Порядок виконання роботи

1. Визначити параметри вихідного розчину (густину, умовну в’язкість, фільтрацію, товщину фільтраційної кірки, статичне напруження зсуву).

2. Відміряти 1л вихідного глинистого розчину.

3. За заданим викладачем процентним вмістом зважити суху КМЦ або відміряти необхідний об’єм її водного розчину.

4. Додати до глинистого розчину та інтенсивно перемішати протягом 20 хвилин.

5. Визначити вказані в п. 1 параметри обробленого розчину при різних концентраціях реагенту.

6. Результати вимірювань занести в таблицю і на міліметровому папері побудувати графік залежності зміни властивостей розчину від процентного вмісту КМЦ.

Таблиця 3.2 – Результати вимірювання параметрів

розчину при застосуванні КМЦ

Властивості розчину	Концентрація реагента, %
Густина бурового розчину,кг/м3
Умовна в'язкість, сек.
СНЗ, 1хв. Па
СНЗ, 10хв. Па
Фільтрація, см3/30 хв.
Товщина кірки, мм

Контрольні запитання

1. Як виготовляють КМЦ?

2. Що таке ступінь полімеризації і ступінь заміщення?

3. Як впливає ступінь полімеризації на параметри промивальної рідини?

4. Призначення КМЦ та її оптимальний вміст для прісних і мінералізованих розчинів?

5. Вкажіть переваги та недоліки КМЦ?

6. Які є модифікації КМЦ та яка відмінність між ними?

7. Які параметри бурового розчину змінюються при обробленні КМЦ?

Лабораторна робота №4

ВИЗНАЧЕННЯ ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОРОШКОПОДІБНИХ ТАМПОНАЖНИХ МАТЕРІАЛІВ

Мета роботи: вивчення методики і приладів для визначення густини, ступеня дисперсності та об’ємної (насипної) маси порошкоподібних матеріалів.

4.1 Визначення густини сухого цементу

Під густиною тампонажного цементу розуміють середньозважену густину речовин, які входять до його складу:

, (4.1)

де r_ц – густина тампонажного порошку, кг/м³;

С_і – масова частка і-го компоненту в суміші (цементі);

r_і – густина і-го компоненту, кг/м³.

Знаючи густини цементу та інших подрібнених тампонажних матеріалів можна визначити густину тампонажного розчину при заданому водоцементному відношенні і витраті цементу та порошкоподібних домішок до нього на процес цементування.

Для визначення густини використовують метод, який ґрунтується на вимірюванні об’єму витісненої рідини при засипанні в неї відомої маси досліджуваного матеріалу. В роботі використовується волюметр Ле-Шательє-Кандло, який виготовлений у формі мірної колби об’ємом 100-150 см³ з довгою вузькою горловиною і розширенням на ній (рис.4.1). Шкала, що нанесена на горловині, дозволяє виміряти об’єм з точністю до 0,1 см³. Густину цементу визначають з використанням вуглеводневої рідини – бензину, гасу, дизельного пального, бензолу і т.п. Використовувати для цієї мети воду не можна, щоб запобігти реакції гідратації цементу.

За густиною можна наближено визначити вид цементу. Тампонажний портландцемент, який не містить у собі домішок, має густину 3100-3200 кг/м³. Якщо в цементі містяться мінеральні домішки, його густина зменшується до 2800-2900 кг/м³, а при більшому вмісті мінеральних домішок (більше 20%) густина може знизитись до 2700 кг/м³. Безклінкерні тампонажні цементи (наприклад, ШПЦС-200) можуть мати густину 2600-2700 кг/м³. Густина ж цементів, спеціально приготовлених для одержання обважнених цементних розчинів, досягає 3500 кг/м³.

Рисунок 4.1 - Волюметр Ле-Шательє-Кандло

Порядок виконання роботи

1. Беруть за вказівкою викладача необхідну кількість цементу і просушують його протягом 2 годин в сушильній шафі при температурі 110±5^оС, потім охолоджують в ексикаторі до кімнатної температури.

2. Волюметр заповнюють вуглеводневою рідиною до нульової поділки і з допомогою штатива розміщують в термостаті. Термостат представляє собою скляну посудину заповнену водою кімнатної температури.

3. Фільтрувальним папером знімають краплини рідини, які залишилися на горловині колби, і протирають її зсередини.

4. Зважують на технічних вагах з точністю до 0,01 г 90-100 г висушеного цементу і висипають в прилад через воронку невеликими порціями доти, поки рівень рідини в горловині колби підніметься до позначки 20 см³. При цьому необхідно стежити, щоб цемент не застряг у горловині приладу або не залишився на його стінках.

5. Для видалення бульбашок повітря прилад необхідно декілька разів повернути навколо своєї осі і потім уточнити відлік.

