深水水泥石强度试验 1 总则 在深水固井中水泥的强度发展受许多因素影响,包括水化热、套管和井眼尺寸、水泥浆位置(环空或套管鞋)以及水泥浆初始温度。在深水井中,影响水泥强度发展的可变因素数一定的情况下,可通过热传递模拟数学模型确定温度和压力方案,或通过邻井现场测量确定温度和压力方案。通过这种方法得出的试验方案能近似反映出水泥浆到位后的实际温度和压力剖面。 非破坏声波试验是确定深水固井水泥强度的*方法。水泥的非破坏声波试验应按照GB/T19139—2012第8章的方法进行。对于5.2特殊水泥浆制备所述特殊水泥浆体系,可使用破坏性试验方法来测定抗压强度。 水泥水化产生大量的水化热。在大环空中,特别是深水井的上部井段,水泥放热可大幅度提高环空的温度。因此,通常情况下在进行水泥强度试验时,在水泥凝固以前,应尽量将养护温度保持在低温状态。一旦达到0.35MPa的初始强度,养护温度就会上升,说明水泥水化放出大量的热。 2 取样方法 强度试验的取样方法按照第4章的规定执行。 3 水泥浆的制备 水泥浆的制备按照第5章的规定执行。 4 常压稠化仪搅拌水泥浆 将制备好的水泥浆装入已冷却至试验温度的常压稠化仪浆杯中。为加快冷却,用户可根据需求,提前把浆杯的温度和常压稠化仪养护液的温度降低到试验温度以下。把浆杯置于常压稠化仪中搅拌20min。搅拌20min后,检查温度,从浆杯中取出搅拌叶,用捣棒搅拌水泥浆使之均匀。如果水泥浆未达到目标试验温度,继续养护直至达到试验温度。允许延长养护时间来模拟水泥浆顶替至井内的时间。记录达到试验温度的实际时间和延长的养护时间。 5 增压稠化仪搅拌水泥浆 将制备好的水泥浆装入已冷却至试验温度的增压稠化仪浆杯中。为加快冷却,用户可根据需求,提前把浆杯的温度和增压稠化仪养护液的温度降低到试验温度以下。将浆杯置于增压稠化仪中,设定养护样品的试验温度和压力程序。一旦达到设定的温度和压力,允许延长养护时间来模拟水泥浆到达井内的顶替时间。在将水泥样品转移至非破坏仪器中之前,吸干在增压稠化仪养护期间进入浆杯中的养护液。记录达到试验温度和压力的实际时间和延长的养护时间。 6非破坏性声波试验 6.1试验仪器 警告——应小心制冷系统产生的冷凝水损坏电路或其他部件,以及由此造成的安全危害。 仪器发射声波信号可穿透水泥样品,接收信号与水泥性质相关,比如水泥强度发展的时间和程度。为模拟深水固井条件,仪器应具有足够的制冷功能,以模拟井下低温条件进行强度试验。 过量的游离液会影响非破坏性声波试验的准确度。游离液隔离水泥与浆杯顶盖的接触,影响穿过水泥样品的声波信号。游离液按照第9章的方法测定。水泥浆试验初始温度应尽可能接近现场作业混浆时的温度。 6.1.1养护釜 养护釜中的温度和压力应按照合理试验方案进行控制。用于养护样品的压力容器,可模拟井下温度并有持续承压的能力。压力对强度的发展有影响,应根据水泥浆井下的实际情况选择合适的试验压力,不应超过容器的额定压力。 6.1.2温度测置系统 符合GB/T19139—2012中8.2的规定。 6.1.3声波信号测*系统 符合GB/T19139—2012中8.2的规定。 6.2操作步骤 按照说明书操作仪器。为了更好地模拟深水井的温度程序,根据温度模型模拟的试验方案设置温度养护程序,即从地面混合温度到目标温度的温度变化速率。或者在向浆杯中装水泥浆前,提前把浆杯冷却至目标温度或以下。水泥浆按4常压稠化仪搅拌水泥浆或5增压稠化仪搅拌水泥浆搅拌。 试验周期从声波传输数据的记录和升温升压开始直至试验结束。声波传输数据的记录应在升温和加压后5min内开始。加压速率应模拟水泥顶替过程的压力条件。 7破坏性试验 7.1破坏性试验仪器和材料 7.1.1试模、抗压强度试验机、底板和盖板、捣棒、试模密封脂、脱模剂 符合GB/T19139—2012中7.4的规定。 7.1.2常压养护水浴(可选) 用于养护水泥试样。 此方法不能模拟实际井下压力条件,试验结果与超声波测试或加压养护测试结果不同。常压养护水浴应配置搅拌器或循环系统。在0°C以上,用水做养护介质。常压养护水浴应具有制冷功能,可将温度降至试验温度,且能保持恒温。在0°C以下若用乙二醇或矿物油做养护介质,应将试样置于一个密闭水浴容器中进行养护,避免试样被乙二醇或矿物油污染。若水泥浆中含有防冻剂,水浴中可加入相同类型和浓度的防冻剂。把试样放入密闭容器中,再将容器浸没在常压养护水浴中养护,可避免水和试样被冷却介质污染。在常压养护水浴中,热电偶应将精度校准至±1°C,量程为-18°C〜104°C;温度计精度应校准至±1°C,量程为-18°C〜104°C。 7.1.3加压养护釜 适合试验温度-7"C以上的试样养护,压力不低于20.7MPa。 加压养护釜可将试样冷却至试验温度,并恒温至试验结束。在0°C以下若用乙二醇或矿物油做养护介质,应将试样置于一个密闭水浴容器中进行养护,避免试样被乙二醇或矿物油污染。若水泥浆中含有防冻剂,水浴中可加入相同类型和浓度的防冻剂。加压养护釜的热电偶精确至±2°C,量程为-18°C〜204°C。 7.2试验步骤 7.2.1养护程序 水泥浆温度应按试验方案冷却或加热以模拟养护条件。 7.2.2试模准备 在试模内表面、底板和盖板接触面涂一薄层脱模剂。组装好的试模应不渗水。在倒入水泥浆前应将试模预冷,使水泥浆快速冷却至试验温度。 7.2.3水泥浆装模 水泥浆制备和养护后,倒入试模一半的深度,当所有试模都倒入水泥浆后,每个试样都用捣棒捣拌约30次。然后手工搅拌剩余的水泥浆,倒满每个试模,再按前面所述方法进行捣拌。试模装满后,将盖板盖在试模上部,检查确认试模不漏浆。 7.2.4常压养护 试模装满水泥浆并盖上顶盖后,立刻放入常压养护水浴中。为了更好地模拟深水井的温度剖面,可根据温度模型模拟的试验方案设置温度养护程序,即从地面混合温度到目标温度的升温或降温速率。替代的做法是,试模可在预冷或稍低于预期试验温度下的常压养护水浴中养护。用户可根据需要决定,养护介质的温度可适当升髙到初始温度以上,以模拟水化放热效应。记录实际时间和温度变化程序。 7.2.5加压养护 试模装满水泥浆并盖上顶盖后,立刻放入加压养护釜中。为了更好地模拟深水井的温度剖面,根据温度模型模拟的试验方案设置温度养护程序,即从地面混合温度到目标温度的升温或降温速率。替代的做法是,将加压养护釜预冷至或稍低于目标温度,再放入试模养护。试验压力模拟现场作业压力。(如果井下预测压力髙于加压养护釜的压力上限,则试验压力应保持在加压养护釜的压力上限内。)不应超过加压养护釜的压力上限。记录实际试验时间、压力和升温程序。在仪器的压力上限内,升压速率程序应模拟顶替过程中水泥浆受到的压力条件。 8抗压强度的测定 8.1总则 养护试验完成后,缓慢释放压力并从釜体中取出试模。拆开试模取出水泥试样并按GB/T19139—2012中7.5.6的规定立即测试。 8.2试验步骤 使用抗压强度试验机进行测试。若试样强度高于3.5MPa,加荷速率应为71.7kN/min±7.2kN/min。若试样强度低于3.5MPa,加荷速率应为17.9kN/min±1.8kN/min。 抗压强度等于试样破型所需的力除以与抗压强度试验机承载盘接触的*小横截面积。根据GB/T19139—2012,所有试样要应由同一水泥浆制成,并在同一时间测试,求出全部合格试样的抗压强度平均值记入试验报告。抗压强度值应精确到0.1MPa。 报告中应包含的信息: a)初始温度; b)*终温度; c)初始压力; d)*终压力; e)达到*终温度和压力的时间; f)反映水泥顶替和养护条件的其他所有温度和压力变化。测试前应肉眼观察水泥试样,找出损坏的试样并丢弃。
