ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РЕСПУБЛИКИ

СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Промышленность нефтяная и газовая
ЦЕМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН
Часть 1
Технические условия
Дата введения __________
1. Область применения
Настоящий стандарт устанавливает требования и рекомендации для шести классов
тампонажного цемента, включая требования, предъявляемые к их химическим и
физическим данным, а также процедурам по определению физических свойств.
Настоящий стандарт применим к тампонажным цементам класса A, B, С и D,
которые являются продукцией, получаемой путем измельчения портландцементного
клинкера или сульфата кальция в качестве добавки при измельчении. При производстве
цемента данных классов могут применяться технологические добавки. При производстве
цемента класса D могут измельчатся, и смешиваться соответствующие добавкирегуляторы схватывания.
Настоящий стандарт также применим к тампонажным цементам класса G и H,
которые являются продукцией, получаемой путем измельчения клинкера только с одной
или более форм сульфата кальция, воды или химических добавок, необходимых для
снижения содержания хрома (VI).
2. Нормативные ссылки
Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные
нормативные документы:
СТ РК 1.9-2007 Государственная система технического регулирования Республики
Казахстан. Порядок применения международных, региональных и национальных
стандартов иностранных государств, других нормативных документов по стандартизации
в Республике Казахстан.
ISO 3310-1-2000*, Test sieves -- Technical requirements and testing -- Part 1: Test sieves
of metal wire cloth (Сита лабораторные. Технические требования и испытания. Часть 1.
Лабораторные сита из проволочной ткани).
ISO 13500-2008, Petroleum and natural gas industries -- Drilling fluid materials -Specifications and tests (Промышленность нефтяная и газовая. Материалы для
приготовления буровых растворов. Технические требования и испытания).
ISO 24450-2005, Laboratory glassware -- Wide-necked boiling flasks (Лабораторная
посуда. Фляги для кипячения с широким горлом).
ASTM C109 - 08 / C109M - 08 Standard Test Method for Compressive Strength of
Hydraulic Cement Mortars (Using 2 in. or [50 mm] Cube Specimens) (Стандартный методика
определения прочности на сжатие растворов гидравлического цемента (используя
образцы в форме куба со стороной 2 дюйма [50 мм]).
_________
* Применяется в соответствии с СТ РК 1.9
Проект, редакция 1
1
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
ASTM C115 - 10 Standard Test Method for Fineness of Portland Cement by the
Turbidimeter (Стандартная методика определения тонкости помола портландцемента с
помощью турбидиметра (нефелометра).
ASTM C465 - 10 Standard Specification for Processing Additions for Use in the
Manufacture of Hydraulic Cements (Стандартные технические условия для технологических
добавок, применяемых при производстве гидравлического цемента).
ASTM E1404-94(2008) Standard Specification for Laboratory Glass Conical Flasks
(Стандартные технические условия конических колб из лабораторного стекла).
EN 196-1:2005, Methods of testing cement. Determination of strength (Методы
испытаний цемента.– Часть 1: Определение прочности).
EN 196-2-2005, Methods of testing cement - Part 2: Chemical analysis of cement
(Методы испытаний цемента.– Часть 2: Химический анализ цемента).
EN 196-6-2010, Methods of testing cement - Part 6: Determination of fineness (Методы
испытаний цемента.– Часть 6: Определение тонкости помола).
EN 196-7-2008, Methods of testing cement - Part 7: Methods of taking and preparing
samples of cement (Методы испытаний цемента.– Часть 7: Методы отбора и подготовки
образцов цемента).
ПРИМЕЧАНИЕ При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие
ссылочных стандартов по ежегодно издаваемому информационному указателю «Нормативные документы
по стандартизации» по состоянию на текущий год и соответствующим ежемесячно издаваемым
информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен
(изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным
(измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана
ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3. Термины и определения
В настоящем стандарте применяются следующие термины с соответствующими
определениями:
3.1 Добавка (additive): Материал, добавляемый в цементный раствор для
модификации или улучшения необходимого свойства.
ПРИМЕЧАНИЕ Обычно модифицируемые свойства включают в себя время схватывания
(с применением замедлителей схватывания или ускорителей), фильтрацию, вязкость и т.д.
3.2 Атмосферный консистометр (atmospheric pressure consistometer): Устройство,
применяемое для смешивания и кондиционирования цементного раствора.
ПРИМЕЧАНИЕ Данное устройство не предназначено для измерения времени загустевания
цементного раствора.
3.3 Единица консистенции Бердена Bc (Bearden unit of consistency Bc): Измерение
консистенции цементного раствора при определении на консистометре для замеров под
давлением.
3.4 Цемент, Портландцемент (cement, Portland cement): Измельченный клинкер,
состоящий в основном из гидравлических силикатов кальция и алюмината, и, содержащий
обычно одну или более форм сульфата кальция в качестве добавки при измельчении.
_________
* Применяется в соответствии с СТ РК 1.9
2
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
3.5 Класс цемента (cement class): Обозначение, данное согласно системе ISO для
классификации тампонажного цемента в соответствии с его предполагаемым
использованием.
3.6 Тип цемента (cement grade): Обозначение, данное согласно системе ISO для
определения сульфатостойкости определенного цемента.
3.7 Сухая тампонажная смесь (cement blend): Смесь сухого цемента и прочих сухих
материалов.
3.8 Клинкер (clinker): Плавленые материалы, получаемые в печи для обжига в
процессе производства цемента, которые измельчаются сульфатом кальция для
образования цемента.
3.9 Сопротивление на сжатие (compressive strength): Сила на единицу площади, при
которой происходит сжатие образца цемента.
3.10 Консистометр (consistometer): Устройство, применяемое для измерения
времени загустевания цементного раствора при определенной температуре и под
давлением.
3.11 Фильтрат (filtrate): Жидкость, вытесняемая из цементного раствора во время
определения фильтрации.
3.12 Свободная жидкость (free fluid): Окрашенная или неокрашенная жидкость,
выделяемая из цементного раствора при статистических условиях.
3.13 Камера для цементного раствора, Чаша для цементного раствора (slurry
container, slurry cup): Емкость в атмосферном консистометре или в консистометре для
замеров под давлением, используемая для хранения цементного раствора в целях
кондиционирования или для проведения испытаний на время загустевания.
3.14 Время загустевания (thickening time): Время, по истечении которого степень
густоты раствора становится настолько высокой, что его перекачка насосом считается
невозможным.
ПРИМЕЧАНИЕ Результаты испытания времени загустевания представляют показатели
продолжительности времени, в течение которого раствор сохраняет способность перекачивания в условиях
испытаний.
4
Требования
4.1
Технические условия, требования, предъявляемые к химическим и
физическим свойствам
4.1.1
Классы и типы
4.1.1.1 Общие положения
Тампонажный цемент разделяются по классам A, B, C, D, G и H, а также по типам:
Обычный (O), Средней Сульфатостойкости (ССС), Повышенной Сульфатостойкости
(ПСС).
Тампонажный цемент, произведенный и поставленный в соответствии с ISO 10426,
может смешиваться и применяться на месте эксплуатации с содержанием воды или
добавок по усмотрению пользователя. Производственное соответствие с настоящим
стандартом не основывается на подобных эксплуатационных условиях.
Технологические добавки, агенты-регуляторы схватывания или химические добавки,
применяемые для снижения содержания хрома (VI), не должны препятствовать
выполнению основных функций тампонажного цемента.
4.1.1.2 Класс A
Данную продукцию получают путем измельчения клинкера, состоящего в основном
из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащего одну или более форм
сульфата кальция в качестве добавки при измельчении. По усмотрению производителя
3
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
технологические добавки могут использоваться при производстве цемента класса A при
условии, что данные материалы в применяемых объемах соответствуют требованиям
ASTM C465.
Данная продукция предназначена для применения, когда не требуются
специфические свойства, и она представлена только цементом типа O, соответствующего
типу I, ASTM C150.
4.1.1.3 Класс B
Данную продукцию получают путем измельчения клинкера, состоящего в основном
из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащего одну или более форм
сульфата кальция в качестве добавки при измельчении. По усмотрению производителя,
технологические добавки могут использоваться при производстве цемента класса B при
условии, что данные материалы в применяемых объемах соответствуют требованиям
ASTM C465.
Данная продукция предназначена для применения, когда условия требуют среднюю
или повышенную сульфатостойкость, и когда она представлена цементом типа ССС и
ПСС, соответствующих типу II, ASTM C150.
4.1.1.4 Класс C
Данную продукцию получают путем измельчения клинкера, состоящего в основном
из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащего одну или более форм
сульфата кальция в качестве добавки при измельчении. По усмотрению производителя,
технологические добавки могут использоваться при производстве цемента класса С при
условии, что данные материалы в применяемых объемах соответствуют требованиям
ASTM C465.
Данная продукция предназначена для применения, когда необходима высокая,
ранняя прочность, и когда она представлена цементом типа O, ССС и ПСС,
соответствующего типу III, ASTM C150.
