ISO 10426-4:2004
(Main)Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well cementing — Part 4: Preparation and testing of foamed cement slurries at atmospheric pressure
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well cementing — Part 4: Preparation and testing of foamed cement slurries at atmospheric pressure
ISO 10426-4:2004 defines the methods for the generation and testing of foamed cement slurries and their corresponding unfoamed base cement slurries at atmospheric pressure.
Industrie du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux pour la cimentation des puits — Partie 4: Préparation et essais en conditions ambiantes des laitiers de ciment mousse
L'ISO 10426-4:2004 définit les méthodes de préparation et d'essais, à la pression atmosphérique, des laitiers de ciment mousse ainsi que des laitiers de ciment de base sans mousse correspondants.
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10426-4
First edition
2004-03-01
Petroleum and natural gas industries —
Cements and materials for well
cementing —
Part 4:
Preparation and testing of foamed
cement slurries at atmospheric pressure
Industrie du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux pour la
cimentation des puits —
Partie 4: Préparation et essais en conditions ambiantes des laitiers de
ciment mousse
Reference number
ISO 10426-4:2004(E)
©
ISO 2004
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ISO 10426-4:2004(E)
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Published in Switzerland
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ISO 10426-4:2004(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Sampling . 1
4 Slurry calculations . 1
5 Apparatus. 5
6 Preparation of base cement slurry. 5
7 Preparation of foamed cement slurry at atmospheric pressure . 6
8 Example calculations for the preparation of foamed cement slurry at atmospheric
pressure . 7
9 Atmospheric testing of foamed cement slurries . 9
10 Determination of other properties of base unfoamed cement slurry . 12
Bibliography . 13
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ISO 10426-4:2004(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 10426-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries, Subcommittee SC 3, Drilling and completion fluids,
and well cements.
ISO 10426 consists of the following parts, under the general title Petroleum and natural gas industries —
Cements and materials for well cementing:
Part 1: Specification
Part 2: Testing of well cements
Part 3: Testing of deepwater well cement formulations
Part 4: Preparation and testing of foamed cement slurries at atmospheric pressure
Part 5: Determination of shrinkage and expansion of well cement formulations at atmospheric pressure
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ISO 10426-4:2004(E)
Introduction
Users of this part of ISO 10426 should be aware that further or differing requirements may be needed for
individual applications. This part of ISO 10426 is not intended to inhibit a vendor from offering, or the
purchaser from accepting, alternative equipment or engineering solutions for the individual application. This
may be particularly applicable where there is innovative or developing technology. Where an alternative is
offered, the vendor should identify any variations from this International Standard and provide details.
Cements or cement blends used for foamed cement slurry preparation at atmospheric pressure should be fit
for purpose. Such cements could include well cements of ISO Classes, high alumina cement, or other
speciality cements. The cements and blending materials should conform to appropriate standards. Where
International Standards do not exist, conformance with other appropriate standards should be made.
In this part of ISO 10426, where practical, U.S. Customary units are included in brackets for information.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10426-4:2004(E)
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials
for well cementing —
Part 4:
Preparation and testing of foamed cement slurries at
atmospheric pressure
1 Scope
This part of ISO 10426 defines the methods for the generation and testing of foamed cement slurries and their
corresponding unfoamed base cement slurries at atmospheric pressure.
2 Normative references
The following normative document is indispensable for the application of this document. For dated references,
only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including
any amendments) applies.
ISO 10426-2:2003, Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well cementing —
Part 2: Testing of well cements
3 Sampling
3.1 General
Samples of the cement material or cement blend, solid and liquid additives, and water used for mixing are
required to test a foamed cement slurry in accordance with this part of ISO 10426. Accordingly, the best
available sampling technology should be employed to ensure the test materials match as closely as possible
those found at the well site.
3.2 Method
Applicable sampling techniques for the fluids and materials used in foamed cementing operations can be
found in ISO 10426-2:2003, Clause 4. If required, the temperatures of the mix water, cement or cement
blends, and liquid additives may be measured with a thermocouple or thermometer capable of measuring
temperature with an accuracy of ± 2 °C (± 3,5 °F). These temperatures should be recorded. Temperature-
measuring devices shall be calibrated (in the case of a thermocouple) or checked for accuracy (in the case of
a thermometer) annually.
4 Slurry calculations
4.1 Calculation of base cement slurry composition with and without surfactant(s)
The final base cement slurry for preparing a foamed cement slurry contains surfactant(s), which cannot be
added to the base cement slurry for initial mixing. This requires calculation of the relative mass percentage
(mass fraction) of the surfactant(s) in the foamed cement slurry. This is done by taking the total mass of the
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ISO 10426-4:2004(E)
surfactant(s) and dividing by the total mass of the base cement slurry. (For these calculations, additives are
considered those materials added to the cement that do not result in foaming the system.)
