1.  ye Определение плотности цементного теста. Введение

Цель - определение плотности цементного теста.

Задача - приготовить и исследовать тампонажные растворы (по выбору преподавателя) и определить их плотность.

2. Теория

Плотность цементного раствора является функцией плотностей сухого порошка, жидкости затворения (воды, раствора солей и т. д.) и водосодержания, определяется по формуле:

где     – плотность цементного раствора;

 - плотность сухого порошка;

 - плотность жидкости затворения;

 – водо-цементное отношение.

2.1. Средства контроля

2.1.1. Ареометр АГ-2

В промысловой практике для определения плотности тампонажного раствора используются ареометры АГ-1, АГ-2, АГ –3ПП (рис. 2.1), рычажные весы и плотномер ВРП-1 (рис. 2.2).

Прибор АГ-2 отличается от АГ-1 пределом измерения: одна шкала - от 0,9 до 1,7 г/см³, другая - от 1,6 до 2,4 г/см³. АГ-ЗПП отличается материалом. Он изготовлен из полиэтилена. При его использовании в результат измерения вносится поправка на плотность воды.

Рис. 2.1. Ареометр АГ-2

Ареометр АГ состоит из стакана 1, поплавка с стержнем со шкалой 2, груза 3. На стержне имеется две шкалы - основная и поправочная, по которой определяют поправку в случае применения минерализованной воды. Прибор поставляют в комплекте с ведерком для воды.

2.1.1.1. Подготовка и проведение испытаний

Порядок действий:

1. Перед каждым замером проверить прибор по воде.

2. Приготовить тампонажный раствор заданного состава.

3. Заполнить им стакан, тщательно обмыть снаружи, погрузить в ведро с водой, вращением согнать воздушные пузырьки.

4. Сделать отсчет плотности по основной шкале (по делению, до которого ареометр погрузился в воду). При плотности тампонажного раствора от 1000-1800 кг/м³ пользуются значениями основной шкалы, расположенной слева; при плотности тампонажного раствора более 1800 кг/м³ груз 3 снимают и пользуются значениями основной шкалы, расположенной справа.

5. После окончания проведения испытаний прибор промыть и протереть насухо.

2.1.2. Рычажные весы-плотномер ВРП-1

Рычажные весы-плотномер ВРП-1 состоят из: стойки 8; подвижной части, включающей в себя рычаг 6; жестко закрепленный с мерным стаканом 1, на который надевается крышка 2; призм 4 и 5, укрепленных на рычаге 6; подушки 3, соединяющей подвижную часть весов со стойкой двух измерительных шкал (верхней и нижней).

Замеры по нижней шкале осуществляются путем установки весов на правую призму и перемещения подвижного груза 7; замеры по нижней шкале осуществляются путем установки весов на левую призму и перемещения подвижного груза.

Рис. 2.2. Рычажные весы-плотномер ВРП-1

2.1.2.1. Подготовка и проведение испытания

Принцип работы ВРП-1 основан на уравновешивании моментов левой и правой сторон подвижной части весов относительно опоры на призмах.

Порядок действий:

1. Залить раствор в мерный стакан до верхней кромки и закрыть крышкой. Излишки раствора, вытекшие через специальное отверстие, удалить.

2. Установить подвижную часть весов на стойке при помощи правой призмы. Передвигая вправо или влево подвижной груз, установить рычаг в положение равновесия; прочесть показания плотности раствора по верхней шкале. Если плотность раствора окажется больше, чем предел измерения по верхней шкале, то подвижную часть весов необходимо переставить на левую призму и вести измерения по нижней шкале.

3. После замера снять крышку и вылить раствор из стакана, промыть мерный стакан и крышку водой, протереть насухо.

Источником ошибок определения истинной плотности раствора может быть загрязнение воды (плотность воды в ведерке не должна отличаться более ±3 кг/м³), вовлечение воздуха в цементный раствор при его приготовлении, неисправность прибора, пузырьки воздуха, задерживающиеся на торцовых поверхностях и углублениях в деталях прибора.

3. Оборудование

3.1. Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

F10 – выход из программы.

Z – приближение.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.2. Функции манипулятора

Левая клавиша мыши (1) - при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.

Средняя клавиша (2) - при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем – ставится (прикрепляется).

Правая клавиша (3) - появляется курсор–указатель (при повторном - исчезает).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.2. Оборудование в лабораторной работе

Рис. 3.3. Ареометр

Рис. 3.4. Дополнительное оборудование

На столе слева находятся:

· стеклянный мерный стакан объемом 500 мл, градуировка - 50 мл;

· весы лабораторные, шкала - от 0 до 6 кг;

· чаша для приготовления раствора;

· лопатка для затворения раствора;

· сито.

Рис. 3.5. Автоматическая мешалка

На столе справа от вытяжного шкафа находится автоматическая мешалка, которая состоит из корпуса с приводом; металлического стакана для раствора; перемешивающего устройства, закрепленного на крышке стакана.

Возле окна располагается мойка.

В шкафу находятся мешки с цементом и облегчающей добавкой, коробка с рычажными весами-плотномером ВРП-1.

Рис. 3.6. Рычажные весы-плотномер ВРП-1

Рис. 3.7. Ингредиенты

4. Порядок выполнения работы

4.1. Приготовление раствора

Приготовьте тампонажные растворы (по выбору преподавателя).

4.1.1. Выбор параметров раствора

1. Кликните на одну из емкостей с ингредиентами, появляется меню «Выбор параметров раствора», в котором назначьте параметры.

2. Если чаша для приготовления раствора и стакан для приготовления раствора пусты, то меню «Выбор параметров раствора» вызывается снова, можно выбрать новый параметр.

3. Также можете взять заполненную чашу или стакан и высыпать не полностью приготовленный раствор в бочку с надписью «Использованный раствор», помыть чашу или стакан, и после этого выбрать новый раствор.

Рис. 4.1. Меню "параметры раствора"

Рис. 4.2. Кнопка в меню

4. После выбора параметров раствора в меню необходимо приготовить сам раствор. Приготовление возможно 2-мя способами: ручным и механическим.

4.1.2. Приготовления раствора (общие пункты для обоих способов)

1. Возьмите в мешок с раствором, примените его к мерному стакану. Над мерным стаканом появляется сито. Автоматически мешок наклоняется и происходит высыпание цемента в стакан.

2. Стакан поставьте на весы, проведите взвешивание. Массу, показываемую весами, составят масса стакана (800 г) плюс масса цемента.

3. Поставьте мешок с цементом на место. Пересыпьте цемент в объект для смешивания (чашу или металлический стакан миксера).

4. Повторите пп 1-3 для облегчающей добавки.

5. Повторяем пп 1-3 для воды.

Примечание: последовательность выбора цемента и облегчающей добавки не имеет значения, в последнюю очередь в раствор вводится вода.

4.1.2.1. Приготовление раствора автоматической мешалкой

1. Закройте крышкой стакан, примените к автоматической мешалке. Анимацией стакан появляется снизу мешалки, поднимается, входит в пазы винтами, винты закручиваются.

2. Нажмите на кнопку «ПУСК» на панели управления. Начнется процесс перемешивания, который длится 180 секунд, который нельзя остановить.

Примечание: Закрыть крышкой стакан или применить мешалку к чаше можно, только если набраны все ингредиенты.

4.1.2.2. Приготовление раствора механическим перемешиванием

1. Возьмите в руки лопатку для затворения и примените ее к чаше с ингредиентами. Лопатка будет перемешивать раствор и растирать цемент по стенкам в течении 180 секунд.

4.2. Эксперимент по определению плотности раствора на приборе АГ-2

1. Откройте крышку на чехле прибора, положите ее на стол.

2. Кликните на чехол. Анимацией из чехла извлечется ареометр и переместится на стол. Можно кликнуть на ареометр и применить его к чехлу, ареометр переместится в чехол (если в чехле не было воды и ареометр чистый).

3. Возьмите канистру с водой и примените ее к чехлу. Воды из канистры перельется столько, что, при погружении в чехол ареометра, воды до верхней кромки чехла останется 5-10 см. Поставьте канистру на стол.

4. Возьмите заполненные раствором чашу или стакан автоматической мешалки, примените к мерному стакану. Произойдет наполнение мерного стакана.

5. Кликните на ареометр, он предстанет в вертикальном состоянии.

6. Кликните камеру для раствора ареометра, она открутится автоматически, примените ее к мерному стакану с раствором. Часть раствора перельется в камеру.

7. Возьмите камеру в руки, примените ее к ареометру, камера автоматически накрутится по резьбе. Можно сразу снять груз (кликните на груз, он скручивается автоматически, затем нужно положить его на стол).

8. Возьмите ареометр за основную его часть и поместите в чехол с водой. Немного поколебавшись, ареометр зафиксируется, и вы сможете снять показания с прибора.

Если плотность раствора больше чем шкала, то необходимо снять груз с ареометра. Для этого кликните на торчащую из чехла часть ареометра или на шкалу справа от чехла. Ареометр появится перед вами в вертикальном положении. Скрутите груз, поместите ареометр обратно в чехол с водой.

9. Если необходимо извлечь ареометр, возьмите его за нижнюю часть (или за шкалу) и положите его на стол.

Лежащий на столе ареометр вызывается кликом левой клавиши манипулятора.

10. Извлеченный ареометр перед вами в вертикальном положении. Возьмите камеру (автоматическое скручивание) и примените ее к бочке с использованным раствором, автоматически произойдет высыпание раствора в бочку.

11. Включите воду. Примените камеру к раковине, произойдет автоматическая мойка. Положите чистую камеру на стол.

12. Аналогично происходит мойка основной части ареометра.

13. Затем можете положить прибор на стол или установить его в вертикальное положение. Прикрутите недостающие детали (с вновь набранным раствором или без него).

14. Можно в самом начале и в любой другой момент исследования проверить показания ареометра. Для этого пустой ареометр (с грузом) поместите в чехол с водой.

15. Вылейте воду из чехла в мойку.

16. Возьмите ареометр в руки, примените к пустому чехлу (первоначальное состояние).

4.3. Эксперимент по определению плотности раствора на приборе ВРП-1

1. Откройте коробку с прибором.

2. Достаньте основание, примените ее к столу, где находится ареометр. Извлеките сам прибор, примените к основанию, на призму 4 или 5 (рис. 2.2).

3. Возьмите в руки чашу или стакан автоматической мешалки и примените его к мерному стакану (если раствор в мерном стакане уже есть, то применить нельзя). Произойдет автоматический налив раствора.

4. Откройте камеру, положите крышку и примените к ней мерный стакан. Произойдет автоматический налив раствора.

5. Закройте крышкой камеру.

6. Установите прибор на призму (если нужно переставьте).

6. Перемещайте груз по шкале - при достижении необходимой величины плотности уровни правой и левой части выровняются (на горизонтальном уровне будет показан центр).

7. Снимите крышку с камеры прибора, положите на стол.

8. Снимите сам прибор с призмы, примените его к бочке с использованным раствором, автоматически произойдет высыпание раствора в бочку.

9. Включите воду, примените прибор к струе воды – произойдет автоматическая мойка прибора. Положите чистый прибор на стол. Вымойте крышку камеры прибора.

10. Проведите испытания снова или сложите части прибора в коробку в коробку.

11. Аналогично вымойте лопатку и объект для смешивания (если стакан, то вместе с крышкой).

12. Только после мойки всего грязного оборудования можно еще раз провести опыт по приготовлению и измерению плотности.

5. Отчет

Студент: ФИО, группа.

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №

Цель:_______________________________________________________________________________________________________________________________

Задачи: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.Оборудование.

2. Ход работы.

3.Результаты экспериментальных исследований.

4.Выводы.

6. Контрольные вопросы

1. Определение плотности тампонажного раствора с помощью ареометра АГ-1.

2. Определение плотности тампонажного раствора с помощью ВРП-1.

3. Ошибки, допускаемые при определении плотности тампонажного раствора.

4. Проверка правильности показаний приборов для определения плотности.

7. Литература

1. Булатов А.И. Управление физико-механическими свойствами тампонажньх систем / А.И. Булатов. – М.:Недра, 1976. - С.248.

2. Булатов А.И., Данюшевский B.C. Тампонажные материалы / А.И Булатов, B.C. Данюшевский. - М.:Недра, 1987. - 280 с.

3. Данюшевский B.C. Справочное руководство по тампонажным материалам / Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.:Недра, 1987. - С. 373.

4. Данюшевский B.C. Проектирование оптимальных составов тампонажных цементов / B.C. Данюшевский. – М.:Недра, 1978. - 293 с.

5. Физико-химические аспекты регулирования свойств тампонажных и буровых растворов: учебн. пос. для студентов спец. 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин» / [Овчинников В.П. и др.]; Тюм. гос. нефт.-газ. ун-т, Кафедра бурения. - Тюмень, 1992. – 108 с.

6. Солевые и тампонажные композиции на основе вторичных материальных ресурсов производства соды / [Овчинников В.П. и др.]; Тюм. гос. нефт.-газ. ун-т, Кафедра бурения. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. – 214 с.

7. Специальные тампонажные материалы для разобщения пластов в различных термобарических условиях / [Вяхирев В.И. и др.]; Тюм. гос. нефт.-газ. ун-т, Кафедра бурения. – Тюмень: «Вектор Бук», 1997. – 240 с.

8. Специальные тампонажные материалы для разобщения пластов в различных термобарических условиях / [Вяхирев В.И. и др.]; Тюм. гос. нефт.-газ. ун-т, Кафедра бурения. –М.:«Недра-Бизнесцентр», 2002. - 115с.

8. Авторы

Лабораторная работа «Определение плотности цементного теста» по дисциплине «Физико-химические процессы твердения и коррозии цементного камня»

Составители:

Харламов К.Н., к.т.н., доцент каф. «Бурение н/г скважин»

Аксенова Н.А., ассистент каф. «Бурение н/г скважин»

Под редакцией Овчинникова В.П. профессора, д-ра техн. наук

Редактор: Яковлев О.В.

3D-графика: Червов А.С.

Script-программирование: Баканов А.А.