4.1.1.5 Класс D
Данную продукцию получают путем измельчения клинкера, состоящего в основном
из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащего одну или более форм
сульфата кальция в качестве добавки при измельчении. По усмотрению производителя,
технологические добавки могут использоваться при производстве цемента класса D при
условии, что данные материалы в применяемых объемах соответствуют требованиям
ASTM C465. В дальнейшем, по усмотрению производителя, во время производства
соответствующие агенты-регуляторы твердения могут измельчаться или смешиваться.
Данная продукция предназначена для применения при условиях умеренно высоких
температур и давления, а также представлена цементом типа ССС и ПСС.
4.1.1.6 Класс G
Данную продукцию получают путем измельчения клинкера, состоящего в основном
из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащего одну или более форм
сульфата кальция в качестве добавки при измельчении. При производстве тампонажного
цемента класса G не допускается измельчение или смешивание с клинкером каких-либо
добавок, кроме сульфата кальция или воды, или того или другого.
Данная продукция предназначена для применения в качестве основного
тампонажного цемента и представлена цементом типа ССС и ПСС.
4.1.1.7 Класс H
Данную продукцию получают путем измельчения клинкера, состоящего в основном
из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащего одну или более форм
сульфата кальция в качестве добавки при измельчении. При производстве цемента для
цементирования скважин класса H не допускается измельчение или смешивание с
клинкером каких-либо добавок, кроме сульфата или воды, или того или другого.
4
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Данная продукция предназначена для применения в качестве основного
тампонажного цемента и представлена цементом типа ССС и ПСС.
4.1.2
Требования к химическим свойствам
Тампонажный цемент должен соответствовать требованиям, предъявляемым к
химическим свойствам классов и типов цемента, представленным в Таблице 1.
Производственное соответствие эксплуатационным условиям не предусматривается.
Настоящий стандарт не применим к использованию цемента, который не соответствует
требованиям, предъявляемым к химическим свойствам типов и классов цемента,
описанных в Таблице 1.
Химический анализ гидравлического цемента должен проводиться в соответствии с
EN 196-2.
ПРИМЕЧАНИЕ В целях настоящего положения, стандарт ASTM C114 эквивалентен стандарту
EN 196-2.
Таблица 1 – Требования, предъявляемые к химическим свойствам
A
Обычный тип цемента (О)
Окись магния (MgO), максимум, в процентах
6,0
Триокись серы (SO3), максимум, в процентахb
3,5
Потеря при прокаливании, максимум, в процентах
3,0
Нерастворимый осадок, максимум, в процентах
0,75
Трикальцивый алюминат (C3A), максимум, в процентахd
HRc
Тип цемента со средней сульфатостойкостью (ССС)
Окись магния (MgO), максимум, в процентах
NA
Триокись серы (SO3), максимум, в процентахb
NA
Потеря при прокаливании, максимум, в процентах
NA
Нерастворимый осадок, максимум, в процентах
NA
Трикальцивый силикат (C3S), максимум, в процентахd
NA
минимум, в процентахd
NA
Трикальцивый алюминат, (C3A), максимум, в процентахd
NA
Общее содержание щелочи, выраженное эквивалентом
NA
оксида натрия (Na2O), максимум, в процентахe
Тип цемента с повышенной сульфатостойкостью (ССС)
Окись магния (MgO), максимум, в процентах
A
Триокись серы (SO3), максимум, в процентахb
A
Потеря при прокаливании, максимум, в процентах
A
Нерастворимый осадок, максимум, в процентах
A
Трикальцивый силикат (C3S), максимум, в процентахd
NA
минимум, в процентахd NA
Трикальцивый алюминат, (C3A), максимум, в процентахd
NA
Трикальцивый алюмоферрит, (C3AF) плюс трикальцивый
NA
алюминат, (C3A), максимум, в процентахd
Общее содержание щелочи, выраженное эквивалентом
NA
оксида натрия (Na2O), максимум, в процентахe
Классы цемента
C
D
G
B
NAa
NA
NA
NA
NA
6,0
4,5
3,0
0,75
15
6,0
3,0
3,0
0,75
NR
NR
8
NR
N
6,0
3,5
3,0
0,75
NR
NR
8
NR
6
,0
N
3
,0
N
NA
NA
NA
NA
NA
6,0
3,0
3,0
0,75
NR
NR
8
NR
6,0
3,0
3,0
0,75
58
48
8
0,75
6,0
3,0
3,0
0,75
58
48
8
0,75
6
3
3
N
NA
NA
NA
NA
NA
,0
,5
,0
NA
NA
NA
NA
NA
6
,0
3
3
0
6
,0
,0
,0
H
3
,0
3
,0
0
6
,0
3
,0
3
,0
0
3
,0
0
0
,75
NR
NR
3
24
,75
NR
NR
3
24
,75
NR
NR
3
24
,75
65
48
3
24
,75
65
48
3
24
NR
NR
NR
0,75
0,75
______
NA означает «not applicable» - «неприменимо»
Если содержание трикальцивого алюмината (выражается C3A) составляет 8% или ниже, максимальное
содержание SO3 должно быть менее 3% или 3,5% для цемента класса C
c
NR означает «no requirement» - «нет требований»
a
b
5
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
d
Выражение химических ограничений при помощи вычисленных исходных веществ не обязательно
означает, что оксиды фактически или полностью представлены данными веществами. Вещества
рассчитываются в соответствии с соотношением процентной массы Al2O3 к Fe2O3, где w является
процентной массовой долей вещества, указанного в нижнем индексе:
- если
больше, чем 0,64, вещества необходимо рассчитывать следующим образом:
- если
и
-
e
равно или меньше 0,64, содержание C3A равно нулю.
необходимо рассчитывать следующим образом:
Эквивалент оксида натрия, выражаемый как эквивалент Na20, необходимо высчитывать по формуле:
Эквивалент Na20 равен
.
4.1.3
Требования, предъявляемые к физическим свойствам, и
эксплуатационные требования
Тампонажный цемент должен соответствовать требованиям, предъявляемым к
физическим свойствам, и эксплуатационным требованиям, приведенным в Таблице 2, а
также в Разделах 6, 7, 8, 9 и 10.
Таблица 2 – Обзор требований к физическим свойствам и эксплуатационных
требований
Классы тампонажного цемента
Вода для замеса, % массовой доли цемента (Таблица 5)
Испытание на тонкость помола (альтернативные методы)
(Раздел 6)
Турбидиметр (удельная поверхность, минимум, м2/кг)
Воздухопроницаемость (удельная поверхность, минимум,
м2/кг)
Содержание свободных флюидов(максимум, проценты,
(п.8)
Сопротивл
Номер
Конечная
Давление
ение на
режима
температура выдерживан
сжатие
испытаний
выдерживан
ия
(время
Таблица 6
МПа
ия
выдержива
°C (°F)
(фунт/кв.дюй
ния 8 ч.)
м)
(Раздел 9)
NAb
38 (100)
атм.
A
46
B
46
C
56
D
38
G
44
H
38
150
160
220
NRа
NR
NR
280
NR
280
NR
400
NR
NR
NR
NR
5,9
NR
5,9
Минимальное сопротивление на сжатие
МПа (фунт/кв.дюйм)
(Раздел 9)
NA
60 (140)
атм.
NR
1,4
(25
0)
NR
(Раздел 9)
6S
110 (230)
20,7 (3000)
NR
NR
6
1,7
(250)
2,1
(300)
NR
NR
NR
NR
3,4
(500
)
2,1
(300
)
10,3
(150
0)
NR
2,1
(300
)
10,3
(150
0)
NR
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Таблица 2 (продолжение)
Классы тампонажного цемента
Сопротивл
Номер
Конечная
ение на
режима
температура
сжатие
испытаний
выдерживан
(время
Таблица 6
ия
выдержива
°C (°F)
ния 24 ч.)
(Раздел 9)
NA
38 (100)
A
Давление
выдерживан
ия
МПа
(фунт/кв.дюй
м)
атм.
(Раздел 9)
4S
77 (170)
20,7 (3000)
(Раздел 9)
6S
110 (230)
20,7 (3000)
Испытани
е на время
загустеван
ия
Номер
режима
испытания
тех.
характерист
ик
Таблицы 9-11
4
5
5
6
(Раздел 10)
(Раздел 10)
(Раздел 10)
(Раздел 10)
Максимальная
консистенция
(время смешивания – от 15 до
30 мин) Bcc
30
30
30
30
12,4
(1800)
B
C
D
G
H
Минимальное сопротивление на
сжатие
МПа (фунт/кв.дюйм)
13,8
(200
0)
NR
NR
NR
10,3
(1500
)
NR
90d
NR
NR
NR
90d
NR
NR
NR
90d
NR
NR
NR
90d
NR
NR
100 d
NR
NR
6,9
NR
NR
(100
0)
NR
NR
NR
13,8
NR
NR
(200
0)
Время загустевания (минимум/максимум)
мин
NR
90d
120e
NR
NR
90d
120e
NR
________
NR означает «no requirement» - «нет требований»
означает «not applicable» - «неприменимо»
c Единицу консистенции Бердена B , получают на консистометре для замеров под давлением, как было определено в
C
Разделе 10, и данная единица калибруется в соответствии с этим же разделом
d Минимальное время загустевания
e Максимальное время загустевания
a
b NA
4.2
Периодичность отбора образцов, время испытаний и оборудование
4.2.1
Периодичность отбора образцов
4.2.1.1 Для тампонажного цемента классов C, D, G и H образец для испытаний
необходимо брать в соответствии с любым из следующих методов:
а) в течение интервала в 24 ч;
б) на 1000 т (максимум) партию.
