Тампонажных растворов. Цель работы. Определить пластическую прочность тампонажной смеси

Цель работы. Определить пластическую прочность тампонажной смеси.

Необходимо знать кинетику нарастания прочности структуры раствора во времени. Для этого измеряют пластическую прочность структуры раствора.

Пластическая прочность Р_т характеризует прочность структуры раствора при пластично-вязком разрушении, измеряется на приборе ВИКа по методу акад. П.А. Ребиндера, усовершенствованному М.С. Винарским. Вместо иглы прибор снабжается комплектом конусов из стали, алюминия или органического стекла с углами при вершине 30⁰, 45⁰, 60⁰, 90⁰. Кроме того, необходимо иметь кольцо диаметром 127-146 мм и соответствующего размера подкладную пластину.

Приборы и материалы. Емкость для замеса, гипс, цемент, песок, техническая вода, прибор ВИКа с комплектом конусов и съемным грузом.

Порядок выполнения работы. В кольцо 7 высотой 40 мм (рис.22), установленное на пластине-поддоне 8, заливают тампонажный раствор. Поверхность раствора тщательно выравнивают. Подвижный стержень 4 прибора с укрепленным в нижней части конусом (показан пунктиром) устанавливают таким образом, чтобы конус чуть касался поверхности раствора, и в таком положении фиксируют зажимом 2. Через определенное время выдержки зажим опускают, подвижную систему освобождают и конус погружается в раствор на определенную глубину. Величина погружения фиксируется по шкале 3. Затем конус поднимают, насухо протирают и устанавливают в исходное положение. Кольцо 7 с пробой раствора смещается с пластиной 8 по плите-основанию таким образом, чтобы после очередного погружения конуса центры лунок находились на расстоянии не менее трех диаметров предыдущей лунки. Через заданное время выдержки нажатием кнопки зажима 2 конус вновь освобождается, и замеряется глубина его погружения.

Пластическая прочность Р_m (в Па) вычисляется по формуле:

, (19)

где К_a - коэффициент, зависящий от угла конуса; G – вес погружаемой системы, Н; h – глубина погружения конуса в тампонажный раствор, м.

Коэффициент К_a определяется из выражения:

, (20)

где α - угол при вершине конуса.

Так как пластическая прочность нарастает во времени, глубина погружения конуса постепенно уменьшается. Для повышения точности измерений при достижении =0,5¸0,8 см конус заменяют более острым. Если использован самый острый конус комплекта, систему дополнительно нагружают, для чего в верхней её части устанавливается съемный груз. Величина груза зависит от конкретных условий опыта. Если груз оказался слишком велик (подвижная система доходит до поддона), можно перейти на конус с большим углом при вершине.

Рекомендуется одновременно исследовать не менее трех образцов раствора и пластическую прочность выбрать как среднее трех измерений. По результатам измерений строят кривую изменения пластической прочности во времени. Общий характер кривой показан на рис.23. Кривая 1 характерна для цементного раствора, кривая 2 – для глинистого раствора с содержанием цемента 10%.

Общий характер кривых отражает физико-химические изменения, происходящие в растворе с течением времени. Сначала прочность нарастает медленно, затем лавинообразно ускоряется, после чего вновь замедляется, асимптотически приближаясь к конечному значению. На каком-то этапе лавинообразного участка упрочнения пластическое разрушение структуры переходит в хрупкое. Но раствор не прокачивается задолго до этого момента.

Знание кинетики нарастания прочности позволяет оценить время, которым мастер располагает при неполадках в процессе прокачки раствора. На этапе медленного набора прочности структуры раствора пластическую прочность можно считать аналогом статического напряжения сдвига. Тогда, если раствор находится в трубах длиной , сопротивление раствора сдвигу P _Θопределяется по формуле:

, (21)

где - гидростатическое давление раствора в бурильных трубах, Па; - внутренний диаметр бурильных труб, м.

Отсюда при максимальном давлении, развиваемом насосом р _Θmax получим критическое значение пластической прочности Р_{т кр}, при котором насос не может продавить раствор в трубах:

. (22)

Зная Р_{т кр} по кривой нарастания пластической прочности во времени для данного раствора, можно найти время, за которое структура достигла критической прочности. Конечно, и здесь речь идет о приблизительной оценке, так как трудно учесть ряд факторов: время предварительного перемешивания, степень соответствия для данного времени статического напряжения сдвига и пластической прочности, температуры в скважине и др. но полученная оценка является количественной, отражает в динамике физико-химию процесса и может уточняться по мере получения дополнительной информации.

Обработка результатов и их представление. Отчет по лабораторной работе должен быть набран при помощи ПК, распечатан на листе формата А4 и содержать следующие разделы: цель работы; описание аппаратуры и материалов; результаты работы.