Srub-stroi58.ru

Сруб Строй
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Время загустевания цемента это

Время загустевания цемента это

Сравнение методик тестирования времени схватывания цементных растворов по ГОСТ и API

Методика симулирование скважинных условий по стандарту API «Well Simulation Testing» по сравнению с мелодикой тестирования времени схватывания.

Цементирование нефтяных и газовых скважин требует точного симулирования в лаборатории скважных условий, для получения адекватных данных по характеристикам и качеству цементного камня. Симулирование включает в себя создание давления, температурных и сдвиговых нагрузок на цементный раствор, а также понимая времени, в течения которого они воздействуют. Для оценки качества раствора мы проводим следующие тесты: Оценка реологических свойств раствора, время загустевания по стандарту AP, и проведение ультразвукового теста для оценки прочности цемента и скорости ее набора.

Для измерения времени загустевания раствора по методике API мы используем консистометр высокого давления и температуры. В этом тесте мы симулируем условия, которые воздействуют на раствор в процессе его закачивания в скважину, что включает в себя: симулирование процесса набора температуры, увеличения давления, и сдвиговые нагрузки на цемент. Величина значений температуры и давления зависит от глубины скважины, объема затрубного пространства, размера труб и скорости закачивания цементного раствора.

В процессе проведения теста на запустевание цементный раствор перемешивается со скоростью 150 об/мин. Эта скорость рассчитана как худший сценарий закачивания цементного раствора, когда цемент проходит через цементные помпы и через трубное оборудование, которое может быть у него на пути.

Все эти условия заложены в процесс тестирования по стандарту API, по результатам которого мы можем оценить время, в течение которого цемент может быть прокачан. Концентрация добавок, таких например как диспергатор, замедлитель или ускоритель позволяет достичь требуемого времени загустевания цементного раствора. То есть чем быстрее время закачивания цементного раствора, тем меньшее количество замедлителя требуется, и наоборот. Чтобы не выполнять тестирование для каждой отдельно взятой скважины, мы берём запас по времени для предотвращения загустевания цемента в случае задержки с проведением работ. Время загустевания обычно считается по формуле, время проведения работы плюс 1-2 часа для безопасности.
Теперь, когда мы получили цементный раствор, который удовлетворяет нас по времени загустевания (по методики API), мы начинаем определять момент когда раствор начнет набирать прочность при скважинных условиях. Т.е. проводим симуляцию скважных условий, выполняя тестирование на ультразвуковом анализаторе цемента.

Для этого мы делаем следующее:
1.
Предварительно прогреваем ультразвуковой анализатор до забойной статической температуры.
2. Программируем консистометр, используя те же параметры давления и температуры как и при выполнении теста на запустевание по API. После набора температуры и давления мы продолжаем кондиционирование раствора в течение еще 30 минут.
3. Программируем UCA для симуляции скважинных условий. Ставим скорость набора температуры от динамической до статической в течение 15 минут. Устанавливаем пластовое давление.
4. При выполнении п.3 переносим цементный раствор в уже предварительно прогретый ультразвуковой анализатор и начинаем тест.

Читайте так же:
Как снять коронку с постоянного цемента с импланта

Касательно теста на время схватывания, который вы обычно проводите у себя в лаборатории: этот тест не симулирует скважинные условия и не дает реалистичной картины периода, в течение которого цемент в скважине будет затвердевать. Для цементных растворов, которые применяются при строительстве скважин, для проведения такого измерения необходимо использовать два прибора: API консистометр и API ультразвуковой анализатор. Тест же на время загустевания, в ходе которого цементный раствор после замешивания в миксере помещается его в форму, находящуюся в горячей воде, позволяет адекватно оценить время схватывания цементного раствора в случае его применения в строительстве фундамента здания или, например, опор моста. Для анализа же цементных растворов, которые используются при строительстве скважин, такой тест не дает реальной картины процесса схватывания цемента.