4.2.1.2 Для тампонажного цемента классов A и B образцы для испытаний
необходимо брать в соответствии с любым из следующих методов:
а) в течение интервала в 14 дней;
б) на 25000 т (максимум) партию.
4.2.1.3 Данные образцы должны представлять произведенную продукцию. Может
применяться любой из методов по выбору производителя.
4.2.2
Интервал времени между отбором проб и испытаниями
Каждый образец должен испытываться на соответствие условиям настоящего
стандарта. Все испытания должны проводиться в течение семи рабочих дней после отбора
проб.
4.2.3
Оборудование, соответствующее техническим условиям
Оборудование, используемое для испытания тампонажного цемента, должно
соответствовать условиям, приведенным в Таблице 3. Размеры, представленные на
7
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Рисунках 5, 6, 7, 10, 11 и 12, приведены для производства оборудования для испытаний
технических условий для цемента. Переосвидетельствование размеров не требуется.
4.2.1.3. Калибровка
Оборудование, прошедшее процесс калибровки в соответствии с требованиями
настоящего стандарта, считается точным, если калибровка проходила в рамках
определенных ограничений.
Таблица 3 –Технические условия к оборудованию для производителей
тампонажного цемента
Испытание или
подготовка
Отбор проб
Классы
тампонажных
цементов
Все
Ссылка
на
разделы
5
Необходимое оборудование
Тонкость помола
A, B, C
6
Приготовление
раствора
Свободная
жидкость
Сопротивление на
сжатие при
атмосферном
давлении
Сопротивление на
сжатие под
давлением
Время загустевания
Все
7
Оборудование, определенное в EN 196-7
ПРИМЕЧАНИЕ В целях исполнения настоящего
положения, ASTM C183 эквивалентен EN 196-7
Турбидиметр и дополнительное оборудование в
соответствии с ASTM C115 или оборудование для
определения воздухопроницаемости и
дополнительное оборудование в соответствии с EN
196-6
ПРИМЕЧАНИЕ В целях исполнения настоящего
положения, ASTM C204 эквивалентен EN 196-6
Оборудование в соответствии с п. 7.1
G, H
8
Оборудование в соответствии с п. 8.1
A, B, C, G, H
9
Оборудование в соответствии с п. 9.1, за исключением
резервуара высокого давления п. 9.1.3.2
D
9
Оборудование в соответствии с п. 9.1, за исключением
ванны для выдерживания образцов цемента в п. 9.1.3.3
Все
10
Консистометр для замеров под давлением,
определенный в п. 10.1
5. Процедура отбора образцов
Для получения образца тампонажного цемента в целях проведения испытаний
технических характеристик необходимо провести одну или несколько процедур в
соответствии с EN196-7.
ПРИМЕЧАНИЕ В целях исполнения настоящего положения ASTM C183 эквивалентен EN 196-7.
6. Определение тонкости помола
6.1 Процедура
Испытания на определение тонкости помола тампонажного цемента необходимо
проводить в соответствии с процедурой, указанной в стандарте ASTM C115 для
проведения испытаний турбидиметром или в соответствии с процедурой, указанной в
стандарте EN 196-6, при помощи аппарата для определения воздухопроницаемости для
проведения испытания на воздухопроницаемость.
8
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
ПРИМЕЧАНИЕ В целях исполнения настоящего положения ASTM C204 эквивалентен EN 196-6.
6.2 Требования
Требованием к приемке продукции по тонкости помола является минимальная
удельная поверхность (выраженная в квадратных метрах на килограмм), согласно Таблице
2. Цемент классов D, G и H не имеет требований к тонкости помола.
По усмотрению производителя, один из методов определения тонкости помола
(испытание турбидиметром или испытание на воздухопроницаемость) необходимо
использовать для определения тонкости помола.
7. Приготовление раствора для испытаний свободного флюида, сопротивления
на сжатие и времени загустевания
7.1 Оборудование
7.1.1 Весы
Указанная на весах нагрузка должна иметь точность в пределах 0,1% от указанной
нагрузки. Необходимо проводить ежегодную калибровку.
7.1.2 Масса эталонного веса
Масса эталонного веса должна иметь точность в пределах допустимых отклонений,
приведенных в Таблице 4. Балочные весы, на которых эталонный вес указан на балке,
отображаемая масса должна соответствовать требованиям, приведенным в п.7.1.1.
Таблица 4 – Допустимые отклонения массы эталонного веса
Масса, г
Допустимое отклонение, г
1000
± 1,00
500
± 0,50
300
± 0,30
200
± 0,20
100
± 0,10
50
± 0,05
7.1.3
Сито
Для просеивания цемента перед приготовлением раствора необходимо использовать
сито из металлической ткани № 20 (ячейка сита 850 µm) в соответствии с ISO 3310-1.
ПРИМЕЧАНИЕ В целях исполнения настоящего положения, ASTM E11 эквивалентен ISO 3310-1.
7.1.4
Смесительные устройства
Смесительное устройство для приготовления растворов тампонажного цемента
должна иметь объем 1 л. (1 кварта), нижний привод и лопасть.
Образец смесительного устройства общего применения показан на Рисунке 1.
Смесительная лопасть в сборе и камера должны изготавливаться из прочного,
коррозиеустойчивого материала. Смесительная лопасть в сборе см. Рисунок 2) должен
иметь такую конструкцию, которая позволяет снимать лопасть для взвешивания и замены.
Лопасть должна взвешиваться в начале, затем периодически, и заменяться
неиспользованной лопастью при 10%й потере массы. Заменяйте лопасть при обнаружении
видимых деформаций. Если во время смешивания в смесительной установке появляются
течи, необходимо извлечь из него содержимое, устранить течь и перезапустить процедуру.
9
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Необходимо ежегодно проводить калибровку смесительного устройства для
обеспечения отклонения в ± 200 об/мин (± 3,3 об/с) при скорости вращения 4 000 об/мин
(66,7 об/мин), и ± 500 об/мин при скорости вращения 12 000 об/мин (200 об/с).
Рисунок 1 – Пример стандартного цементно-смесительного устройства
Рисунок 2 – Смесительная лопасть в сборе
10
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
7.2
Процедура
7.2.1
Просеивание
Перед смешиванием цемент необходимо просеять, используя метод, описанный в
EN 196-7 с применением сита, описанного в п.7.1.3.
ПРИМЕЧАНИЕ В целях исполнения данного положения ASTM C183 эквивалентен EN 196-7.
7.2.2
Температура воды и цемента
Температура воды для замеса в камере за 60 секунд до начала смешивания должна
составлять 23 °C ± 1 °C (73 °F ± 2 °F), а температура цемента в емкости за 60 с до начала
смешивания должна составлять 23 °C ± 1 °C (73 °F ± 2 °F).
7.2.3
Вода для замеса
Для
испытаний
необходимо
использовать
дистиллированную
или
деионизированную воду. Воду для замеса необходимо взвешивать в чистой, сухой камере
для замеса. Нельзя добавлять воду для компенсации испарения, смачивания и т.д.
7.2.4
Объемы смешивания
Для проведения испытаний необходимо использовать объемы компонентов
раствора, показанные в Таблице 5. Использование объемов компонентов, показанных в
Таблице 5, приводит к достижению процентного соотношения воды для замеса (на основе
массы сухого цемента), соответствующего процентному соотношению воды, показанному
в Таблице 2.
Компоненты
Вода для замеса
Цемент
Таблица 5 – Требования к раствору
Класс A и B, г
Класс C, г
Класс D и H, г
335 ± 0,5
383 ± 0,5
327 ± 0,5
772 ± 0,5
684 ± 0,5
860 ± 0,5
Класс G, г
349 ± 0,5
792 ± 0,5
7.2.5
Вода и цемент для замеса
Камера для смешивания с необходимой массой воды для замеса, в соответствии с
Таблицей 5, необходимо установить на основании смесителя, включить двигатель и
достигнуть скорости 4 000 об/мин ± 200 об/мин (66,7 об/с ± 3,3 об/с), одновременно
добавляя образец цемента при равномерной скорости на протяжении не более 15 с. Спустя
15 секунд смешивания на скорости 4 000 об/мин ± 200 об/мин (66,7 об/с ± 3,3 об/с),
установите крышку на емкости и продолжайте смешивание при скорости 12 000 об/мин ±
500 об/мин (200 об/с ± 8,3 об/с) в течении 35 с ± 1 с.
8.