The mass fraction (percentage) of surfactant(s) can be calculated by:
w = [m /(m + m + m + m )] × 100 (1)
s s c a s w
where
w is the mass fraction of surfactant(s), expressed as a percent;
s
m is the mass of surfactant(s), expressed in grams;
s
m is the mass of cement, expressed in grams;
c
m is the mass of additive(s), expressed in grams;
a
m is the mass of water, expressed in grams.
w
If desired, the base cement slurry density without surfactant (ρ ) can be calculated, in grams per cubic
bwos
centimetre, by:
mm++m
caw
ρ =
bwos
VV++V
caw
(2)
where
m is the mass of cement, expressed in grams;
c
m is the mass of additive(s), expressed in grams;
a
m is the mass of water, expressed in grams;
w
V is the absolute volume of cement, expressed in cubic centimetres;
c
V is the absolute volume of additive(s), expressed in cubic centimetres;
a
V is the volume of water, expressed in cubic centimetres.
w
4.2 Determination of slurry volume and mass
4.2.1 Slurry volume
4.2.1.1 General
Determine the volume of unfoamed base cement slurry to be used. The total volume of unfoamed base
cement slurry shall include the volume of surfactant(s) to be added to the base cement slurry. The
surfactant(s) is(are) added after the initial mixing of the base cement slurry. The volume of unfoamed base
cement slurry with surfactants to be placed in the blending container can be calculated by one of two methods
(see 4.2.1.2 and 4.2.1.3).
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ISO 10426-4:2004(E)
4.2.1.2 Known gas content
When it is desired to foam a slurry with a specific volume fraction of gas per volume of slurry (foam quality),
the resultant density of the foamed cement slurry must be determined. This can be calculated by:
100 − ϕ
g
ρρ=× (3)
fs ufss
100
where
ρ is the density of the foamed cement slurry, expressed in kilograms per cubic metre (pounds-mass
fs
per gallon);
ϕ is the volume fraction of gas in the final foamed cement slurry, expressed as a percent;
g
ρ is the density of the unfoamed base cement slurry with surfactant(s), expressed in kilograms per
ufss
cubic metre (pounds-mass per gallon).
4.2.1.3 Known foamed cement slurry density
When the desired density of the foamed cement slurry is known [or after calculating it with Equation (3)],
determine the mass, in grams, of cement slurry including surfactant(s) to be placed into the blending container
to prepare the foamed cement slurry. The mass of unfoamed base cement slurry with surfactant(s) can be
calculated by:
mV=× ρ
ufss mc fs
(4)
where
m is the mass of unfoamed base cement slurry with surfactant(s) to be placed in the blending
ufss
container, expressed in grams;
V is the blending container volume, expressed in cubic centimetres;
mc
ρ is the desired density of the foamed cement slurry, expressed in grams per cubic centimetre.
fs
4.2.2 Surfactant(s) and slurry mass
The masses of surfactant(s) and unfoamed base cement slurry required for testing are found using Equations
(5) and (6).
The mass of surfactant(s) to be placed into the mixer with the unfoamed base cement slurry is determined as
follows:
w
s
mm=× (5)
sufss
100
where
m is the mass of surfactant(s), expressed in grams;
s
m is the mass of unfoamed base cement slurry with surfactant(s), expressed in grams;
ufss
w is the mass fraction of surfactant, expressed as a percent.
s
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ISO 10426-4:2004(E)
The mass of base cement slurry is determined as follows:
mm=−m (6)
ufs ufss s
where
m is the mass of unfoamed base cement slurry without surfactant(s), expressed in grams;
ufs
m is the mass of unfoamed base cement slurry with surfactant(s), expressed in grams;
ufss
m is the mass of surfactant(s) to be added to the unfoamed base cement slurry, expressed in grams.
s
NOTE The percentage contribution of each material by mass was determined in 4.1.
4.2.3 Additional calculations
If the density of the foamed cement slurry is known, the volume fraction (percent) of gas can be calculated by:
ρρ−
ufss fs
ϕ=×100 (7)
g
ρ
ufss
where
ϕ is the volume fraction of gas in final foamed cement slurry, expressed as a percent;
g
ρ is the density of the unfoamed base cement slurry with surfactant(s), expressed in kilograms per
ufss
cubic metre;
ρ is the density of the foamed cement slurry, expressed in kilograms per cubic metre.
fs
The volume of unfoamed base cement slurry can be calculated by:
V ×ϕ
mc g
VV=− (8)
us mc
100
where
V is the unfoamed base cement slurry volume, expressed in cubic centimetres;
us
V is the blending container volume, expressed in cubic centimetres;
mc
ϕ is the volume fraction of gas in final foamed cement slurry, expressed as a percent.
g
The mass of unfoamed base cement slurry can be calculated by:
mV=× ρ (9)
ufss us ufss
where
m is the mass of unfoamed base cement slurry with surfactant(s), expressed in grams;
ufss
V is the unfoamed base cement slurry volume, expressed in cubic centimetres;
us
ρ is the density of the unfoamed base cement slurry with surfactant, expressed in grams per cubic
ufss
centimetre.