Причиной, по которой тест на время схватывания не отображает реально картины процесса, служит то, что он не отображает время реального процесса закачивания раствора, т.е точку с момента которой должен начинаться набор прочности цементного камня. Этот тест не симулирует процесс набора температуры и давление и, самое главное, он не симулирует сдвиговых нагрузок, которые воздействуют на цемент в процессе его размещения в скважине. Это очень важно, т.к., как уже отмечено ранее, эти параметры воздействуют на цемент и именно с их воздействием на него мы определяем срок, в течение которого цементный раствор будет достаточно пластичен, чтобы быть закаченным.

Симулирование пластовых условий критично, потому что:
1. Температура влияет на вязкость цемента и как следствие на время, в течение которого его можно закачать.
2. Давление снижает время загустевания и повышает скорость набора прочности.
3. Сдвиговые нагрузки влияют на количество соприкосновения частиц цемента в растворе, что влияет на скорость загустевания и регулируется количеством замедлителя, ускорителя и диспергатора для контроля его вязкости, т.е. на силы трения во время его закачивания.
В результате проведения теста по стандарту API мы получаем возможность контролировать точку во времени, в которой начинается набор прочности цементного камня и ее скорость.

Fann | Оборудование для тестирования растворов при моделировании скважинных условий

Компания Fann одной из первых создала полный комплекс необходимого оборудования для тестирования цементных и тампонажных растворов в лабораториях при моделировании скважинных условий.
В настоящее время Fann Instrument Com­pany является одним из мировых лидеров по производству данного лабораторного оборудования.

Статическое напряжение сдвига (СНС). В настоящее время, согласно рекомендации ANSI/API 10B-6 (ISO 10426—6: 2008), можно использовать приборы, позволяющие определять СНС с помощью постоянного или импульсного вращения.

Ультразвуковой метод исключен из рекомендуемых API.

СНС является важным параметром для разработки подходящей рецептуры тампонажного раствора для цементирования скважины в сложных условиях. К таким условиях (при возможном обводнении скважины на ранних стадиях эксплуатации; при установке цементного моста; при сложных режимах цементирования, когда необходимо поддерживать определенный режим течения кольцевого потока; и т. д.).

Читайте так же:
Марки цемента цемент со шлаком

В данный момент только компания Fann выпускает анализаторы цемента, позволяющие определять СНС с помощью вращения при очень малых скоростях. Таким прибором является многозадачная система анализа цементных растворов (MACS II, рис. 1). Это устройство, выполняющее функцию атмо­сферного консистометра, а также консистометра высокого давления, позволяет анализировать время затвердевания и СНС цемент­ного раствора (нулевое время загелевания).

31.jpg

Рис. 1. Многозадачная сис­тема анализа цементных растворов (MACS II)

Время загустевания. Одним из основных исследуемых и моделируемых параметров тампонажного раствора является время загустевания, которое определяется в лаборатории для конкретного цемента. Оно равно времени пребывания раствора в подвижном состоянии и служит критерием сравнения различных цементов, определяя срок прокачиваемости раствора.

Для определения времени загустевания компания Fann разработала консистометр HPHT, модель M290 (рис. 2). Этот прибор, способный работать при высоких давлении (до 207 МПа) и температуре (до 204 о С), используется для измерения времени загустевания цементных смесей при заданных забойных условиях. Главной задачей является определение максимально допустимого времени закачивания цементного раствора, прежде чем он достигает консистенции, при которой дальнейшая закачка уже невозможна (период затвердевания).

32.jpg

Рис. 2. Консистометр НРНТ

Прочностные свойства цемента. Используется неразрушающий метод исследования образцов. Ультразвуковой анализатор цемента UCA, модель 304 (рис. 3) обеспечивает неразрушающий метод определения развития относительной прочности в образце цемента при забойных температуре и давлении.

33.jpg

Рис. 3. Ультразвуковой анализатор цемента UCA, модель 304

Ультразвуковое тестирование прочности цемента на сжатие подразумевает замер времени, необходимого для прохождения ультразвуковой волны через образец цемента; в зависимости от его прочности время прохождения получается различным. Таким образом, получаемое время пробега волны помогает понять вероятностное поведение цементного камня в скважине.