Испытание свободного флюида (ранее «избыточная влага»)
8.1
Оборудование
8.1.1
Консистометр
Атмосферный консистометр или консистометр для замеров под давлением,
описанные в п.10.1 (применяемые при атмосферном давлении), необходимо использовать
для смешивания и кондиционирования цементного раствора для определения содержания
свободного флюида. Атмосферный консистометр состоит из вращающейся
цилиндрической камеры для цементного раствора, оснащенной, в основном,
стационарной лопастью в сборе, находящейся в термостатической жидкой ванне.
Консистометр должен поддерживать температуру ванны при 27 °C ± 2 °C (80 °F ± 3 °F) и
вращать камеру на скорости 150 об/мин ± 15 об/мин (2,5 об/с ± 0,25 об/с) в течение
периода смешивания и кондиционирования цементного раствора. Лопасть и все элементы
камеры для цементного раствора, контактирующие с раствором, должны изготавливаться
из коррозиестойкого материала (См. Рисунки 3, 4, 5 и 6).
11
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Пояснения:
1 - крышка (см. Рисунок 4)
2 - калибр заполнения
3 - камера для цементного раствора (см. Рисунок 5)
4 - лопасть (см. Рисунок 6)
Рисунок 3 – Стандартное устройство камеры для атмосферного консистометра
12
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Пояснения:
1 - фиксатор крышки
2 - обратная контргайка фиксации в
нейтральной позиции
3 - диск-указатель
4 - стрелка
5 - устройство стрелки и опоры
6 - пружина
7 - муфта
8 – подшипник
9 - удерживающее кольцо
10 - крышка
11 - вальцованный штифт
12 - привод
Рисунок 4 – Стандартная крышка и механизм для атмосферного консистометра
13
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Размеры даны в миллиметрах (дюймах), если не указано иное
Пояснения:
1 - две насечки, отдаленные друг от друга на 180°
2 - калибр, указывающий на уровень наполнения
3 - шарнирная опора
4 - противоположная сторона
a
стандартный
Рисунок 5 – Стандартная камера для атмосферного консистометра
14
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Размеры даны в миллиметрах (дюймах), если не указано иное
Пояснения:
Материал лопасти – нержавеющая сталь серии 300 с размерами 1,0 мм x 7,9 мм
(0,004 дюйма x 0,313 дюйма)
b
Материалом вала является отоженная и нержавеющая сталь серии 400 с размерами
6,4 мм x 211,1 мм (0,25 дюйма x 8,313 дюйма)
c
Стандартный
a
Рисунок 6 – Стандартная лопасть для атмосферного консистометра
15
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
8.1.2
Весы
Весы должны соответствовать требованиям, указанным в п.7.1.1.
8.1.3
Колба для испытаний
Необходимо использовать коническую 500-милилитровую колбу в соответствии с
типом I класса 2, ASTM E1404, или в соответствии с ISO 24450. Смотрите Рисунок 7.
Размеры даны в миллиметрах
a
b
Толщина стенок
Наружный диаметр (в самой широкой точке)
ПРИМЕЧАНИЕ: Конической колбой для измерения свободных флюидов является коническая колба ASTM, типа 1, класса 2, с
объемом 500 мл.
Рисунок 7 – Коническая колба в соответствии с ASTM для измерения
свободных флюидов
8.2
Калибровка
8.2.1
Система измерения температуры
Калибровка устройств измерения и регулирования температуры должна проводиться
не менее одного раза в квартал. Сюда включены термометры, термопары и регуляторы
температуры на консистометрах, вулканизационных камерах и ультразвуковых
устройствах, и устройствах, применяемых отдельно от контрольно-измерительного
устройства, или, которые не являются составной частью контрольно-измерительного
устройства. Необходимо производить измерения не менее трех температур,
охватывающих
диапазон
оборудования,
определяемых
производителем
или
пользователем, или, температуры, при которой или с которым устройство применяется.
Самая низкая температура калибровки должна быть не более, чем на 5 °C (10 °F) выше
минимума, а самая высокая температура должна быть не более, чем на 5 °C (10 °F) ниже
максимума эксплуатационного диапазона устройства, определяемого пользователем.
Калибровку термометров и термопар необходимо проводить с использованием известного
источника температуры (например, термоблока) с термометром и термопарой,
сертифицированными и доступными для анализа в соответствии с требованиями
национального органа по стандартизации. Точность измерений должна составлять до 2 °C
(3 °F). Если погрешность термометра или термопары составляет больше указанной
величины, их необходимо заменить термометром или термопарой, отвечающим
требованиям к точности. Термопары, установленные на цилиндрической стенке
консистометра, не подлежат калибровке, если они не используется для регулирования
температуры в консистометре. Более детальную информацию можно получить в
Приложении А.
16
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
8.2.2
Скорость вращения камеры для раствора
Скорость
вращения
камеры
для
цементного
раствора
должна
составлять 150 об/мин ± 15 об/мин (150 об/с ± 15 об/с). Скорость вращения камеры для
цементного раствора необходимо проверять не менее одного раза в квартал, и
корректировать при отклонении от указанного диапазона.
8.2.3
Таймер
Таймер должен обладать точностью до ± 30 с в ч. Его необходимо проверять на
точность не менее одного раза в год, и корректировать либо заменять при обнаружении
погрешностей.
8.3.
Процедура
8.3.1
Приготовьте раствор в соответствии с процедурой, описанной в Разделе 7.
8.3.2
Заполните чистую и сухую камеру консистометра для цементного раствора
до калибра заполнения.
8.3.3
Соберите камеру для цементного раствора и комплектующие узлы,
поместите их в консистометр и запустите мотор в соответствии с инструкциями по
эксплуатации производителя. Интервал между окончанием смешивания и запуском
консистометра не должен превышать 1 минуты.
8.3.4
Смешивайте цементный
раствор
в консистометре в течение
20 минут ± 30 с. Во время смешивания сохраняйте температуру цементного
раствора 27 °C ± 2 °C (80 °F ± 3 °F) и атмосферное давление.
8.3.5
Перелейте 790 грамм ± 5 грамм цементного раствора класса H или 760
грамм ± 5 грамм цементного раствора класса G в чистую сухую 500-милилитровую
коническую колбу в течение 1 мин после завершения смешивания. Запишите
фактическую массу перелитого раствора. Закупорьте колбу с целью предотвращения
испарения.
8.3.6
Установите наполненную цементным раствором колбу на безвибрационную
поверхность, имеющую номинальный уровень. Температура воздуха в лаборатории, в
которой
находится
наполненная
цементным
раствором
колба,
должна
составлять 23 °C ± 3 °C (73 °F ± 6 °F). Температурный датчик для измерения температуры
воздуха должен соответствовать требованиям п.8.2.1. Оставьте наполненную цементным
раствором наполненную цементным раствором колбу в состоянии покоя
на 2 часа ± 5 минут.
8.3.7
По истечению 2 часов ± 5 минут, удалите образовавшуюся надосадочную
жидкость при помощи пипетки или шприца. Определите объем надосадочной жидкости с
точностью до ± 0,1 мл и запишите показания как «миллилитры свободных флюидов».
8.3.8
Переведите миллилитры свободных флюидов в процентное соотношение
начального объема раствора (~400 мл в зависимости от записанной начальной массы) и
отразите данное значение в виде процентного соотношения свободных флюидов.
8.4
Расчет процентного соотношения свободной жидкости
Относительный объем, φ, свободных флюидов в цементном растворе, выраженный в
процентном соотношении, затем вычисляется с применением Формулы 1:
(1)
где,
VFF - объем собранных свободных флюидов (надосадочной жидкости), выраженный
в миллилитрах
ρ - относительная масса раствора, равная 1,98 для цемента класса H при содержании
воды 38 %, и – 1,91 для цемента класса G при содержании воды 44 %; если относительная
плотность
исходного
цемента
отличается
от
стандартного
значения,
17
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
составляющего 3,18 ± 0,04, необходимо вычислить и использовать фактическую
относительную плотность раствора.
mS - изначально зафиксированная (начальная) масса раствора, выраженная в граммах.
ПРИМЕР Вычисление процентного соотношения свободной жидкости:
mS = 791,7 гр.
VFF = 15,1 мл.
ρ = 1,98 гр/см3 (класс H)
φ = 15,1 x (1,98) x 100/791,7
φ = 3,78
ПРИМЕЧАНИЕ В целях вычислений миллилитры и кубические миллиметры будут считаться
равными.
8.5
Требования к приемке
Объем свободных флюидов для тампонажных цементов классов G и H не должны
превышать 5,9 %
9 Испытания сопротивления на сжатие
9.1 Оборудование
9.1.1 Стандартные формы и установка для испытания сопротивления на
сжатие
Формы и установка для испытания сопротивления на сжатие должны
соответствовать требованиям, указанным в ASTM C109/C109M или EN 196-1, за
исключением:
а) требований к размерам поверхности распределительных блоков;
б) требования к твердости по Роквеллу распределительного блока;
в) форм, которые могут делиться на две и более части.
Необходимо проводить испытание устойчивости форм, как минимум, один раз в два
года. Необходимо проводить калибровку нагружающей рамы, используемой для
измерения силы разрыва образцов цемента, не менее одного раза в год. Отображаемая
сила не должна отклоняться более, чем на 2 % от применимой силы или одного
минимального деления шкалы контрольно-измерительного прибора, в зависимости от
того, чья величина является большей, при нагрузке в 9,0 кН (килоньютон)
(2 000 фунтов/кв.дюйм) при, как минимум, 25 %, 50 % и 75 % от диапазона датчика или
указателя нагрузки. Калибровка различных устройств с несколькими индикаторами для
различных диапазонов должна проводиться в соответствии с данными критериями.
9.1.2
Основание стандартной формы и крышки
В основном, применяются листовое стекло, листы из латуни или нержавеющей
стали, имеющие минимальную толщину 6 мм (1/4 дюйма). Крышки могут быть
гофрированными на поверхности, контактирующей с поверхностью цемента.
9.1.3. Ванна для выдерживания цементных образцов в воде
9.1.3.1 Общие положения
Необходимо использовать ванну для выдерживания цементных образцов или
резервуар, имеющие размеры, которые позволяют полностью погружать формы для
определения сопротивления на разрыв в воду, и способные поддерживать указанную
температуру испытаний в пределах ± 2 °C (± 3 °F). Два типа ванн для выдерживания
цементных образцов в воде описаны в пунктах 9.1.3.2 и 9.1.3.3.
18
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
9.1.3.2 Ванна для выдерживания цементных образцов при атмосферном
давлении
Ванна для выдерживания цементных образцов при атмосферном давлении
представляет собой емкость для выдерживания образцов при атмосферном давлении и
температуре 66 °C (150 °F) или ниже, имеющую мешалку или циркуляционную систему.
9.1.3.3 Ванна для выдерживания цементных образцов под давлением
Ванна для выдерживания цементных образцов под давлением представляет собой
емкость, пригодную для выдерживания образцов при температуре до 110 °C (230 °F) и под
давлением,
регулируемом
при
20,7
МПа
±
3,45
МПа
(3000 фунтов/кв.дюйм
± 500 фунтов/кв.дюйм). Резервуар должен отвечать
соответствующим техническим условиям, приведенным в Таблице 6.
9.1.4
Ванна для охлаждения
Размеры ванны для охлаждения должны быть такими, чтобы образцы, охлаждаемые
при температуре выдерживания, полностью погружались в воду, чья температура
удерживается на уровне 27 °C ± 3 °C (80 °F ± 6 °F).
9.1.5
Система измерения температуры
9.1.5.1 Общие положения
Калибровка системы измерения температуры необходимо проводить с точностью до
± 2 °C (± 3 °F) не менее одного раза в три месяца. Обычно применяется процедура,
описанная в Приложении А. Две наиболее часто применяемые системы измерения
температуры описаны в пунктах 9.1.5.2 и 9.1.5.3.
9.1.5.2 Термометр
Можно применять термометр с диапазоном от 21 °C до 82 °C (от 70 °F до 180 °F) с
минимальным делением шкалы, не превышающем 1 °C (2 °F).
9.1.5.3 Термопара
Может применяться устройство термопары с соответствующим диапазоном.
9.1.6
Пудлинговая штанга
Обычно применяется пудлинговая штанга с номинальным диаметром 6 мм
(1/4 дюйма).
9.1.7
Герметизирующий материал
Для герметизации внешних контактных точек формы образца обычно используется
легкий в применении герметизирующий материал, обладающий хорошими
герметизирующими свойствами, водонепроницаемостью, нечувствительностью к
цементу, и коррозионной устойчивостью при температуре и давлении выдерживания,
приведенными в Таблице 7.
9.2.
Процедура
9.2.1
Подготовка форм
Собранные формы должны быть водонепроницаемыми. Внутренняя поверхность
форм, а также контактные поверхности листов должны быть чистыми и сухими, и они
могут слегка покрываться разделительным составом.
9.2.2
Приготовление и заливка раствора
9.2.2.1 Раствор
Приготовьте раствор в соответствии с п.7.
9.2.2.2 Заливка раствора в формы
Залейте слой раствора, который приблизительно составляет половину глубины
пресс-формы. При помощи пудлинговой штанги постучите для утрамбовки по
поверхности равномерно распределенного раствора, 27 раз на каждый образец. Перед
началом процедуры уплотнения залейте раствор во все отсеки для образцов. После
уплотнения слоя, вручную смешайте оставшийся раствор, используя пудлинговую штангу
19
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
или штапель для уменьшения степени расслоения. Теперь наполните формы до краев и
повторите процедуру уплотнения, примененную для первого слоя. После уплотнения при
помощи рихтовальной линейки снимите с верхушки пресс-формы. Удалите образцы из
пресс-форм, которые протекают. Для каждого определения путем испытания необходимо
как минимум три образца.
9.2.2.3 Режим давления и температурный режим
Для цемента классов A, B, C, G и H: в течение пяти минут после смешивания
поместите образцы в водяную ванну, предварительно разогретую до конечной
температуры твердения для испытаний при атмосферном давлении (смотрите Таблицу 2).
Для цемента класса D: поместите образцы в резервуар под давлением при
температуре воды 27 °C ± 3 °C (80 °F ± 6 °F) и в течение пяти минут применяйте
температуру и давление в соответствии с Таблицей 6.
Таблица 6 – Технические условия для выдерживания образцов под давлением
Номер
режим
а
Давление
выдерживани
я образцаa
МПа
(фунт/кв.дюйм)
4S
20,7
(3 000)
20,7
(3 000)
6S
Время истекшее после первого применения температуры и давления
Час: мин (±2 мин)
0:0
0:30 0:45 1:00 1:15 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00
0
Температура
°C (°F)
27
47
49
51
53
55
59
64
68
72
77
(80) (116) (120) (124) (128) (131) (139) (147) (155) (162) (170)
27
56
64
68
72
75
82
89
96
103
110
(80) (133) (148) (154) (161) (167) (180) (192) (205) (218) (230)
Необходимо начать применять давление в 20,7 мПа ±3,4 мПа (3000 фунтов/кв.дюйм ± 500 фунтов/кв.дюйм), как только образец
будет помещен в резервуар высокого давления, и сохранять его в течении периода выдерживания образца. Температуру на протяжении
4 часов необходимо сохранять в диапазоне ± 2°C (± 3°F) на протяжении всего оставшегося времени до завершения испытания.
9.2.3
Выдерживание образца
9.2.3.1 Период выдерживания образца
Период выдержки образца – это время, протекающее от воздействия образца
определенной температуре в резервуаре высокого давления (или с начала запуска
температурного режима и режима давления, указанного в Таблице 6) до испытания
образца на прочность. Испытание прочности образца необходимо проводить при
соответствующей температуре, определенной в Таблице 7.
Для образцов, выдерживаемых при атмосферном давлении, период выдерживания
начинается с момента помещения образца ванну для выдерживания образцов,
предварительно разогретую до температуры испытания.
Для образцов, выдерживаемых при давлении, выше атмосферного, время
выдерживания начинается с момента начального применения давления и температуры.
9.2.3.2 Охлаждение образца
Образцы, выдерживаемые при температуре 60 °C (140 °F) и ниже, необходимо
извлекать из ванны для выдерживания образцов за 45 мин ± 5 мин до начала испытания.
Образцы необходимо извлечь из форм и охладить путем помещения в водяную ванну, в
которой поддерживается температура 27 °C ± 3 °C (80 °F ± 5 °F) на 40 мин. Не держите
образец вне воды более пяти минут, чтобы не допустить обезвоживание. Для образцов,
выдерживаемых при температуре равной или ниже 77 °C (170 °F), поддерживайте
максимальную заданную температуру и давление согласно Таблице 7 в течение 1 часа и
45 мин ± 5 мин до начала испытания образца, когда разогрев будет прекращен. В течение
следующих 60 мин ± 5 мин снизьте температуру до 77 °C (170 °F) или ниже, не допуская
снижения давления, за исключением снижения, вызванного понижением температуры. За
45 минут ± 5 минут до начала испытания спустите оставшееся давление и извлеките
20
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
образцы из форм. Охладите образцы путем их помещения в водяную ванну с
температурой, поддерживаемой на уровне 27 °C ± 3 °C (80 °F ± 6 °F) на 40 мин ± 5 мин.
9.2.3.3 Приемка образца
Поврежденные образцы для определения кубиковой прочности необходимо
отбраковать до начала испытания. Если остается менее двух испытательных образцов для
определения сопротивления на сжатие в любой промежуток времени, необходимо
провести повторное испытание.
9.3
Процедура испытания (согласно ASTM C 109/C109M)
9.3.1
Извлеките образцы из водяной ванны или охлаждающей ванны, в которой
поддерживалась температура 27°C ± 3°С (80F° ± 5°F). Протрите каждый образец для
удаления сыпучего материала с поверхностей, которые будут контактировать с
распределительными блоками устройства для испытания.
9.3.2
Размеры
испытуемых
поверхностей
должны
быть
измерены
до ± 1,0 мм (± 1/16 дюйма) для вычисления площади поперечного сечения. Примените
нагрузку на поверхности образца, которые находились в контакте с плоскими
(вертикальными) поверхностями формы (не контактирующей с основанием или
крышками). Поместите образец в устройство для испытания ниже верхнего
распределительного блока. Перед проведением испытания каждого куба убедитесь, что
сферический блок способен наклоняться. Применяйте амортизационные или опорные
материалы.
ПРИМЕЧАНИЕ При испытании образцов соблюдайте соответствующие меры предосторожности и
процедуры обращения с материалами и оборудованием.
9.3.3
Скорость нагружения должна составлять 72 кН/мин ± 7 кН/мин
(16 000 фунтов/кв.дюйм ± 500 фунтов/кв.дюйм). Для образцов, чье полагаемое
сопротивление ниже 3,4 МПа (500 фунтов/кв.дюйм), необходимо применять скорость
нагружения в 18 кН/мин ± 2 кН (4 000 фунтов/кв.дюйм ± 400 фунтов/кв.дюйм). В
зависимости от типа применяемого устройства для определения сопротивления на сжатие,
может потребоваться некоторое время для того, чтобы нагрузочная рама создала
необходимую скорость нагружения после начального контакта с образцом цемента.
9.3.4
Рассчитайте сопротивление на сжатие в мегапаскалях (фунтов на
квадратный дюйм).
9.4
Критерии приемки по сопротивлению на сжатие
Сопротивление на сжатие всех образцов приемочных испытаний, полученных из
того же образца и испытуемых в тот же промежуток времени, должно регистрироваться и
усредняться до ближнего 50 кПа (10 фунтов/кв.дюйм). По крайней мере, две третьих
первичных отдельных образцов или среднее всех испытуемых образцов должны
соответствовать или превышать минимальное сопротивление на сжатие согласно Таблице
7. Если остается менее двух значений сопротивления для определения сопротивления на
сжатие в любой промежуток времени, необходимо провести повторное испытание.
21
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Таблица 7 – Технические требования к сопротивлению на сжатие
Класс
цемента
A
B
C
D
G, H
Номер
режима
4S
6S
-
Конечная
температура
выдерживанияa
°C (°F)
38 (100)
38 (100)
38 (100)
77 (170)
110 (230)
38 (100)
60 (140)
Давление
выдерживания
образцаb
МПа
(фунт/кв.дюйм)
атм.
атм.
атм.
20,7 (3 000)
20,7 (3 000)
атм.
атм.
Минимальный предел сопротивления на сжатие в
указанный период сжатия
8 часов ± 15 мин
МПа (фунт/кв.дюйм)
24 часа ± 15 мин
МПа (фунт/кв.дюйм)
1,7 (250)
1,4 (200)
2,1 (300)
NRc
3,4 (500)
2,1 (300)
10,3 (1 500)
12,4 (1 800)
10,3 (1 500)
13,8 (2 000)
6,9 (1 000)
13,8 (2 000)
NR
NR
_______
a
Температура выдерживания должна сохраняться на уровне указанной температуры ± 2C° (± 3F°).
b
Испытательное давление необходимо начинать применять как только образцы помещаются в резервуар под давлением и
поддерживать заданное давление в диапазоне ±3,4 МПа (± 500 фунтов/кв.дюйм) для режимов 4S и 6S
c
NR означает «no requirement» - «нет требований»
10. Определение времени загустевания
10.1
Оборудование
Консистометр для замеров под давлением (см. Рисунки 8 и 9) должен состоять из
вращающейся цилиндрической камеры для цементного раствора (смотрите Рисунки 10 и
11), оснащенной стационарной лопастью (см. Рисунок 12), встроенной в резервуар
высокого давления, способной выдерживать давление и температуру, описанные в
Таблицах 9-11.
Пространство между камерой для цементного раствора и стенками резервуара
высокого давления должно быть полностью заполнено углеводородным маслом.
Выбранное масло должно обладать следующими физическими свойствами:
- пределы вязкости
6мм2/сек-79мм2/сек при 38°C (100°F) или 6сСт/мин79сСт/мин при 38°C (100°F) или 45секунд Сейболта360секунд Сейболта при 38°C (100°F);
- удельная теплоемкость 1,9кДж/(кг•K)-2,5кДж/(кг•K)
(0,45БТЕ/фунт•°F0,60БТЕ/фунт•°F);
- теплопроводность
0,112В/(м•K)-0,138В/(м•K) [0,065БТЕ/(ч•фунт2•°F/фунт)-0,08
БТЕ/(ч•фунт2•°F/фунт)]
- удельная плотность
0,83-0,93
Необходима нагревательная система, способная повышать температуру данной
масляной ванны со скоростью как минимум 3 °C/мин (5 °F/мин). Для измерения и
регулирования температуры цементного раствора (осевая линия) необходима система
измерения температуры. Камера для цементного раствора вращается на скорости
150 об/мин ± 15 об/мин. Необходимо определить консистенцию цементного раствора
(см. п.10.2.2.1). Лопасть и все элементы камеры, которые могут контактировать с
цементным раствором, должны проектироваться в соответствии с размерами, указанными
на Рисунках 10-12.
22
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Пояснения:
1 термопара камеры для
цементного раствора
2 уплотнительное кольцо
3 механизм потенциометра
4 контактный штифт
5 канал нагнетания
6 штанга-толкатель
7 настенная термопара
8 нагреватель
9 змеевиковый холодильник
10 камера для цементного
раствора
11 роторный стол емкости
(вращается против часовой
стрелки)
12 съемный
уплотнительный элемент
13 напорное отверстие
14 опорный подшипник
15 коническая шестерня
16 зубчатый ремень
Рисунок 8 – Стандартный консистометр с шестеренным приводом для
определения времени загустевания
23
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Пояснения:
1 термопара камеры для
цементного раствора
2 уплотнительное
кольцо
3 механизм
потенциометра
4 контактный штифт
5 канал нагнетания
6 камера для
цементного раствора
7 змеевиковый
13 приводной ремень
холодильник
8 нагреватель
9 настенная термопара
10 роторный стол
емкости (вращается
против часовой стрелки)
11 напорное отверстие
12 электромагнитный
привод
Рисунок 9 – Стандартный консистометр с электромагнитным приводом для
определения времени загустевания под давлением
24
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Размеры в миллиметрах
Пояснения:
1 - устройства для измерения температуры
2 - механизм потенциометра
ПРИМЕЧАНИЕ
стыковочной втулки.
Материалом
является
нержавеющая сталь,
за
исключением
мембраны
и
Рисунок 10 – Стандартное устройство камеры для цементного раствора
консистометра для замеров под давлением
25
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Размеры в миллиметрах (дюймах)
Пояснения:
1 - мембрана
2 - основание камеры
ПРИМЕЧАНИЕ
стыковочной втулки.
Материалом
является
нержавеющая сталь,
за
исключением
мембраны
Рисунок 11 – Стандартное устройство камеры для цементного раствора и
лопасть консистометра для замеров под давлением
26
и
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Размеры в миллиметрах (дюймах)
Пояснения:
1 - задняя кромка; 2 - ведущая кромка; 3 - ось лопасти
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Материалом лопасти является нержавеющая сталь 1,6 мм x 9,5 мм (0,062 5 дюйма x
0,375 дюйма).
ПРИМЕЧАНИЕ 2
Придайте уклон наружу и вниз всем ведущим кромках и закруглите все
задние кромки.
a
Вращайте все ведущие кромки против часовой стрелки, если смотреть с верхней части лопасти
b
Поверхность крестовины лопасти должна быть перпендикулярна валу во всех точках контакта
c
Стандартный
Рисунок 12 – Стандартная лопасть камеры для цементного раствора
консистометра для замеров под давлением
27
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
10.2
Калибровка
10.2.1 Общие положения
Определение времени загустевания цементного раствора требует калибровки и
технического обслуживания действующих систем консистометра, включая системы
измерения консистенции, терморегулятор, регулятор скорости двигателя, таймер и
датчики.
10.2.2 Консистенция
10.2.2.1 Консистенция цементного раствора выражается в единицах консистенции
Бердена, Bc. Данная величина должна определяться при помощи механизма
потенциометра и схемы измерения напряжения, калибровка которых проводится за месяц
до начала их применения и каждый раз при настройке или замене калибровочной
пружины, калибровочной катушки сопротивления и движка потенциометра. Необходимо
применять методику проведения калибровки, описанную в п.10.2.2.2.
10.2.2.2. Стандартное грузовое устройство (см. Рисунок 13 для Стандартного
устройства калибровки потенциометра и Рисунок 14 для Стандартного механизма
потенциометра) применяется для получения серии значений эквивалентов момента
вращения, для калибровки. Эталонный вес используется для применения вращающего
момента к калибровочной пружине, с применением радиуса рамы потенциометра в
качестве плеча рычага. При добавлении эталонного веса пружина смещается и
повышается получаемое напряжение постоянного тока и/или значение Bc.
ПРИМЕЧАНИЕ Для ознакомления с необходимой процедурой, обратитесь к рукодоству по
эксплуатации производителя.
Калиброванные значения эквивалентов момента вращения, T, выражаемые в
граммы•сантиметры, определяются по Формуле 2:
T = 78,2 + 20,02Bc
(2)
где,
Bc - консистенция, выраженная в единицах консистенции Бердена.
Таблица 8 – Консистенция цементного раствора в сравнении с эквивалентным
моментом вращения
(для механизма потенциометраa с радиусом 52 мм ± 1 мм)
Эквивалентный момент
Масса эталлоного веса,
Консистенция раствора,
вращения, г•см
г ± 0,1 г
Bc± 5
260
50
9
520
100
22
780
150
35
1 040
200
48
1 300
250
61
1 560
300
74
1 820
350
87
2 800
400
100
_____
Для механизма потенциометра с отличным радиусом необходимо применять соответствующую таблицу с
эквивалентными отклонениями
a
28
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Рисунок 13 – Стандартное устройство калибровки потенциометра
Пояснения:
1 калибровочная катушка сопротивления
2 вал подшипника
3 контактный палец
пружина
4 муфта, пружина
5 кольцо, пружина
7 сепаратор, опорный подшипник
8 зажим, натяжной болт пружины
9 изолиния
13 рама-основание
14 упор, рама
15 контактная
10 натяжной болт, пружина
11 калибровочная пружина сопротивления
16 подшипник, рама
17 стопорный рычаг
Рисунок 14 – Стандартный механизм потенциометра консистометра для
замеров под давлением
29
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
10.2.3 Система измерения температуры
Необходимо проводить калибровку системы измерения температуры с
точностью ± 2 °C (± 3 °F). Калибровка должна проводиться как минимум один раз в три
месяца. Обычно применяется процедура, описанная в Приложении А.
10.2.4 Скорость двигателя
Двигатель должен вращать камеру для цементного раствора со скоростью 150
об/мин ± 15 об/мин (2,5 об/сек ± 0,25 об/сек) и проходить ежегодную проверку.
10.2.5 Таймер
Таймеры должны обладать точностью в пределах ± 30 секунд в час и должны
проверяться ежегодно.
10.2.6 Система измерения давления
Калибровка должна проводиться ежегодно при помощи грузопоршневого манометра
или эталонного манометра. Манометры должны калиброваться при 17 МПа, 34 МПа
и
52
МПа
±
1,7
МПа(2 500
фунтов/кв.дюйм,
5 000
фунтов/кв.дюйм
и 7 500 фунтов/кв.дюйм ± 250 фунтов/кв.дюйм).
10.3
Процедура
10.3.1 Рабочие инструкции
Для данного метода могут применяться детальные рабочие инструкции,
разработанные оператором или предоставленные производителем, и их необходимо
соблюдать при условии, что они соответствуют техническим условиям, содержащимся в
настоящем стандарте. Смазочные материалы могут наноситься только на обработанные
поверхности камеры для цементного раствора.
10.3.1.2 Заполнение камеры для цементного раствора
10.3.2.1 Залейте раствор (приготовленный в соответствии с п.7) в перевернутую
камеру для цементного раствора.
ПРИМЕЧАНИЕ Во время заливки может произойти расслаивание раствора. Расслаивание можно
уменьшить, помешивая раствор в емкости при помощи штапеля во время заливки. Расслаивание не будет
являться большой проблемой, если паузы при смешивании в процессе заливки будут сведены к минимуму.
10.3.2.2 После заполнения резервуара постучите снаружи по емкости, чтобы
выпустить защемленный воздух.
10.3.2.3 Затем установите камеру для цементного раствора на место.
10.3.2.4 Затем установите центральную вставку (шарнирную опору) в основание
камеры.
10.3.3 Начало испытания
10.3.3.1 Установите камеру для цементного раствора на роторный стол в резервуаре
высокого давления, начните вращать камеру для цементного раствора, установите
механизм потенциометра так, чтобы сцепить штангу толкателя, и начните заполнять
резервуар маслом.
10.3.3.2 Плотно закройте крышку резервуара высокого давления, вставьте
термопару, и частично затяните ее винты.
10.3.3.3 После полного заполнения резервуара высокого давления маслом, затяните
винты термопары.
10.3.3.4 Запустите процесс испытания, применяя давление и температуру в течении 5
минут после остановки смешивания.
10.3.4 Регулирование температуры и давления
Во время проведения испытания, повышайте температуру и давление цементного
раствора в камере для цементного раствора в соответствии с соответствующим режимом
30
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
технических условий, указанном в Таблицах 9, 10 или 11. Во время перепадов давления и
температуры режимов 4, 5 и 6, температура и давление должно поддерживаться в
диапазоне ± 3 °C (± 6 °F) и ± 2 МПа (± 300 фунтов/кв.дюйм) соответственно, от
соответствующего истекшего времени в сравнении с целевой температурой и давлением.
В течение 10 минут после завершения перепадов, температура и давление должны
находиться в диапазоне ± 1°C (2°F) и ± 0,7 МПа (±100 фунтов/кв.дюйм), соответсвенно, от
определенных величин. Определите температуру цементного раствора для испытания на
соответствие техническим условиям при помощи устройства измерения температуры,
расположенного в центре камеры для образцов.
Наконечник термопары должен устанавливаться вертикально внутри вала лопасти в
чаше для цементного раствора таким образом, чтобы он находилась на высоте от 45 мм
(1,75 дюйма) до 89 мм (3,5 дюйма) над внутренней частью основания камеры для
образцов. Так как существует большое количество моделей консистометров, имеющих
различные размеры, убедитесь, что используемая термопара совместима с
консистометром и, что положение наконечника термопары находится в корректном
положении, определенном выше.
Таблица 9 – Режим технических условий 4 для определения времени
загустевания для цементов класса A, B, C и D
Истекшее время
мин
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Давление
МПа (фунты/кв.дюйм)
5,2 (750)
7,6 (1 100)
9,7 (1 400)
11,7 (1 700)
13,8 (2 000)
15,9 (2 300)
17,9 (2 600)
20,0 (2 900)
22,1 (3 200)
24,8 (3 600)
26,7 (3 870)
Температура
°C (°F)
27 (80)
28 (83)
31 (87)
32 (90)
34 (93)
36 (97)
38 (100)
39 (103)
41 (106)
43 (110)
45 (113)
Таблица 10 – Режим технических условий 5 для определения времени
загустевания для цементов класса G и H
Истекшее время
мин
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
Давление
МПа (фунты/кв.дюйм)
6,9 (1 000)
9,0 (1 300)
11,1 (1 600)
13,1 (1 900)
15,2 (2 200)
17,3 (2 500)
19,3 (2 800)
21,4 (3 100)
23,4 (3 400)
25,5 (3 700)
27,6 (4 000)
29,6 (4 300)
31,7 (4 600)
33,8 (4 900)
35,6 (5 160)
Температура
°C (°F)
27 (80)
28 (83)
30 (86)
32 (90)
34 (93)
36 (96)
37 (99)
39 (102)
41 (106)
43 (109)
44 (112)
46 (115)
48 (119)
50 (122)
52 (125)
31
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Таблица 11 – Режим технических условий 6 для определения времени
загустевания для цемента класса D
Истекшее время
мин
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
Давление
МПа (фунты/кв.дюйм)
8,6 (1 250)
11,0 (1 600)
13,1 (1 900)
15,9 (2 300)
17,9 (2 600)
20,7 (3 000)
22,8 (3 300)
25,5 (3 700)
27,6 (4 000)
30,3 (4 400)
32,4 (4 700)
35,2 (5 100)
37,2 (5 400)
39,3 (5 700)
42,1 (6 100)
44,1 (6 400)
46,9 (6 800)
49,0 (7 100)
51,6 (7 480)
Температура
°C (°F)
27 (80)
29 (84)
31 (87)
33 (91)
34 (94)
37 (98)
38 (101)
41 (105)
42 (108)
44 (112)
47 (116)
48 (119)
51 (123)
52 (126)
54 (130)
56 (133)
58 (137)
60 (140)
62 (144)
10.4 Время загустевания и консистенция
Зафиксируйте истекшее время между первоначальным применением давления и
температуры (начало испытания) к консистометру для замеров под давлением и время,
при котором консистенция достигла 100 Bc, в качестве времени затвердевания для
испытания.
Зафиксируйте максимальную консистенцию за период от 15 до 30 минут после
начала испытания.
10.5 Требования к приемке по техническим условиям
Требованием к приемке по техническим условиям в течение периода времени от 15
до 30 минут после начала испытаний должно являться 30 Bc для всех классов цемента,
произведенного в соответствии с настоящей частью ISO 10426. Требования к приемке по
времени загустевания должны быть в соответствии с Таблицей 12.
11. Маркировка
Следующая информация должна обозначаться на каждой партии тампонажного
цемента или иметься в наличии для каждой из партий. Для цемента, упакованного в
мешки, информация должна размещаться на каждом мешке; для насыпного цемента,
необходимая информация должна указываться в каждой грузовой накладной на каждую
поставку:
а) наименование производителя;
б) класс и степень сульфатостойкости цемента;
в) масса нетто.
32
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Таблица 12 – Требования к приемке по времени загустевания
Класс
Режим
Минимальное
Максимальное
время
время
загустевания, мин
загустевания, мин
A
4
90
NRa
B
4
90
NR
C
4
90
NR
D
4
90
NR
6
100
NR
G
5
90
120
H
5
90
120
________
a
NR означает «нет требований»
12. Упаковка
Цемент должен поставляться насыпью или в мешках.
Каждый мешок должен содержать установленную массу нетто ± 2 %. Средняя масса
нетто 5% всех мешков в партии взятых вслепую должна быть не меньше установленной
массы.
Мешок для цемента должен быть устойчив к влаге, повреждениям во время
транспортировки и быстро развязываться (открываться) во время пересыпания. Мешок
для цемента должен обычно иметь до 6-ти бумажных слоев с минимальной массой на
площадь 70 гр/м2 (0,014 фунта/кв.фут) каждый и до 2-ух полиэтиленовых или
полипропиленовых слоев с массой на площадь 15 гр/м2 (0,0003 фунта/кв.фут) каждый,
вставленные между и первым и пятыми бумажными слоями. Для большего сопротивления
повреждениям могут использоваться до двух гудроновых или битумных слоев.
Гибкие контейнеры для насыпного цемента должны обеспечивать допустимый
предел прочности (коэффициент запаса прочности от 5 до 1 минимум). Они также должны
обладать сопротивляемостью к ультрафиолетовому излучению при использовании
полиэтиленовых или пропиленовых слоев, а также быть устойчивыми к влаге.
13. Бентонит
Бентонит является натуральным глинистым материалом, в основном состоящим из
смектита. Необработанный бентонит, используемый в цементировании скважин, во время
обработки сушится и измельчается, но не подвергается химической обработке.
Бентонит, отвечающий требованиям настоящей части ISO 10426, применяемый в
цементировании скважин, должен соответствовать требованиям к необработанному
бентониту в соответствии с ISO 13500.
Таблица 13 – Технические условия приемки бентонита
Требования
Устойчивость к деформации/соотношение
пластической вязкости
Дисперсная пластическая вязкость
Рассеянный объем фильтрации
Технические условия
1,5 максимум
10 сП максимум
15,5 мл максимум
ПРИМЕЧАНИЕ Смотрите ISO 13500 для получения информации по процедурам испытаний.
33
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Приложение А
(информационное)
Процедуры калибровки термопар, систем измерения температуры и
регуляторов
А.1
Методика калибровки
Имеется несколько удовлетворяющих требованиям методик для калибровки
термопар, включая методику, предлагаемую поставщиком оборудования. Для более
подробного ознакомления с методикой – смотрите ASTM E220.
А.2
Калибровка термопары
А.2.1 Оборудование
А.2.1.1 Общее
Отдельные элементы устройства, необходимые для выполнения калибровки, зависят
от выбранной техники. Свойства, на которые необходимо обратить внимание, независимо
от техники, освещены в пунктах А.2.1.2–А.2.1.4.
А.2.1.2 Температурные условия
Нагревательная среда должна позволять погружать надлежащим образом как
испытуемую термопару (та, которая калибруется), так и образцовую термопару или
образцовый термометр. Устройство должно поддерживать стабильную температуру,
которая будет постоянной в испытуемом интервале.
А.2.1.3 Измерение температуры
Исходная температура нагревательной среды может измеряться либо при помощи
термометра, либо термопары.
А.2.1.4 Выходное напряжение термопары
Если термопара используется для измерения исходной температуры, выходное
напряжение на образцовой термопаре и испытуемой термопаре должно определяться в
соответствии с описанием национальных стандартов, таких как ASTM E220. В подобных
случаях для определения температуры необходимо принимать во внимание таблицы
температур в сравнении с напряжением применяемого типа термопары. В качестве
альтернативы, можно применять устройство вывода с непосредственным отчетом и
температурной компенсацией. Точность устройства должна отслеживаться национальным
органом по сертификации стандартов.
А.2.2 Процедура
А.2.2.1 За исключением приборов с индикатором, специальные процедуры детально
описаны в применимых национальных стандартах, таких как ASTM E220. Изделия,
указанные в п.п. А.2.2.2 – А.2.2.6, требуют особого внимания или касаются использования
оборудования с индикатором.
А.2.2.2 Испытуемые и образцовые термопары или термометры необходимо
помещать по возможности ближе друг к другу в нагревательной среде.
А.2.2.3 После каждой смены нагревательного уровня, необходимо сохранять
температуру при стабильном значении в течение 15 минут до начала считывания
исходной температуры (или напряжения) и температуры испытуемой термопары.
А.2.2.4 Во время процедуры калибровки необходимо использовать несколько (более
трех) температур испытания, охватывающих рабочий диапазон оборудования.
А.2.2.5 Если испытуемая термопара неточно измеряет температуру, необходимо
вывести калибровочную кривую и использовать для корректирования температур,
отображенных на испытуемой термопаре. Переодически небольшие неточности в
34
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
выходном сигнале термопары могут компенсироваться во время калибровки системы
измерения температуры, используемой в сочетании с термопарой (смотрите А.3).
А.2.2.6 Если погрешность испытуемой термопары больше погрешности,
установленной производителем, термопару необходимо заменить на термопару,
отвечающую пределам погрешностей. Термопары J-типа по классификации ASTM E220
имеют пределы погрешностей равные или лучше, чем от ± 1 °C (± 2 °F) до 277 °С (530 °F).
А.3
Калибровка систем измерения температуры и регуляторов
А.3.1 Оборудование
Калибровка систем измерения температуры и регуляторов требует применения
милливольтного источника, удлинительного кабеля для подключения термопары,
подходящего к используемой термопаре и, возможно, термометра и таблицы эталонного
напряжения. Источники сигналов или калибраторы бывают двух типов, а именно:
некомпенсируемые и компенсируемые с холодным спаем. Несколько калибраторов,
имеющиеся в продаже, являются компенсируемыми с холодным спаем, и они имеют
цифровой дисплей температуры, эквивалентный
подаваемому
мультивольтному
сигналу. Точность всех калибровочных аппаратов должна отслеживаться национальным
сертифицирующим органом. Некоторые более старые измерительные приборы,
отображающие температуру, и регуляторы гальванометрического типа требуют более
сильного сигнала для работы, чем новые потенциометрические цифровые системы
измерения температуры и регуляторы, и, соответственно, им необходим калибратор с
достаточной силой сигнала для точной калибровки.
А.3.2 Процедура
А.3.2.1 Необходимо следовать процедурам калибровки систем измерения
температуры и регуляторов, предлагаемым поставщиком. Особого внимания требуют
изделия, указанные в пунктах А.3.2.2–А.3.2.5.
А.3.2.2 Удлинительный кабель термопары должен подходить к адаптеру
определенного класса термопары, что позволяет подключать его к той же сетевой розетке,
используемой для подключения испытательной аппаратуры термопары. Необходимо
внимательно следить за правильной полярностью соединения. Необходимо давать
достаточно времени разогрева калибраторам, системам измерения температуры и
регуляторов температуры, в соответствии с инструкциями производителя, для получения
большей точности.
А.3.2.3 Необходимо только следить за правильным подключением калибратора
термопары с компенсацией холодного спая к удлинительному кабелю термопары и
разъемам термопары. Системы измерения температуры и/или регуляторы, использующие
сигнал, должны иметь одинаковые показания температуры, в пределах точности
температуры или регулятора в соответствии с инструкциями производителя.
А.3.2.4 Некомпенсируемые калибраторы термопары требуют использование
термометра для определения температуры холодного спая соединения удлинительного
кабеля калибратора. Температура холодного спая устанавливается на калибраторе
оператором.
А.3.2.5 Использование некомпенсирующего мультивольтного потенциометра
требует измерения температуры зажимов удлинительного кабеля калибратора/термопары
при помощи термометра с известной точностью. Затем мультивольтный эквивалент
данной температуры вычитается из эквивалентного испытательного мультивольтного
сигнала для получения применяемого мультивольтного сигнала калибратора. Данные
напряжения можно найти в таблице исходных мультивольтных температур применяемого
типа термопары.
35
СТ РК ИСО 10426-1
(проект, редакция 1)
Библиография
[1] ASTM C150, Портландцемент. Стандартные технические условия
[2] ASTM E220, Стандартная методика калибровки термопар сравнительной
техникой
[3] ASTM C114, Гидравлический цемент. Стандартные методы химического анализа
[4] ASTM C183, Стандартная практика взятия образцов и объем испытаний
гидравлического цемента
[5] ASTM C204, Стандартный метод определения тонкости помола гидравлического
цемента с помощью установки для измерения воздухопроницаемости
[6] ASTM E11, Стандартная спецификация на проволочную ситоткань и
испытательных сита
36