3 3
NOTE The density terms contained in Equations (7) and (9) can be expressed in units of kg/m or g/cm .
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5 Apparatus
5.1 Blending container, with a lid that seals, for preparing foamed cement slurry at atmospheric pressure
in the laboratory (see Figure 1).
The blending container is similar to that used for standard slurry preparation, except it has a threaded cap with
an O-ring seal. The cap has a small hole [± 19 mm (± 0,75 in) diameter] in the centre fitted with a removable
plug with a vent hole. A conventional blending container that does not have a seal cannot be used for these
tests.
5.2 Mixing blade assembly, either a single mixing blade as supplied by the manufacturer, or a multiple
stacked-blade assembly.
Testing to date has not identified a significant difference in slurries mixed with the two different blade
assemblies using the sealed blending container.
5.2.1 Single blade assembly, in accordance with ISO 10426-2:2003, Clause 5.
5.2.2 Multi-blade (stacked-blade) assembly, constructed of a series of assemblies, each blade in
accordance with ISO 10426-2:2003, Clause 5 (see Figure 1).
The assembly consists of five standard blades attached to a central shaft, and spaced equally along the shaft.
Figure 1 — Blending container and multi-blade assembly
6 Preparation of base cement slurry
6.1 Determination of blending container volume
This method assumes the base cement slurry as described in 4.1 is prepared in a separate mixing container
and this prepared slurry weighed into the blending container with a sealed lid. Accurate determination of the
volume of the blending container is critical to this procedure. The calculations for slurry volume, density and
foamed cement slurry-to-gas ratio are based on determination of this container volume, as follows.
Weigh the clean, dry blending container (including mixing assembly, screw-on lid and screw-in plug for the lid).
Remove the screw-on lid from the blending container and remove the screw-in plug from the lid. Fill the
blending container with water and screw the lid on tightly. Pour additional water into the hole in the lid until the
container is completely filled, and screw the plug into the lid. Wipe the excess water that exits from the plug’s
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ISO 10426-4:2004(E)
vent hole and re-weigh the container. The mass of the water inside the container is then divided by the density
of the water to determine an accurate volume for the blending container.
The volume of the blending container should be checked any time the blades are replaced, or after any
damage to the container that may affect the volume. The volume should be verified at least every 6 months.
NOTE Preparation of sufficient volume of the base cement slurry may require multiple mixes using the standard
mixing procedure, or use of a large laboratory blender. See preparation of large slurry volumes in ISO 10426-2:2003,
Annex A.
6.2 Base cement slurry preparation
6.2.1 General
Base slurries containing all additives except foaming surfactant(s) shall be prepared in accordance with
ISO 10426-2:2003, Clause 6.
6.2.2 Temperature considerations
If possible, the temperatures of the cement sample, additives and mix water should be within ± 2 °C (± 3,5 °F)
of the respective temperatures recorded or anticipated at surface at the well site. (This is NOT the anticipated
temperature in the well, but at surface conditions at the well site.) The temperature of the blending container
should approximate that of the mix water being used in the slurry design. The blending container assembly
shall be calibrated annually to rotate at tolerances of ± 200 r/min at 4 000 r/min and ± 500 r/min at
12 000 r/min.
6.2.3 Density measurement
The density of the unfoamed base
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10426-4
Première édition
2004-03-01
Industrie du pétrole et du gaz naturel —
Ciments et matériaux pour la cimentation
des puits —
Partie 4:
Préparation et essais en conditions
ambiantes des laitiers de ciment mousse
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well
cementing —
Part 4: Preparation and testing of foamed cement slurries at
atmospheric pressure
Numéro de référence
ISO 10426-4:2004(F)
©
ISO 2004
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ISO 10426-4:2004(F)
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Web www.iso.org
Version française parue en 2004
Publié en Suisse
ii © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 10426-4:2004(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Échantillonnage . 1
4 Calculs nécessaires à la préparation du laitier. 2
5 Appareillage. 5
6 Préparation du laitier de ciment de base. 5
7 Préparation du laitier de ciment mousse en conditions ambiantes . 6
8 Exemple de calculs pour la préparation en conditions ambiantes de laitier de ciment
mousse. 8
9 Essais en conditions ambiantes de laitiers de ciment mousse. 10
10 Détermination d'autres propriétés du laitier de ciment de base sans mousse. 13
Bibliographie . 15
© ISO 2004 – Tous droits réservés iii
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ISO 10426-4:2004(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 10426-4 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer
pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 3, Fluides de forage et de
complétion, et ciments à puits.
L'ISO 10426 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Industrie du pétrole et du gaz
naturel — Ciments et matériaux pour la cimentation des puits:
— Partie 1: Spécifications
— Partie 2: Essais de ciment pour puits
— Partie 3: Essais de formulations de ciment pour puits en eau profonde
— Partie 4: Préparation et essais en conditions ambiantes des laitiers de ciment mousse
— Partie 5: Détermination du retrait et de l'expansion à la pression atmosphérique des formulations de
ciments pour puits
iv © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 10426-4:2004(F)
Introduction
Il est recommandé aux utilisateurs de la présente partie de l'ISO 10426 de garder présent à l'esprit que des
exigences additionnelles ou différentes peuvent se révéler nécessaires à des applications individuelles. La
présente partie de l'ISO 10426 n'a pas la prétention d'interdire à un vendeur ou à un acheteur, respectivement
d'offrir ou d'accepter un matériel de substitution ou des solutions techniques de rechange pour une application
individuelle. Cela peut tout particulièrement s'appliquer en cas de disponibilité d'une technologie innovatrice
ou de pointe. En présence d'une solution de rechange, il convient que le vendeur identifie tout écart par
rapport à la présente Norme internationale et qu'il en fournisse les détails.
Il est recommandé que les ciments ou les mélanges à base de ciments à utiliser pour la préparation en
conditions ambiantes de laitiers de ciment mousse conviennent à leur utilisation prévue. D'autres types de
ciments comme les ciments à puits de classes ISO, les ciments hautement alumineux, ou d'autres ciments
spéciaux peuvent y être assimilés. Il convient que les ciments et les additifs soient conformes aux normes
appropriées. À défaut de Normes internationales, il convient d'établir la conformité à d'autres normes
appropriées.
Dans la présente partie de l'ISO 10426, les unités couramment utilisées aux États-Unis (USC) sont, dans la
mesure du possible, indiquées entre parenthèses pour information.
© ISO 2004 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 10426-4:2004(F)
Industrie du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux
pour la cimentation des puits —
Partie 4:
Préparation et essais en conditions ambiantes des laitiers de
ciment mousse
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 10426 définit les méthodes de préparation et d'essais, en conditions ambiantes,
des laitiers de ciment mousse ainsi que des laitiers de ciment de base sans mousse correspondants.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 10426-2:2003, Industries du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux pour la cimentation des
puits — Partie 2: Essais de ciment pour puits
3 Échantillonnage
3.1 Généralités
Des échantillons de ciment pur ou de mélange de ciment, d'additifs solides et liquides, et d'eau de gâchage
sont nécessaires pour soumettre à essai un laitier de ciment mousse conformément à la présente partie de
l'ISO 10426. Il y a donc lieu d'utiliser la meilleure technologie d'échantillonnage disponible afin de s'assurer
que les matériaux testés sont aussi proches que possible de ceux rencontrés sur le site de forage.
3.2 Méthode
Les techniques d'échantillonnage applicables pour les fluides et les matériaux, utilisés dans les opérations de
cimentation faisant appel à un ciment mousse, sont données dans l'ISO 10426-2:2003, Article 4. Si
nécessaire, la température de l'eau de gâchage, du ciment ou des mélanges de ciment et des additifs liquides
peut être mesurée avec un thermocouple ou un thermomètre capable de mesurer la température avec une
exactitude de ± 2 °C (± 3,5 °F). Il convient de consigner ces températures. Les instruments de mesure de
température doivent être étalonnés (s'agissant d'un thermocouple) ou vérifiés une fois par an (s'agissant d'un
thermomètre).
© ISO 2004 – Tous droits réservés 1
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ISO 10426-4:2004(F)
4 Calculs nécessaires à la préparation du laitier
4.1 Calcul relatif à la composition du laitier de ciment de base avec et sans surfactant(s)
Le laitier de ciment de base final pour préparer un laitier de ciment mousse contient un ou des surfactants qui
ne peut (peuvent) être ajouté(s) au laitier de ciment de base du mélange initial. Cela nécessite le calcul du
pourcentage de masse relative (fraction massique) en surfactant(s) dans le laitier de ciment mousse. Ce
calcul est effectué en divisant la masse totale du (des) surfactant(s) par la masse totale du laitier de ciment de
base. (Pour ces calculs, les additifs correspondent aux matériaux ajoutés au ciment qui ne conduisent pas au
moussage).
La fraction massique (pourcentage) du (des) surfactant(s) peut être calculée par la formule suivante:
wm=+/m m+m+m×100 (1)
()
ss c a s w
où
w est la fraction massique du (des) surfactant(s), exprimée en pourcentage;
s
m est la masse de surfactant(s), exprimée en grammes;
s
m est la masse du ciment, exprimée en grammes;
c
m est la masse de l'additif (des additifs), exprimée en grammes;
a
m est la masse de l'eau, exprimée en grammes.
w
Le cas échéant, la masse volumique du laitier sans surfactant (ρ ) peut être calculée, en grammes par
bwos
centimètre cube, par la formule:
mm++m
ca w
ρ = (2)
bwos
VV++V
ca w
où
m est la masse du ciment, exprimée en grammes;
c
m est la masse de l'additif (des additifs), exprimée en grammes;
a
m est la masse de l'eau, exprimée en grammes;
w
V est le volume absolu du ciment, exprimé en centimètres cubes;
c
V est le volume absolu de l'additif (des additifs), exprimé en centimètres cubes;
a
V est le volume d'eau, exprimé en centimètres cubes.
w
4.2 Détermination des volumes et de la masse du laitier
4.2.1 Volume du laitier
4.2.1.1 Généralités
Déterminer le volume du laitier de ciment de base sans mousse à utiliser. Le volume total du laitier de ciment
de base sans mousse doit contenir le volume du (des) surfactant(s) à ajouter au laitier de ciment de base.
Le(s) surfactant(s) est (sont) ajouté(s) après le mélange initial du laitier de ciment de base. Le volume du
laitier de ciment de base sans mousse avec les surfactants à placer dans le récipient de mélange peut être
déterminé par l'une des deux méthodes de calcul (voir 4.2.1.2 et 4.2.1.3).
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4.2.1.2 Teneur connue en gaz
Lorsqu'il s'agit de mousser un laitier avec une fraction volumique spécifique de gaz par volume de laitier
(qualité de la mousse), la masse volumique résultante du laitier de ciment mousse doit être déterminée. Cela
peut être calculé par la formule:
100 − ϕ
g
ρρ=× (3)
fs ufss
100
où
ρ est la masse volumique du laitier de ciment mousse, exprimée en kilogrammes par mètre cube
fs
(pounds-mass per gallon);
ϕ est la fraction volumique du gaz dans le laitier de ciment mousse final, exprimée en pourcentage;
g
ρ est la masse volumique du laitier de ciment de base sans mousse avec surfactant(s), exprimée
ufss
en kilogrammes par mètre cube (pounds-mass per gallon).
4.2.1.3 Masse volumique connue du laitier de ciment mousse
Lorsqu'une masse volumique souhaitée de laitier de ciment mousse est connue [ou après avoir été calculée à
l'aide de l'Équation (3)], déterminer la masse, en grammes, de laitier de ciment contenant le(s) surfactant(s) à
placer dans le récipient de mélange pour la préparation du laitier de ciment mousse. La masse du laitier de
ciment de base sans mousse avec le(s) surfactant(s) peut être calculée par la formule suivante:
mV=× ρ (4)
ufss mc fs
où
m est la masse du laitier de ciment de base sans mousse avec le(s) surfactant(s) à placer dans le
ufss
récipient de mélange, exprimée en grammes;
V est le volume du récipient de mélange, exprimé en centimètres cubes;
mc
ρ est la masse volumique souhaitée du laitier de ciment mousse, exprimée en grammes par
fs
centimètre cube.
4.2.2 Masse du (des) surfactant(s) et du laitier
Les masses du (des) surfactant(s) et du laitier de ciment de base nécessaires aux essais sont données par
les Équations (5) et (6).
La masse du (des) surfactant(s) à placer dans le mélangeur avec le laitier de ciment de base sans mousse
est déterminée de la manière suivante:
w
s
mm=× (5)
sufss
100
où
m est la masse du (des) surfactant(s), exprimée en grammes;
s
m est la masse du laitier de ciment de base sans mousse avec un (des) surfactant(s), exprimée en
ufss
grammes;
w est la fraction massique du surfactant, exprimée en pourcentage.
s
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La masse du laitier de ciment de base est déterminée de la manière suivante:
mm=−m (6)
ufs ufss s
où
m est la masse du laitier de ciment de base sans mousse sans le(s) surfactant(s), exprimée en
ufs
grammes;
m est la masse du laitier de ciment de base sans mousse avec le(s) surfactant(s), exprimée en
ufss
grammes;
m est la masse du (des) surfactant(s) à ajouter au laitier de ciment de base sans mousse, exprimée
s
en grammes.
NOTE La part en pourcentage de chaque matériau, en fraction massique, a été déterminée en 4.1.
4.2.3 Calculs additionnels
Lorsque la masse volumique du laitier de ciment mousse est connue, la fraction volumique (pourcentage) du
gaz peut être calculée selon la formule suivante:
ρρ−
ufss fs
ϕ=×100 (7)
g
ρ
ufss
où
ϕ est la fraction volumique du gaz dans le laitier de ciment mousse final, exprimée en pourcentage;
g
ρ est la masse volumique du laitier de ciment de base sans mousse avec le(s) surfactant(s),
ufss
exprimée en kilogrammes par mètre cube;
ρ est la masse volumique du laitier de ciment mousse, exprimée en kilogrammes par mètre cube.
fs
Le volume du laitier de ciment de base sans mousse peut être calculé par la formule suivante:
V ×ϕ
mc g
VV=− (8)
us mc
100
où
V est le volume du laitier de ciment de base sans mousse, exprimé en centimètres cubes;
us
V est le volume du récipient de mélange, exprimé en centimètres cubes;
mc
ϕ est la fraction volumique du gaz dans le laitier de ciment mousse final, exprimée en pourcentage.
g
La masse du laitier de ciment de base sans mousse peut être calculée par la formule suivante:
mV=× ρ (9)
ufss us ufss
où
m est la masse du laitier de ciment de base sans mousse avec le (les) surfactant(s), exprimée en
ufss
grammes;
V est le volume du laitier de ciment de base sans mousse, exprimé en centimètres cubes;
us
ρ est la masse volumique du laitier de ciment de base sans mousse avec le surfactant, exprimée
ufss
en grammes par centimètre cube.
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NOTE Les termes du calcul de la masse volumique figurant dans les Équations (7) et (9) peuvent être exprimés
3 3
en kg/m ou en g/cm .
5 Appareillage
5.1 Récipient de mélange, disposant d'un couvercle étanche, pour la préparation de laitier de ciment
mousse dans des conditions de pression ambiante en laboratoire (voir Figure 1).
Le récipient de mélange est identique à celui utilisé pour la préparation de laitier ordinaire, hormis le fait qu'il
est équipé d'un couvercle qui se visse et comportant un joint torique d'étanchéité. Le couvercle comporte en
son centre un petit orifice [± 19 mm (± 0,75 in) de diamètre] muni d'un bouchon amovible ayant un orifice de
mise à l'air libre. Un récipient de mélange classique non équipé d'un joint d'étanchéité ne peut pas servir à
réaliser ces essais.
5.2 Ensemble mélangeur à palette(s), soit une palette unique de mélange telle que fournie par le
fabricant, soit des palettes multiples étagées.
Les essais réalisés à ce jour n'ont pas permis de constater une différence significative entre les laitiers
mélangés à l'aide des deux ensembles mélangeurs à palette unique et à palettes multiples, dans le récipient
de mélange étanche.
5.2.1 Ensemble mélangeur à palette unique, conforme à l'ISO 10426-2:2003, Article 5.
5.2.2 Ensemble mélangeur à palettes multiples (étagées), série de sous-ensembles, chaque palette
répondant aux exigences de l'ISO 10426-2:2003, Article 5 (voir Figure 1).
L'ensemble comprend cinq palettes ordinaires fixées à une tige centrale et équidistantes sur toute la longueur
de la tige.
Figure 1 — Récipient de mélange type et spécial et ensemble mélangeur à palettes multiples
6 Préparation du laitier de ciment de base
6.1 Détermination du volume du récipient de mélange
Cette méthode suppose que le laitier de ciment de base, tel que décrit en 4.1, ait été préparé dans un
récipient de mélange distinct et que ce laitier préparé soit pesé dans le récipient de mélange ayant un
couvercle étanche. Une détermination exacte du volume du récipient de mélange est cruciale pour ce mode
opératoire. Les calculs concernant le volume du laitier, la masse volumique et le rapport gaz/laitier de ciment
mousse se fondent sur la détermination du volume de ce récipient, comme suit.
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Peser le récipient de mélange qui doit être propre et sec (y compris l'ensemble mélangeur, le couvercle
vissable et le bouchon vissé du couvercle). Retirer le couvercle vissable du récipient de mélange et enlever le
bouchon vissé du couvercle. Remplir d'eau le récipient de mélange et remettre le couvercle en veillant à le
visser à fond. Ajouter de l'eau à travers l'orifice du couvercle jusqu'à ce que le récipient mélangeur soit
complètement rempli, puis revisser à fond le bouchon sur le couvercle. Essuyer l'excédent d'eau qui s'écoule
par l'orifice de mise à l'air libre du bouchon et repeser le récipient. La masse de l'eau à l'intérieur du récipient
est alors divisée par la masse volumique de l'eau afin de déterminer avec exactitude un volume
correspondant pour le récipient de mélange.
Il convient de vérifier le volume du récipient de mélange chaque fois que les palettes sont changées ou après
tout endommagement du récipient susceptible d'en affecter le volume. Il convient de vérifier le volume au
moins tous les six mois.
NOTE La préparation d'un volume suffisant de laitier de ciment de base peut nécessiter plusieurs mélanges réalisés
selon la méthode de mélange ordinaire ou l'utilisation d'un grand mélangeur de laboratoire. Voir la préparation de volumes
importants de laitier dans l'ISO 10426-2:2003, Annexe A.
6.2 Préparation du laitier de ciment de base
6.2.1 Généralités
Les laitiers de base contenant tous les additifs, à l'exception du (des) surfactant(s) moussant(s), doivent être
préparés conformément à l'ISO 10426-2:2003, Article 6.
6.2.2 Considérations relatives à la température
Dans la mesure du possible, il convient que la température de l'échantillon de ciment, des additifs et de l'eau
de gâchage se situe dans la limite de ± 2 °C (± 3,5 °F) des températures respectives enregistrées ou prévues
en surface sur le site de forage. (Il NE s'agit PAS de la température prévue dans le puits, mais de celle
régnant en surface sur le site de forage). Il convient que la température du récipient de mélange soit proche
de celle de l'eau de gâchage utilisée pour la fabrication du laitier. Le dispositif mélangeur doit être étalonné
−1 −1 −1
une fois par an avec une tolérance de ± 200 min à la vitesse de rotation de 4 000 min et de ± 500 min à
−1
12 000 min .
6.2.3 Mesurage de la masse volumique
La masse volumique du laitier de ciment de base sans mousse peut être déterminée par les méthodes
données dans l'ISO 10426-2:2003, Article 6.
7 Préparation du laitier de ciment mousse en conditions ambiantes
7.1 Généralités
À partir de la masse calculée en 4.2, peser la quantité adéquate du laitier de base préparé dans le récipient
de mélange. Ajouter la quantité calculée de surfactant(s). Il convient de vérifier la masse finale du laitier de
ciment de base et du (des) surfactant(s) ajouté(s) en se référant à la masse finale sélectionnée de laitier de
ciment de base, calculée en 4.2.1.3.
7.2 Fabrication d'un laitier de ciment mousse
Placer le couvercle avec le bouchon sur le récipient et s'assurer que le récipient de mélange est fermé
hermétiquement. En utilisant les ensembles à palette(s) décrits en 5.2.1 ou en 5.2.2, mélanger le laitier à une
−1
vitesse de rotation de 12 000 min pendant 15 s.
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En raison de l'augmentation en volume et en viscosité du laitier, la vitesse maximale de rotation par minute
−1
dans le récipient de mélange peut être inférieure à 12 000 min . Le nombre maximal de rotations par minute
pouvant être atteint dépendra de la puissance développée par le moteur du récipient de mélange, de la
masse volumique du laitier et de la qualité de la mousse. Relever et consigner la vitesse finale de rotation par
minute du mélangeur à palette(s).
Pendant l'opération de mélange, le son (tonie) émis par le récipient variera de manière perceptible. Après
l'opération de mélange, une légère montée en pression peut être constatée à l'intérieur du récipient de
mélange, en raison de la montée en température et de l'énergie transmise à la mousse pendant le processus
de moussage. L'ouverture du couvercle doit être effectuée avec une attention particulière. Une fois l'opération
de mélange achevée, retirer le bouchon de l'orifice de prélèvement d'échantillons ou le couvercle du récipient,
et s'assurer que le récipient de mélange est entièrement rempli de laitier.
Si le récipient de mélange n'est pas entièrement rempli de laitier au bout de la période de 15 s, il n'est pas
certain que la mousse du laitier pourra se former correctement dans des conditions réelles de chantier. Dans
ce cas, il convient de revoir le calcul relatif au laitier.
Lors de la préparation du laitier de ciment mousse dans le récipient de mélange étanche, il arrive souvent que
la densité du laitier de ciment mousse soit inférieure à celle prévue. Cela est dû à la dilatation provoquée par
la pression du fait de l'énergie que dégage l'opération de mélange et de la relaxation du surfactant qui est à
l'origine de l'augmentation de la taille des bulles. Le laitier de ciment mousse peut se dilater à l'ouverture du
récipient de mélange. Une méthode permet d'obtenir un laitier de ciment mousse d'une masse volumique plus
proche de la masse volumique de calcul; elle consiste à:
3
a) calculer la masse volumique du laitier de ciment à mousser, par exemple: 1 893 kg/m de laitier de
3
ciment de base donnant après moussage 1 318 kg/m (15,8 lbm/gal permettant d'obtenir, après
moussage, 11,0 lbm/gal);
3
b) préparer l'équivalent de 1 318 kg/m (11,0 lbm/gal) de laitier de ciment mousse en laboratoire,
conformément aux calculs;
3
c) mesurer la masse volumique du laitier de ciment mousse, par exemple, 1 246 kg/m (10,4 lbm/gal);
d) lorsque la masse volumique mesurée est inférieure à celle calculée, revoir les calculs de formulation;
e) si les calculs se révèlent corrects, déduire la masse volumique mesurée de la masse volumique calculée
3 3 3
pour obtenir une valeur de «correction d'écart», par exemple 1 318 kg/m − 1 246 kg/m = 72 kg/m en
tant que valeur de correction d'écart (11,0 lbm/gal − 10,4 lbm/gal = 0,6 lbm/gal en tant que valeur de
correction d'écart);
f) recalculer la masse volumique du laitier en utilisant la valeur de correction d'écart, par exemple
3 3 3
1 318 kg/m + 72 kg/m = 1 390 kg/m , (11,0 lbm/gal + 0,6 lbm/gal = 11,6 lbm/gal);
g) préparer un nouveau laitier de ciment mousse conformément à la masse volumique corrigée, par
3 3
exemple 1 893 kg/m donnant, après moussage, 1 390 kg/m , (15,8 lbm/gal permettant d'obtenir, après
moussage, 11,6 lbm/gal);
h) mesurer la masse volumique du laitier de ciment mousse; il convient que la masse volumique de ce laitier
3
de ciment mousse soit proche de la masse volumique sélectionnée de 1 318 kg/m (11,0 lbm/gal);
i) si cette masse volumique est toujours jugée inacceptable, calculer une nouvelle valeur de correction
d'écart et préparer un nouveau laitier de ciment de base;
j) lorsque la masse volumique mesurée est supérieure à celle calculée, il sera difficile d'obtenir, en cours de
travail sur le chantier, la masse volumique adéquate de mousse, et il convient de recalculer le laitier.
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8 Exemple de calculs pour la préparation en conditions ambiantes de laitier de
ciment mousse
8.1 Généralités
Les calculs suivants illustrent le mode d'utilisation des équations données en 4.1 et 4.2 destinées à la
détermination des quantités appropriées en laitier de ciment de base et en surfactant.
3
Problème: moussage de 1 737 kg/m (14,5 lbm/gal) de laitier de ciment de base avec une fraction volumique
de gaz de 31 %.
3
Calcul de laitier:
Ciment + 0,017 75 m /tonne (Ciment + 0,2 gallons/sac
de surfactant)
de surfactant
3
Masse volumique du laitier de ciment (14,5 lbm/gal)
= 1 737 kg/m
de base
3
Masse volumique du surfactant (10 lbm/gal)
= 1 198 kg/m
Fraction volumique du gaz souhaitée
= 31 %
3
Volume du récipient
= 1 170 cm
NOTE Une tonne est égale à 1 000 kg.
8.2 Calculs des pourcentages en masse
La teneur relative en pourcentage de la masse pour le(s) surfactant(s) est calculée. (Les calculs entre
parenthèses, fondés sur la masse par sac en unité U.S., ne sont pas censés correspondre aux valeurs
métriques.)
Masse Volume (Masse) (Volume)
3
Ciment 1 000 kg (94 lbm) (3,59 gal)
0,318 7 m
3 3
21,3 kg (2 lbm) (0,2 gal)
0,017 75 m /tonne de surfactant 0,017 75 m
3
Eau 590 kg (55,39 lbm) (6,65 gal)
0,590 m
3
Total 1 611,3 kg (151,39 lbm) (10,44 gal)
0,926 45 m
Calcul des teneurs de la fraction massique (pourcentage):
Ciment
(1 000 kg/1 611 kg) × 100 = 62,1 % [(94 lbm/151,39 lbm) × 100 = 62,1 %]
Surfactant
(21,3 kg/1 611 kg) × 100 = 1,3 % [(2 lbm/151,39 lbm) × 100 = 1,3 %]
Eau
(590 kg/1 611 kg) × 100 = 36,6 % [(55,39 lbm/151,39 lbm) × 100 = 36,6 %]
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8.3 Calcul de la masse volumique du laitier sans surfactant(s)
La masse volumique du laitier de base sans surfactant (ρ ) est calculée de la manière suivante:
bwos
Masse Volume (Masse) (Volume)
3
Ciment 1 000 kg (94 lbm) (3,59 gal)
0,3187 m
3
Eau 590 kg (55,39 lbm) (6,65 gal)
0,590 m
3
Total 1 590 kg (149,39 lbm) (10,24 gal)
0,9087 m
3 3
ρ = (1 590 kg/0,908 7 m ) = 1 749 kg/m (149,39 lbm/10,24 gal) = 14,60 lbm/gal
bwos
8.4 Calcul de la masse volumique du laitier de ciment mousse avec une fraction volumique
de gaz connue
Par exemple, en utilisant l'Équation (3) donnée en 4.2.1.2
3 3
ρ [(100 − ϕ )/100] × 1 749 kg/m = (100 − 31)/100) × 1 749 kg/m
fs g
3 3
ρ 1 207 kg/m , ( = 1,207 g/cm )
fs
8.5 Calcul de la masse en grammes du laitier de ciment sans mousse
Par exemple, en utilisant l'Équation (4) donnée en 4.2.1.3:
3 3
m 1 170 cm × 1,207 g/cm
ufss
m 1 412,2 g
ufss
8.6 Calcul de la masse en grammes du surfactant et du laitier
Par exemple, en utilisant l'Équation (5) donnée en 4.2.2:
m 1 412,2 × (1,3/100)
s
m 18,36 g
s
Par exemple, en utilisant l'Équation (6) donn
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.