опыт прекращают, когда консистенция раствора возрастает до 50 единиц.

По данным табл. 4 строят кривую изменения консистенции во времени, называемую кривой загустевания. По графику определяют начальную консистенцию, характеризующую подвижность раствора через 20 мин испытания, и срок загустевания, который отсчитывают от момента включения Прибора до момента, когда консистенции достигает 30 единиц.

РУБЕЖНЫЙ КОНТРОЛЬ

Преподаватель выдает каждому студенту 2 вопроса из перечня вопросов к защите лабораторной работы №3, 4. Правильный ответ оценивается определенной суммой баллов и засчитывается преподавателем как защита выполненной лабораторной работы.

Вопросы для предварительной подготовки к защите лабораторной работы №3, 4:

1. Цели цементирования обсадных колонн.

2. Свойства цементного камня.

3. Прямое и обратное цементирование, преимущества и недостатки.

4. Одноступенчатый способ цементирования.

5. Многоступенчатый способ цементирования, область применения.

6. Манжетный способ цементирования.

7. Практическое значение определения плотности цементного раствора Добавки для регулирования плотности. Области применения облегченных и утяжеленных цементных растворов.

8. Практическое значение определения плотности цементного раствора.

9. Методы регулирования плотности цементного раствора.

10. Методы регулирования растекаемости цементного раствора.

11. Зависимость плотности цементного раствора от водоцементного отношения.

12. Устройство ареометра. Методика определения относительной плотности цементного раствора.

13. Устройство конуса АЗНИИ. Методика определения растекаемояти цементного раствора.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. ИЗМЕРЕНИЕ СРОКОВ
СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

Срок начала и конца схватывания определяют с помощью прибора Вика путем периодического измерения глубины погружения в образец твердеющего раствора иглы стандартного размера под действием постоянной нагрузки.

Используемое оборудование. Прибор Вика (рис. 16) состоит из металлического стержня 1, свободно перемещающегося в вертикальной обойме станины 2. Для закрепления стержня на требуемой высоте служит зажимной винт или специальный стопор 3. В нижнюю часть стержня 1 ввинчивается стальная игла 4. На станине укреплена шкала 6 с делениями от 0 до 40 мм. В коническое кольцо 7, установленное на пластинке, заливают цементный раствор.

Рис. 16. Прибор Вика.

Методика выполнения работы. Для выполнения этой работы используются следующие материалы и аппаратура:

§ прибор Вика; кольцо для раствора;

§ сферическая чашка с лопаткой или механическая мешалка для приготовления цементного раствора;

§ весы технические или торговые с разновесом;

§ мерный цилиндр вместимостью 250 см 3 ;

§ линейка металлическая или деревянная;

§ ванна с гидравлическим затвором и нагревателем (электронагреватель или газовая горелка);

Перед началом испытания следует проверить, свободно ли опускается стержень прибора и совпадает ли при опускании иглы на донную пластину нулевое деление шкалы с риской на стержне. В случае их несовпадения проводят регулировку прибора либо учитывают выявленное отклонение при измерениях.

Для определения сроков схватывания следует приготовить 300 см 3 цементного раствора, который после 3-минутного перемешивания заливают в коническое кольцо. Стенки кольца и донную пластинку смазывают машинным маслом, иначе схватившийся Образец будет трудно удалить из кольца. В протоколе испытания (табл. 1) необходимо зафиксировать момент затворения (по часам), то есть момент вливания вода в цемент, так как от него ведется отсчет сроков схватывания.

Дата измерения	«___»____________ 20___ г
Наименование цемента	Тампонажный портландцемент
Вид жидкости затворения	Питьевая вода
Количество цемента, г
Количество жидкости затворения, г
Водоцементное отношение	0,5
Время начала затворения, ч-мин
Время, когда игла не дошла до дна кольца на 1 мм, ч-мин
Время, когда игла погрузилась в раствор на 1 т, ч-мин
Cрок начала схватывания, ч-мин
Срок конца схватывания, ч-мин

Раствор заливают в кольцо с некоторым избытком, который сразу же срезают линейкой. Затем кольцо накрывают металлической или стеклянной пластинкой, смазанной маслом. Пластинку прижимают к кольцу специальным приспособлением. Закрытое кольцо немедленно погружают в водный термостат с заданной в пределах 30-90 °С температурой. При определении сроков схватывания при комнатной температуре иглу погружают в образец через каждые 15 мин, при повышенных температурах – через каждые 5 мин.

Перед погружением иглу следует установить вровень с поверхностью образца раствора и закрепить стержень. Отпускают винт и дают игле возможность свободно погружаться в раствор. После каждого погружения иглу следует вытирать, а кольцо смещать, чтобы игла погружалась каждый раз в новое место. Во время опыта нужно оберегать кольцо с раствором от толчков и сотрясений, а иглу от искривления при возможных ударах ее о донную пластинку, пока образец не начал схватываться.

Промежуток времени от момента затворения до момента, когда игла при погружении в образец не доходит до дна кольца с раствором на 1-2 мм, называют сроком начала схватывания. Промежуток времени от момента затворения до момента, когда игла погружается в раствор не более чем на 1 мм, называют сроком конца схватывания.

Методы измерения плотности бурового и цементного растворов
В ходе проведения работ по бурению скважин состав и, как следствие, технические характеристики буровых растворов могут претерпевать значительные изменения. При этом в качестве причины могут выступать целенаправленные действия со стороны буровой бригады – а именно, введение в состав раствора добавок и химических реагентов с целью обеспечить наиболее подходящие параметры раствора для текущих условий бурения. Кроме того, состав раствора может меняться под воздействием среды в скважине, а потому для поддержания его исходных характеристик необходим мониторинг показателей используемой жидкости.

Плотность бурового раствора - это отношение массы к объему, единица изме-рения – г/см 3 ; кг/м 3 . Плотность определяют при помощи пикномеров и весов рычажных плотномеров, а на буровой - специальными ареометрами АГ-ЗПП.

Пикнометрический метод определения плотности жидкости основан на взвеши-вании жидкости, занимающей в пикнометре известный объем, найденный весовым способом. Основные преимущества данного метода сводятся к следующему:

- высокая точность измерений, обусловленная тем, что взвешивают на высокоточных весах общего назначения без каких-либо дополнительных устройств, неизбежно уменьшающих чувствительность весов;

- малая площадь свободной поверхности жидкости в пикнометре, что практически исключает испарение жидкости и поглощение влаги из воздуха;

- пригодность для работы как с летучими, так и с весьма вязкими жидкостями;

- использование небольшого количества жидкости (1- 100 см 3 );

- раздельное проведение операций термостатирования жидкости в пикнометре и последующего взвешивания.

При точных измерениях, когда вполне оправданы некоторая трудоемкость и необходимость соблюдения ряда предосторожностей, пикнометрическому методу отдают предпочтение.

Ч ем больше вместимость пикнометра, тем меньше погрешность взвешивания; однако одновременно увеличивается ошибка, связанная с неравномерностью температуры во всей массе жидкости. Наилучшие результаты получают с пикнометрами вместимостью 25-100 см 3 .

Сущность метода заключается в определении массы цементного теста, помещенного в пикнометр с известным объемом, при определенной температуре. Пикнометр П-1 изготовлен из нержавеющей стали и состоит из стакана, который закрывается пробкой.

Рычажные весы-плотномер ВРП-1.

Предназначены для измерения плотности буровых и тампонажных растворов.

Принцип работы рычажных весов ВРП-1М основан на уравновешивании моментов левой и правой сторон подвижной части весов относительно опоры. Основные технические характеристики: диапазон измерения, г/см ³- от 0,8 до 2,6; погрешность измерения, г/см³- от ± 0,01.

ВРП-1 (рис. 1) состоят из: стойки 8; подвижной части, в которую входит рычаг 6, жестко скрепленный с мерным стаканом 1; крышки 2 призм 4 и 5, укрепленных на рычаге 5; подушки 3, соединяющей подвижную часть весов со стойкой; двух измерительных шкал - верхней и нижней, замеры по верхней шкале осуществляются путем установки весов на правую призму и перемещения подвижного груза 7, замеры по нижней шкале - путем установки весов на левую призму и перемещения подвижного груза.

Порядок работы: - залить раствор в мерный стакан до верхней кромки и зак-рыть крышкой; - удалить излишки раствора, вытекшие через специальное отверстие; - установить подвижную часть на правую призму стойки; - передвигая вправо или влево подвижный груз, установить рычаг в положение равновесия и прочесть показания плотности раствора по верхней шкале; - если плотность раствора окажется большей, чем предел измерения по верхней шкале, то подвижную часть весов необходимо переставить на левую призму и провести измерение по нижней шкале; - после замера снять крышку, вылить раствор из стакана, промыть мерный стакан и крышку водой, протереть их насухо.

Измерение плотности бурового раствора с помощью ареометров .

Рисунок 1. Ареометр

Ареометр типа АГ-ЗПП состоит из мерного стакана 2, поплавка 3 со стержнем 4 и съемного грузика 1.

Прибор поставляется в комплекте с ведерком для воды 5, в которое он погружается, крышка 7 ведерка служит пробоотборником для раствора.

Порядок выполнения работы.

В мерный стакан ареометра налить воду из ведра, в котором производится замер. При стабильном положении прибора прочесть и записать показания.

Отсоединить стакан от донышка и вылить воду в ведро. Залить в мерный стакан ареометра подготовленную пробу бурового раствора. Тщательно смыть водой изли-шки раствора с поверхности ареометра.

Погрузить ареометр в ведро с водой прочесть значение плотности бурового ра-створа по шкале 6.

При надетом калиброванном грузе отсчет брать по левой шкале с оцифровкой от 800 до 1700 кг/м 3 . Если ареометр при надетом калиброванном грузе погрузится так, что шкала окажется под уровнем воды в ведре, то следует снять груз и отсчет брать по правой части основной шкалы с оцифровкой от 1700 до 2600 кг/м 3 .
Задание.

I. Изучить теоретический материал

II. Заполнить таблицу 1 «Характеристики приборов для измерения плотности»
Таблица 1 - Характеристики приборов для измерения плотности

III. Ответить на вопросы.

1. Что называется плотностью раствора?

2. Какие параметры зависят от плотности раствора?

3. Каковы нормы погрешности, диапазона измерения при измерении плотности раствора?

К основным параметрам бурового раствора относятся плотность, предельные статическое и динамическое напряжения сдвига, эффективная и пластическая вязкость, условная вязкость, показатель фильтрации, статическое напряжение в глинистой корке, газосодержание, содержание песка, показатель стабильности, показатель смазочной способности, напряжение пробоя гидрофобных эмульсий, концентрация водородных ионов (pH), содержание твердой фазы и нефти, коллоидных частиц, степень минерализации фильтра, содержание ионов кальция, магния, карбонатов, гидрокарбонатов, хлорсульфатов, щелочных металлов, хрома, калия, извести.

Для определения указанных параметров используются соответствующие методики и средства измерений.

К наиболее важным параметрам, характеризующим буровой раствор, относится плотность. От нее зависят давление на пласты, образующие стенки скважины, перенос энергии от насоса к забойному двигателю - турбобуру, размыв породы на забое и т. д. Поэтому к измерению плотности бурового раствора в технологическом процессе бурения предъявляются жесткие требования. Согласно нормам, погрешность в измерении плотности не должна превышать 0,02 г/см 3 . Диапазон ее измерения составляет 0,8 - 2,64 г/см 3 .
Рис. 59. Рычажные весы — плотномер
Для измерения плотности буровых растворов используются гравитационные плотномеры, в которых взвешивается определенный объем жидкости; гидростатические плотномеры, измеряющие давление столба жидкости постоянной высоты (к ним относятся и пьезометрические), поплавковые плотномеры, основанные на определении выталкивающей силы, равной весу вытесненной жидкости.

В гравитационных плотномерах чувствительный элемент представляет собой камеру постоянного объема. Приращение массы чувствительного элемента пропорционально изменению плотности. При заполнении камеры жидкостью, плотность которой соответствует нижнему пределу шкалы, чувствительный элемент располагается горизонтально. С ростом плотности увеличивается общая масса подвижной системы, чувствительный элемент опускается, выходной сигнал повышается до тех пор, пока приращение массы не будет уравновешено усилием механизма обратной связи. Таким образом, достигается силовая компенсация. Применение ее позволяет добиваться высокой точности измерения плотности.

Для измерения плотности бурового раствора используют: рычажные весы-плотномер; пикнометр; автоматический весовой плотномер АВП-1; пьезометрический плотномер ПП-1, индикатор плотности.
Рычажные весы-плотномер ВРП-1

Предназначены для измерения плотности буровых и тампонажных растворов.

Пикнометрический метод определения плотности жидкости основан на взвешивании жидкости, занимающей в пикнометре известный объем, найденный весовым способом. Основные преимущества данного метода сводятся к следующему:

- пригодность для работы как с летучими, так и с весьма вязкими жидкостями;

- использование небольшого количества жидкости (1- 100 см 3 );

- раздельное проведение операций термостатирования жидкости в пикнометре и последующего взвешивания.

Чем больше вместимость пикнометра, тем меньше погрешность взвешивания; однако одновременно увеличивается ошибка, связанная с неравномерностью температуры во всей массе жидкости. Наилучшие результаты получают с пикнометрами вместимостью 25-100 см 3 .

Сначала определяют массу чистого сухого пикнометра с погрешностью до 0.01 г. По окончании перемешивания пикнометр заполняют цементным раствором и закрывают пробкой, при этом цементный раствор должен заполнить канал в пробке пикнометра. Избыток раствора, выступивший из отверстия в пробке, удаляют влажной тканью.
Автоматический плотномер АВП-1
Для непрерывного автоматического измерения плотности бурового раствора в процессе бурения нефтяных и газовых скважин используется плотномер АВП-1. Он разработан СПКБ

Приборы контроля – важный, обязательный и необходимый элемент производственной деятельности предприятия, они выполняют важные функции для обеспечения нормальной деятельности (прибор для определения водоотдачи, прибор для определения густоты раствора, определитель статического напряжения сдвига и др.). Таким образом, приборы контроля используются для систематической проверки состояния предметов и материалов производственного назначения.

Современная промышленность полностью опирается на показатели приборов контроля, так как это позволяет повысить уровень изнашиваемости оборудования, оборотности и как следствие – повышение уровня производительности, рентабельности и платежеспособности предприятия. Приборы контроля значительно уменьшают затраты предприятия на ремонт и нормативный брак, а в отдельных случаях гарантируют соблюдение норм охраны труда и даже сохранности жизни персонала на предприятии.

На сегодняшний день приборы контроля используются практически на всех крупных и средних предприятиях, набирая всё более масштабные обороты и играя всё более незаменимую роль в производстве. Совершенно очевидно, что современные приборы контроля становятся объективно необходимым и обязательным условием продуктивного процесса, определяя сохранность оборудования и материалов, обеспечивая их нормальное функциональное назначение, являясь эффективной статьёй экономии и увеличения совокупную прибыльность предприятия.

«Игла Вика» ИВ-2 — предназначен для определения нормальной густоты, сроков схватывания и определения толщины корки цементного теста.
Ареометр АБР — 1 — предназначен для измерения плотности буровых и любых других растворов, а также жидкостей и пульп, нейтральных к полиэтилену.
Вискозиметр бурового раствора ВБР – 2 -предназначен для определения плотности буровых или любых других растворов, а также жидкостей и пульп, нейтральных к полиэтилену.
Конус растекаемости КР— 1 — предназначен для определения растекаемости цементного камня раствора.
КТК-2 — прибор предназначен для определения коэффициента трения фильтрационной корки буровой промывочной жидкости в условиях промысловых лабораторий и на буровых с целью выявления эффективности смазочных добавок и оперативного вмешате
Лаборатория ЛГР – 3 — предназначена для контроля параметров бурового раствора, а также может применяться для определения плотности тампонажного раствора.
Отстойник ОМ-2 — предназначен для определения процентного содержания общего песка, а также отмытого песка в пробе глинистого раствора.
Пикнометр П-1 — прибор предназначен для определения плотности цементного раствора.
Прибор ТЭЭ — 01 — предназначен для измерения электрической стабильности гидрофобных эмульсий экспресс-методом.
Прибор для определения водоотдачи ВМ — 6 — предназначен для определения показателя фильтрации (водоотдачи) глинистых растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин.
Прибор ПГР-для определения густоты раствора
СНС-2 определитель статического напряжения сдвига — предназначен для измерения статического напряжения сдвига глинистых растворов и применяется в нефтяной и газовой промышленности в промысловых лабораториях.
СТАЛАГМОМЕТР CТ-1 — прибор предназначен для определения поверхностного натяжения растворов. Методом определения объема капель,выдавливаемых на границах.
Устройство ПКН-2 — предназначено для определения коэффициента набухания глины.
Цилиндр стабильности ЦС-2 — предназначен для определения показателя стабильности бурового раствора.

Подобные посты

Бурение скважин шнеком

Шнековое бурение – это один из нескольких способов получения скважины. Эта методика довольно проста: посредством шнека в грунте делают дыру, шнек выполняет вращательные движения и спускается вглубь до грунтовых вод. Отработанный грунт посредством шнека подымается вверх. Бурение можно осуществлять на мягкой почве. Преимущества Как любой способ получения скважин, данная технология имеет свои как положительные, так […]

Скважина на даче

Для дачного дома существует немного способов обеспечить наличие воды на участке, вот основные: центральное водоснабжение колодец скважина Центральное водоснабжение. Обычно подразумевает под собой завышенные цены, негарантированную подачу воды, старые трубы и как следствие загрязненная вода. В условиях загородного дома мало кто выбирает этот вариант. Колодец. Устаревший, но рабочий способ получить воду. Из явных минусов стоит […]

Что такое статический уровень воды в скважине!?

Сегодня мы рассмотрим один из базовых параметров вашей будущей скважины — статический уровень воды. И постараемся объяснить это понятие простыми словами.

Для определения плотности тампонажного раствора необходимо отделить донышко поплавка от мерного стакана, донышко и стакан промыть водой и насухо вытереть.

Налить в ведро чистую воду (пресную или морскую), имеющую температуру 20 ± 5 о С. Уровень воды в ведре с погружнным в неё ареометром должен находиться не более чем в 5 мм от края ведра.

В мерный стакан ареометра налить воду из ведра. В котором производится замер, стакан при этом держать вертикально. Соединить донышко со стаканом поворотом до упора.

Погрузить ареометр в ведро и вращением стержня согнать воздушные пузырьки. При стабильном положении прибора прочесть и записать показания и знак «+» или «-» поправки по поправочной шкале.

Отсоединить стакан от донышка и вылить воду в ведро. Залить в мерный стакан ареометра подготовленную пробу тампонажного раствора, соединить стакан с донышком. Тщательно смыть водой излишки раствора с поверхности ареометра.

Погрузить ареометр в ведро с водой и по делению основной шкалы, до которого ареометр опустится в воду, прочесть значение плотности тампонажного раствора.

Устройство иглы Вика. Методика определения сроков схватывания цементного раствора.

Простейший способ характеристики скорости схватывания в статических условиях основан на периодическом измерении глубины погружения в твердеющий тампонажный раствор иглы определённого сечения под действием груза определённой массы.

1 - указатель;

2 - шкала с делениями;

3 - зажимной винт;

5 - дополнительный груз;

6 - цилиндрический металлический стержень;

7 - обойма станины;

8 - коническое кольцо.

Методика определения сроков схватывания цементного раствора:

Перед испытаниями следует убедиться, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также проверить нулевое показание прибора. Кроме того, проверяют чистоту и отсутствие искривлений иглы.

Стенки кольца и пластинку, на которую оно устанавливается, смазывают слоем машинного масла. В противном случае схватывающий тампонажный раствор будет трудно удалить из кольца.

Для определения сроков схватывания готовят 300 см 3 раствора, который после 3 – минутного перемешивания заливают в кольцо прибора Вика до верхнего края надставки и записывают время начала затворения раствора.

Через 1 ч после затворения надставку снимают, а избыток раствора срезают вровень с краями кольца смоченной в воде металлической или деревянной линейкой.

Иглу раствора доводят до соприкосновения с поверхностью цементного теста, приготовленного и уложенного в кольцо, и в этом положении закрепляют стержень зажимным винтом; затем освобождают стержень, после чего игла должна свободно погружаться в тесто.

Иглу погружают в тесто через каждые 5 мин до начала схватывания и через 15 мин в последующее время, передвигая кольцо после каждого погружения для того, чтобы игла не попадала в одно и то же место. После каждого погружения иглу следует вытирать.

Началом схватывания цементного теста считается время, прошедшее от начала затворения (момент приливания воды) до того момента, когда игла не будет доходить до пластинки на 1 – 2 мм.

Концом схватывания цементного теста считается время от начала затворения до момента, когда игла опускаться в тесто не более чем на 1 мм.

Читайте также: