1. Определение сроков схватывания тампонажного раствора. Введение

Цель - определение сроков схватывания тампонажного раствора.

Задача - исследовать тампонажные составы (по выбору преподавателя).

2. Теория

О развитии процесса превращения тампонажного раствора в покое из жидкого состояния в твердое судят по срокам начала и конца схватывания.

2.1. Средства контроля. Прибор ВИКа

Прибор ВИКа (рис. 2.1) состоит из металлического стержня, свободно перемещающегося в вертикальной обойме стойки. Для закрепления стержня на желаемой высоте имеется зажимной винт 2. В нижнюю часть стержня ввинчивается стальная игла 3 диаметром 1,1 мм и длиной 50 мм. Вес стержня должен быть равен 300±2 г. На станине укреплены шкала 4 с делениями от 0 до 40 мм. Коническое кольцо 5 для цементного раствора имеет внутренний диаметр верхнего основания 65±5 мм, нижнего - 75+5 мм, высоту 40±0.5 мм. Под кольцо подкладывается пластинка, сверху кольцо также накрывается пластинкой.

Рис. 2.1. Прибор ВИКа

1- стойка, 2- винт, 3- игла, 4 - шкала, 5 - конус

По мере роста прочности структуры раствора, сопротивление погружению иглы в него возрастает и наступает момент, когда игла не в состоянии погрузиться. Время, прошедшее от момента затворения тампонажного раствора до момента, когда игла, погружаясь в раствор, не доходит на 1-2 мм до основания формы, условно называют началом схватывания.

Время, прошедшее от момента затворения тампонажного цемента до момента, когда игла погружается в образец не более чем на 1 мм, условно называют концом схватывания. За момент затворения принимается момент ввода воды в цемент.

2.1.1. Подготовка и проведение испытания

Принцип метода заключается в том, что в исследуемый цементный раствор с заданной постоянной высоты периодически погружают иглу определенной массы и диаметра.

Порядок проведения испытаний в реальности:

1. Рабочие поверхности кольца ВИКа и подставки смочить маслом для уменьшения адгезии тампонажного камня.

2. Приготовить раствор и заполнить кольцо ВИКа доверху. Отметить по часам время момента ввода воды в цемент, через некоторое время снять насадку с кольца и срезать избыток раствора вровень с краями кольца. Накрыть кольцо пластинкой.

3. Первый замер производят по истечении запланированного времени. Перед погружением нижний торец иглы установить на одной высоте с верхним уровнем образца раствора.

4. Опустив стопор, дать возможность игле свободно погружаться в образец, наблюдая по шкале, на сколько миллиметров она не достигла основания. Погружение повторяют дважды, занося в журнал среднее арифметическое значение и время замера. В процессе опыта следует оберегать образец от толчков, а иглу от искривления.

5. После каждого погружения иглу протереть досуха, погружать ее каждый раз в новое место на одинаковом расстоянии от стенки кольца.

Интервалы между последующими замерами зависят от интенсивности структурообразования. Чем больше разница между смежными результатами измерений, тем короче должен быть интервал времени между замерами.

Если время начала и конца схватывания не зафиксировано, то оно определяется экстраполяцией по полученным результатам.

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. Оборудование, находящееся в вытяжном шкафу

Рис. 3.4. Прибор ВИКа

Прибор ВИКа состоит из стойки (основания) прибора (1), вертикального стержня, (2) перемещающегося по вертикали. К вертикальному стержню к цилиндру (3) снизу крепится игла (диаметром 1,1 мм и длиной 50 мм).

На основание прибора устанавливается площадка для раствора (8), на которую устанавливается цилиндр для раствора (9). В цилиндр (9) будет помещаться испытываемый раствор. Размеры цилиндра: внутренний диаметр верхнего основания - 65±5 мм, нижнего - 75±5 мм, высота - 40±0,5 мм.

При испытании вертикальный стержень (2) нижним окончанием иглы касается поверхности раствора. Для этого необходимо поднять стержень, а затем установить цилиндр и наливать в него раствор. Перемещение стержня вниз и вверх производится рукой, причем перед перемещением необходимо открутить винт (7), и только после этого перемещать, по окончании перемещения винт (7) затянуть для фиксации положения.

Металлическая нитка (5) указывает на подъем стержня по шкале (6), данный указатель закреплен на стержне и перемещается вместе с ним. Отпускание стержня вниз (разблокирование удерживающего механизма) происходит при нажатии на кнопку (4). При нажатии на кнопку стержень освобождается и своей массой (300 гр) продавливает иглой определенную толщину раствора. Данными о толщине продавленного раствора будет являться разница между начальной высотой подъема стержня и конечным значением.

Рядом с прибором находятся канистра с маслом и чистая ветошь.

Рис. 3.5. Дополнительное оборудование

На столе рядом с вытяжным шкафом расположены:

· 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. 3.6. 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.

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

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 сек. Раствор готов.

4.2. Эксперимент по определению сроков схватывания раствора

4.2.1. Замеры

Отметьте по часам время момента ввода воды в цемент.

Первый замер произведите по истечении запланированного времени. Перед погружением нижний торец иглы установите на одной высоте с верхним уровнем образца раствора.

Опустив стопор, дайте возможность игле свободно погружаться в образец, наблюдая по шкале, на сколько миллиметров она не достигла основания. Погружение повторяют дважды, занося в журнал среднее арифметическое значение и время замера. В процессе опыта следует оберегать образец от толчков, а иглу от искривления.

После каждого погружения иглу протирают. Следующее погружение производят в новое место на одинаковом расстоянии от стенки кольца.

Интервалы между последующими замерами зависят от интенсивности структурообразования. Чем больше разница между смежными результатами измерений, тем короче должен быть интервал времени между замерами.

Если время начала и конца схватывания не зафиксировано, то оно определяется экстраполяцией по полученным результатам.

4.2.2. Порядок действий (рекомендованный)

1. Поднимите стрежень прибора таким образом, чтобы можно было установить цилиндр (9) (рис. 3.4).

2. Установите на прибор металлическую подкладку (8).

3. Затем установите на нее цилиндр (9). Затем смажьте поверхность подкладки и внутреннюю поверхность цилиндра маслом.

Снимите крышку с канистры с маслом. Возьмите ветошь и примените ее к канистре. Затем масляную ветошь примените к поверхности металла. Положите ветошь на место.

4. Возьмите стакан мешалки или чашу, применить к прибору ВИКа, произойдет автоматический налив раствора в конус прибора. Стакан или чаша установятся на место.

Можно в любой момент перемещать вертикальный стержень вверх и вниз. При достижении поверхности раствора дальнейшее перемещение вниз невозможно.

Кнопка (4) работает только в том случае, если игла прибора находится в непосредственной близости от поверхности раствора (максимум 0,5 см).

При выполнении условия близости иглы и нажатия кнопки стержень падает вниз и продавливает раствор на высоту в зависимости от времени окончания приготовления раствора.

5. Далее стержень поднимите вверх.

6. Для повторного нажатия на кнопку необходимо выполнение следующих условий. Возьмите ветошь, примените к прибору, тряпочка не масляной стороной вытрет иглу. Также необходимо повернуть подкладку с цилиндром и раствором вокруг своей оси на какой-либо угол, для того чтобы исключить повторное падение иглы в уже проделанное отверстие в растворе.

7. По окончании замеров возьмите чашу с раствором или стакан автоматической мешалки и примените к бочке с использованным раствором, выльются остатки раствора. То же самое проделайте с цилиндром и подставкой. Включите воду. Далее все эти объекты по очереди примените к раковине для промывки. Игла прибора вытирается ветошью. Моется лопатка и крышка автоматической мешалки (если грязная). Эксперимент можно повторить.

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. Прибор для определения сроков схватывания тампонажного раствора.

2. Принцип замера сроков схватывания на приборе ВИКа.

3. Что называют началом срока схватывания тампонажного раствора?

4. Что называют концом срока схватывания тампонажного раствора?

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 сроков схватывания тампонажного раствора» 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.