6. Залишок проби тампонажного матеріалу знову зважують на технічних вагах.

7. Густину розраховують як середнє арифметичне із результатів двох вимірювань, які відрізняються один від одного не більше як на 20 кг/м³, за формулою:

, (4.2)

де ρ - густина матеріалу, кг/м³;

m₁ – маса тампонажного матеріалу взятого для досліду, г;

m₂ - маса залишку тампонажного матеріалу, г;

V – об’єм рідини, витісненої матеріалом, см³.

8. Результати вимірів заносять в таблицю 4.1.

Таблиця 4.1 – Результати виміру густини цементного порошку

№ досліду	Матеріал	Маса матеріалу, г		Різниця m2-m1, г	Об’єм рідини, витісненої матеріалом, см3	Густина матеріалу, кг/м3
		взятого до досліду m1	залишку m2

4.2 Визначення ступеня дисперсності (тонкості помелу) тампонажного портландцементу

Ступінь дисперсності – важлива характеристика цементного порошку. Від неї залежить характер реакції гідратації та седиментаційна стійкість цементної суспензії.

Використовують багато різних способів визначення розмірів частинок порошку. До найпростіших належить ситовий аналіз, при якому порошок розсіюється з допомогою набору сит на ряд фракцій і визначається відсотковий вміст цих фракцій від загальної маси. Недоліком цього методу є складність розділення на окремі фракції частинок розміром менше 0,05 мм.

На підприємствах-виробниках цементу, а також на бурових підприємствах для характеристики тонкості помелу не застосовують повний ситовий аналіз, а проводиться просівання цементу на дві фракції через сито з розміром отворів 0,08 мм. Сітка повинна бути добре натягнута і щільно затиснута в циліндричній обоймі діаметром 10-15 см (дозволяється використання обойми будь-якої іншої форми). Стандарти і технічні умови на портландцементи (в тому числі і тампонажні) передбачають певний ступінь дисперсності. Стандартом передбачено, щоб масова доля цементу, просіяного через сито з отворами 0,08 мм, становила не менше:

- 90% для портландцементу типу ІІІ для низьких і нормальних температур:

- 88% для портландцементу І і ІІ типу для низьких і нормальних температур, а також для цементу ІІІ типу для підвищених і помірних температур;

- 85% - для цементу І і ІІ типу для нормальних і підвищених температур.

Порядок виконання роботи

1. Беруть 150 г цементу і просушують його протягом 1 год. в сушильній шафі при температурі 110±5^оС.

2. Після охолодження відважують 50 г проби і просіюють на ситі № 008, інтенсивно струшуючи. Сито необхідно тримати похило, повільно повертаючи навколо осі і постукуючи долонею по поверхні циліндра.

3. Через 5-7 хв. висипають із піддону просіяний туди цемент, після чого продовжують струшування.

4. У кінці досліду обойму виймають із піддону і протягом 1 хв. продовжують просіювання на аркуш паперу. Просіяний цемент зважують на технічних вагах. Просіювання вважають завершеним, якщо через сито протягом 1 хв. проходить не більше 0,05 г цементу.

5. Залишок цементу на ситі зважують. Маса залишку визначається у відсотках від величини наважки. Розрахунок необхідно проводити з точністю до 0,1 %.

6. Тонкість помелу розраховують як середнє арифметичне із результатів двох визначень залишків на ситі, що відрізняються один від одного не більше як на 0,2 %.

Для того, щоб сітка не забивалась, після кожного досліду її промивають водою і висушують.

7. Результати вимірювань заносять в таблицю 4.2.

Таблиця 4.2 – Результати виміру тонкості помелу

цементу

№ досліду	Тип цементу	№ сита	Маса проби цементу, г	Залишок цементу на ситі, г	Тонкість помелу цементу, %

4.3 Визначення об’ємної

(насипної) маси сухого цементу

Об’ємна (насипна) маса – це маса одиниці об’єму цементу з урахуванням наявності повітря, що було засмоктано при насипанні цементу. Ця величина не є постійною і залежить від складу, ступеня дисперсності і ступеня ущільнення цементу.

Знаючи насипну масу можна розрахувати кількість матеріалу (його масу) при об’ємному дозуванні, наприклад, кількість матеріалу (масу) у стандартному паперовому мішку або бункері цементо-змішувальної машини.

При русі цементо-змішувальної машини та при роботі двигуна цементний порошок ущільнюється. Тому об’ємну масу визначають як для пухкого, так і для ущільненого стану цементу.

Насипну масу цементу в пухкому стані визначають з допомогою приладу, який складається з воронки 1 з отвором діаметром 30 мм, яка закривається засувкою 2; сита 3 з круглими отворами діаметром 1-2 мм і металевої посудини 4 місткістю 1 л (рис. 4.2).