Фильтрация тампонажных растворов. Тест на водоотдачу определяет относительную эффективность цементных смесей удерживать свою водную фазу. Недостаточный контроль за водоотдачей может привести к дегидратации цементных растворов и закупориванию затрубного пространства, что препятствует полноценной закачке цемента в необходимые зоны, при этом избыток раствора останется в обсадной колонне.

Компания Fann в соответствии со спецификацией API Recommended Practice 10B разработала приборы для определения водоотдачи тампонажных растворов как в статических, так и в динамических условиях, с использованием вращающихся лопаток (рис. 4). Все приборы позволяют моделировать условия, близкие к забойным, т. е. тестирование при температуре до 204 о С и с перепадом давления до 13,8 МПа.

34.jpg

Рис. 4. Тестер для определения водоотдачи в динамических условиях

Как проходят испытания цемента

ЦЕМ I 42,5 Н – новая маркировка того самого «пятисотого» цемента, соответствует ПЦ-500-Д0. Применяется для изготовления изделий из бетона, в монолитном домостроении и др.

  • Цифра I означает «бездобавочность» цемента (добавки улучшают некоторые технологические качества цемента, но имеют и свои минусы).
  • Цифра 42,5 указывает на устойчивость к осевому сжатию в 42,5 МПа.
  • Буква Н обозначает скорость твердения, в данном случае «нормальнотвердеющий».

Образцы цемента для испытаний

  1. Тонкость помола
  2. Сроки схватывания
  3. Нормальная густота и водоотделение
  4. Активность при пропаривании
  5. Собственно прочность цемента
Читайте так же:
Источники загрязнения окружающей среды от цемента

Тонкость помола цемента

Гидратация цемента – химическая реакция клинкерных составляющих цемента с водой (присоединение воды), причем образуются твердые новообразования (гидраты), которые заполняют первоначально залитый цементом и водой объём плотным наслоением гелевых частиц, вызывая тем самым упрочнение. Первоначально жидкий или пластичный, цементный клей превращается в результате гидратации в цементный камень. Первая стадия этого процесса называется загустеванием, или схватыванием, дальнейшая — упрочнением, или твердением.

Чем выше тонкость помола, тем быстрее будет нарастать прочность. Это важное свойство цемента, которое необходимо контролировать.

Как измерить тонкость помола. Нормативное значение тонкости помола по ГОСТ 10178-85 – не менее 85%. Чтобы измерить его, в сито диаметром 0,08 м насыпается 50 грамм цемента и просеивается. Остатки в сите взвешиваются и сравниваются с начальным весом. Так мы получаем фактическое значение тонкости помола.

Сроки схватывания и нормальная густота цемента

Сроками схватывания цемента называют начало и конец этого процесса. За стартовую точку принимается начало потери подвижности (или же пластичности) цементного теста, за конечную точку – некоторое его затвердение. Сроки схватывания необходимо знать, поскольку применять свежеприготовленные растворы допускается лишь до начала схватывания. Можно, конечно, и не соблюдать это условие, но тогда схватившееся тесто утратит свою клеящую способность, а прочность раствора будет низкой.

Измеряем сроки схватывания. По ГОСТ начало схватывания цемента наступает не ранее 45 минут, конец схватывания должен наступить не позднее 10 часов. Чтобы измерить фактические значения используется специальный прибор под названием ВИКА (на фото).

Прибор Вика

В обойме станины прибора ВИКА свободно перемещается цилиндрический металлический стержень, а на концы его крепится либо игла, либо пестик (в зависимости от назначения испытаний).

Получаем нормальную густоту. Измерять сроки схватывания допускается лишь в цементном тесте нормальной густоты, поэтому необходимо сначала ее замерить. Это делается также на приборе ВИКА.

Цементное тесто для испытаний готовится так: в чашу засыпается 400 грамм цемента и 102 мл воды. Все это замешивается в течение 5 минут, после чего этим раствором заполняется специальное кольцо. Оно должно быть изготовлено из пластмассы, нержавеющей стали или другого материала, который не впитывает воду. Это кольцо устанавливается на специальную пластинку.

Кольцо прибора Вика

Поверхность цементного теста выравнивается с краями кольца, а излишки срезаются ножом. Сразу же после этого пестик прибора ВИКА соприкасают с поверхностью теста по центру кольца, закрепляя стержень стопорным устройством. Затем его освобождают, давая пестику погружаться.

Нормальной густотой считается та, при которой пестик, погружаясь в тесто, не доходит до пластинки (на которой стоит кольцо) на 5-7 мм. Если результат испытания показывает несоответствие консистенции цементного теста, то изменяется количество воды и эксперимент повторяется. Когда необходимая консистенция получена и пестик остановился на отметке 5-7 мм – можно приступать к измерению сроков схватывания.

Шкала прибора Вика

Контролируем водоотделение цемента

Зачем нужно контролировать водоотделение цемента и на что оно влияет? Некоторые цементы во время схватывания прочно удерживают воду, взятую для затворения. Другие же отделяют некоторое количество воды в виде слоя определенной толщины.

Читайте так же:
Насколько вредна цементная пыль

Водоотталкивание не дает получить однородное бетонное тело и препятствует полноценному сцеплению твердеющего цемента с заполнителем. В конечном итоге, это снижает прочность готового изделия.

Измеряем водоотведение. Отвешивается 350 г цемента и воды (тоже 350 г). Воду выливают в стакан, после чего в течение 1-ой минуты туда высыпается навеска цемента при непрерывном помешивании. Получившееся цементное тесто размешивается еще 4 минуты, а затем переливается в градуированный цилиндр.

Этот цилиндр помещается на стол и отсчитывается объем цементного теста. Через 2 часа отмечается объем осевшего цементного теста, и замер производится каждые 30 минут. При совпадении результатов двух последних замеров, наблюдение останавливается.

Если говорить проще, то слой воды, который образуется в цилиндре над цементным тестом – это и есть величина водоотделения.

Схватываемость цемента – скорость схватывания при различных условиях

Необратимый процесс потери подвижности бетона или цементно-песчаного раствора называется – время схватывания цемента. Это важный, нормируемый показатель качества для всех общестроительных цементов (портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый цемент, композиционный цемент и др. видов) кроме тампонажных.

Схватываемость цемента

Для тампонажных цементов нормируется «время загустевания». Практическое применение данного показателя заключается в определении времени возможности продолжения строительных, а также возможности использования бетонной конструкции по прямому назначению.

Начало схватывания цемента

После затворения строительных смесей (бетона или цементно-песчаного раствора) в состав которых входит цемент, начинается химическая реакция – гидратация цемента. В гидратации участвуют цемент и вода. В ходе протекания реакции пластичное связующее обволакивающее наполнитель раствора (щебень, песок, гравий, строительный мусор, шлак и т.п.), затвердевает и превращается в монолитный каменный материал.

Реакция гидратации является необратимо экзотермической – протекает с выделением теплоты. При этом время затвердевания (схватывания) зависит от температуры окружающей среды, количества затворителя, тонкости помола цемента, влажности воздуха, присадок и типа цемента.

Сроки схватывания цемента

Важная техническая характеристика любого бетонного раствора – начало схватывания цемента гост 30515-2013 при стандартных условиях (средняя температура окружающего воздуха 20 градусов Цельсия, средняя влажность окружающего воздуха 75%). «Святое писание» каждого строителя – ГОСТ 30515-2013, дифференцирует общестроительные цементы на три категории:

  • Медленносхватывающиеся. Время начала схватывания более 2 часов после затворения.
  • Нормально схватывающиеся. Время начала схватывания более 45 минут до 2 часов после затворения.
  • Быстросхватывающиеся. Время начала схватывания менее 45 минут после затворения.

Также ГОСТ 30515-2013 определяет предельные отклонения начала схватывания. Для медленносхватывающихся и нормально схватывающихся цементов – минус 15 минут от нормируемого показателя, для быстросхватывающихся – плюс 5 минут от нормируемого показателя. На скорость гидратации цемента кардинально влияет температура воздуха.

При понижении температуры до 5 градусов Цельсия и ниже процесс гидратации практически останавливается. В этом случае конструкцию укрывают специальными матами, строят над ней временный шатер, либо прогревают другими доступными способами. Сроки схватывания любого цемента можно как увеличить, так и уменьшать внесением специальных добавок.

Читайте так же:
Бетон отношение цемента песка гравия

Ускорители схватывания цемента

В зависимости от конкретных условий строительства и ремонта застройщику необходимо ускорить начало и период времени схватывания. Например, близится холодное время года и стоит задача максимально ускорить все виды строительных работ, Ускорить схватывание цемента можно с помощью внесения в бетонную смесь специальных присадок.

Схватываемость цемента - скорость схватывания при различных условиях

Популярные присадки для ускорения схватывания цемента:

  • Ускоритель твердения для бетона «УП2М», Россия, средняя цена 43 руб/кг.
  • Ускоритель твердения для бетона «Форт Ускорин», Россия, средняя цена 24 руб/кг.
  • Супер пластификатор ускоритель твердения «Реламикс Т-2», Россия, средняя цена 98 руб/кг.

Указанные и другие присадки для ускорения схватываемости цемента вносятся в момент затворения и начала перемешивания бетонного раствора. В общем случае при стандартных условиях (температура окружающей среды 20 градусов Цельсия, относительная влажность воздуха 75-80%) с помощью указанных видов присадок можно укорить период схватывания и набора марочной прочности в три раза без потери прочности и долговечности конструкции.

Замедлители схватывания цемента

Максимально уменьшить время начала и конца схватывания цемента может потребоваться в следующих случаях. Производится заливка масштабной конструкции (фундамент многоэтажного здания, конструкции гидротехнического или подземного сооружения, чаша бассейна или бетонной емкости).

Схватываемость цемента - скорость схватывания при различных условиях

В этом случае замедлитель срока схватывания цемента нтф и другие виды замедлителя схватываемости связующего позволяют обеспечить непривычность строительных работ при всех прочих равных условиях.

Замедлители схватываемости цемента:

  • «Бисил Ретардер», Испания, цена 285 руб /кг.
  • Пластификатор бетона «РЕТАДОЛ», Греция, цена 159 руб/ кг.
  • Гиперпластификатор «FREM GIPER S-SBlз», Беларусь, цена 112 руб/кг.

Использование замедлителей схватываемости цемента позволяют увеличить время необратимого процесса потери подвижности бетонных растворов в среднем до 24-48 часов после затворения.

Ложное схватывание цемента

При приготовлении бетонных растворов своими силами непосредственно на строительной площадке существует опасность ложного схватывания цемента. Лаборатории бетонных заводов четко отслеживают этот вредный показатель и принимают соответствующие меры. Поэтому приобрести готовый бетон с ложным схватыванием практически невозможно.

Определение ложного схватывания цемента – ложным схватыванием связующего принято называть сиюминутное загустевание бетона в течение нескольких минут после затворения. Причиной ложного схватывания, является нарушение технологии производства цемента либо наличие щелочи. В соответствии с ГОСТ 30515-2013 существуют следующие виды ложного схватывания

  • Ложное схватывание I типа. Моментальная потеря подвижности цементным тестом, связанная с нарушением технологии производства. Устраняется с помощью повторного перемешивания смеси без добавления затворителя.
  • Ложное затвердевание II типа. Временная либо частичная потеря подвижности цементной субстанции по другим причинам, также устраняемая с помощью повторного перемешивания смеси без добавления затворителя.

Заключение

Частным застройщикам, использующим готовый бетон или бетон собственного изготовления, следует, по возможности, производить масштабные бетонные работы в теплое время года. В противном случае неизбежны дополнительные затраты на приобретение ускорителей схватывания цемента и организацию утепления и прогревание бетонного сооружения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector