ISO 10426-2:2003
(Main)Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well cementing — Part 2: Testing of well cements
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well cementing — Part 2: Testing of well cements
ISO 10426-2:2003 specifies requirements and gives recommendations for the testing of cement slurries and related materials under simulated well conditions.
Industries du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux pour la cimentation des puits — Partie 2: Essais de ciment pour puits
L'ISO 10426-2:2003 spécifie les exigences et donne des recommandations pour les essais de laitier de ciment et matériaux associés dans des conditions de puits simulé.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10426-2
First edition
2003-10-15
Petroleum and natural gas industries —
Cements and materials for well
cementing —
Part 2:
Testing of well cements
Industries du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux pour la
cimentation des puits —
Partie 2: Essais de ciment pour puits
Reference number
©
ISO 2003
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but
shall not be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In
downloading this file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat
accepts no liability in this area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation
parameters were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In
the unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
© ISO 2003
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2003 — All rights reserved
Contents Page
Foreword. vi
Introduction . vii
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
3.1 Terms and definitions. 1
3.2 Symbols . 7
4 Sampling . 8
4.1 General. 8
4.2 Sampling cement at field location. 8
4.3 Sampling cement blends at field location . 8
4.4 Sampling dry cement additives at field location . 8
4.5 Sampling liquid cement additives at field location . 8
4.6 Sampling mixing water. 8
4.7 Shipping and storage . 10
4.8 Sample preparation prior to testing . 10
4.9 Sample disposal. 10
5 Preparation of slurry. 10
5.1 General. 10
5.2 Apparatus. 10
5.3 Procedure. 12
6 Determination of slurry density. 14
6.1 Preferred apparatus . 14
6.2 Calibration. 14
6.3 Procedure. 14
6.4 Alternative apparatus and procedure . 16
7 Well-simulation compressive strength tests. 16
7.1 General. 16
7.2 Sampling . 16
7.3 Preparation of slurry. 17
7.4 Apparatus. 17
7.5 Procedure. 18
7.6 Determination of cement compressive strength at the top of long cement columns . 20
8 Non-destructive sonic testing of cement .26
8.1 General. 26
8.2 Apparatus. 26
8.3 Sampling . 26
8.4 Preparation of slurry. 26
8.5 Procedure. 26
8.6 Curing time . 26
8.7 Curing schedules . 26
8.8 Data reporting. 27
9 Well-simulation thickening-time tests . 27
9.1 General. 27
9.2 Apparatus and material . 27
9.3 Calibration. 28
9.4 Test procedure . 30
9.5 Determination of test schedule.32
10 Static fluid-loss tests .38
10.1 General .38
10.2 Apparatus.38
10.3 Safety.39
10.4 Mixing procedure.39
10.5 Conditioning procedures.39
10.6 Procedures for testing at temperatures uuuu 88 °°°°C (190 °°°°F).39
10.7 Procedures for testing at temperatures >> 88 °°C (190 °°F).40
>> °° °°
10.8 Filling the static fluid-loss cell.42
10.9 Fluid loss test .43
10.10 Test completion and clean-up.43
11 Permeability tests.45
11.1 General .45
11.2 Apparatus.45
11.3 Sample preparation.46
11.4 Liquid permeability (cement permeameter).46
11.5 Alternative procedure (core permeameter) for liquid permeability.47
11.6 Calculating liquid permeability .50
11.7 Gas permeability (core permeameter).50
11.8 Calculating gas permeability.51
12 Determination of rheological properties and gel strength using a rotational viscometer .52
12.1 General .52
12.2 Apparatus.52
12.3 Calibration.54
12.4 Determination of rheological properties.54
12.5 Determination of gel strength .56
12.6 Modelling of the rheological behaviour .57
13 Calculation of pressure drop and flow regime for cement slurries in pipes and annuli .65
13.1 General .65
13.2 Newtonian fluids.67
13.3 Power Law fluids .71
13.4 Bingham Plastic fluids.77
13.5 Conversion factors.87
14 Test procedure for arctic cementing slurries.87
14.1 General .87
14.2 Preparation of cement slurry .87
14.3 Fluid fraction.87
14.4 Thickening time .87
14.5 Compressive strength .87
14.6 Freeze-thaw cycling at atmospheric pressure .88
14.7 Compressive strength cyclic testing.88
15 Well-simulation slurry stability tests.88
15.1 Introduction.88
15.2 Slurry mixing.89
15.3 Slurry conditioning.89
15.4 Free-fluid test with heated static period .89
15.5 Free-fluid test with ambient temperature static period .90
15.6 Sedimentation test .90
16 Compatibility of wellbore fluids.94
16.1 General .94
16.2 Preparation of test fluids .94
16.3 Rheology .95
16.4 Thickening time .95
16.5 Compressive strength .95
16.6 Solids suspension and static gel strength .96
iv © ISO 2003 — All rights reserved
16.7 Fluid loss. 96
17 Pozzolans. 98
17.1 General. 98
17.2 Types of pozzolan . 98
17.3 Physical and chemical properties . 98
17.4 Slurry calculations . 99
17.5 Bulk volume of a blend. 100
Annex A (normative) Procedure for preparation of large slurry volumes. 102
Annex B (normative) Calibration procedures for thermocouples, temperature-measuring systems
and controllers . 104
Annex C (informative) Additional information relating to temperature determination. 106
Annex D (normative) Alternative apparatus for well thickening-time tests . 113
Annex E (informative) Cementing schedules . 116
Bibliography . 171
Foreword
ISO (the International Organisation for Standardisation) 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 organisations, 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 standardisation.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
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 10426-2 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
The following part is under preparation:
Part 5: Determination of shrinkage and expansion of well cement formulations at atmospheric pressure
vi © ISO 2003 — All rights reserved
Introduction
This part of ISO 10426 is based on API RP 10B, 22nd edition, December 1997, addendum 1, October 1999.
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 part of ISO 10426 and provide details.
In this part of ISO 10426, where practical, US Customary units are included in brackets for information.
Well cement classes and grades are defined in ISO 10426-1.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 10426-2:2003(E)
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials
for well cementing —
Part 2:
Testing of well cements
1 Scope
This part of ISO 10426 specifies requirements and gives recommendations for the testing of cement slurries
and related materials under simulated well conditions.
2 Normative references
The following referenced documents are 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 10414-1, Petroleum and natural gas industries — Field testing of drilling fluids — Part 1: Water-based
fluids
API RP 13J, Testing of heavy brines (second edition), March 1996
ASTM C 109, Standard test method for compressive strength of hydraulic cement mortars (using 2 in. or
[50 mm] cube specimens)
ASTM C 188, Standard test method for density of hydraulic cement
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1.1
absolute volume
reciprocal of absolute density
NOTE It is expressed as volume per unit mass.
3.1.2
additive
material added to a cement slurry to modify or enhance some desired property
NOTE Common properties that are modified include: setting time (by use of retarders or accelerators), fluid loss
control, viscosity, etc.
3.1.3
annulus
space surrounding the pipe in the wellbore
NOTE The outer wall of the annular space may be either surface or casing
3.1.4
assumed surface temperature
T
AS
assumed temperature at surface used for calculating a pseudo-temperature gradient
3.1.5
batch mixing
process of mixing and holding a volume of cement slurry prior to placement in the wellbore
3.1.6
Bearden units of consistency
units used to express consistency of a cement slurry when determined on a pressurized consistometer
NOTE The symbol for consistency when expressed in Bearden units is B .
c
3.1.7
blowout
point in time at which nitrogen flows through the sample in a fluid loss test
3.1.8
bulk density
mass per unit volume of a dry material containing entrained air
3.1.9
casing cementing
complete or partial annular cementing of a full casing string
3.1.10
cement
Portland cement
ground clinker generally consisting of hydraulic calcium silicates and aluminates and usually containing one or
more of the forms of calcium sulfate as an interground addition
NOTE 1 Hydraulic calcium silicates and aluminates are those which harden under water.
NOTE 2 Interground additions are added before grinding, rather than after grinding.
3.1.11
cement class
cement type
designation achieved using the ISO system of classifications of well cement in accordance with its intended
use
NOTE See ISO 10426-1 for further information.
3.1.12
cement grade
designation achieved using the ISO system for denoting the sulfate resistance of a particular cement
NOTE See ISO 10426-1 for further information.
2 © ISO 2003 — All rights reserved
3.1.13
cement blend
mixture of dry cement and other dry materials
3.1.14
clinker
fused materials from the kiln in cement manufacturing that are interground with calcium sulfate to make
cement
3.1.15
compatibility
capacity to form a fluid mixture that does not undergo undesirable chemical and/or physical reactions
3.1.16
compressive strength
strength of a set cement sample measured by the force required to crush it
NOTE It is expressed as force per unit area.
3.1.17
consistometer
device used to measure the thickening time of a cement slurry under specified temperature and pressure
3.1.18
continuous-pumping squeeze-cementing operation
squeeze-cementing operation that does not involve cessation of pumping
3.1.19
equivalent sack
mass of the blend of Portland cement and fly ash or pozzolan that has the same absolute volume as 42,63 kg
(94 lbs) of Portland cement
3.1.20
filtrate
liquid that is forced out of a cement slurry during a fluid loss test
3.1.21
fly ash
powdered residue from the combustion of coal having pozzolanic properties
NOTE See Clause 17 for further description.
3.1.22
free fluid
coloured or colourless liquid which has separated from a cement slurry
3.1.23
freeze-thaw cycle
test involving a cement sample that is alternately exposed to temperatures above and below the freezing point
of water
3.1.24
hesitation-pumping squeeze-cementing operation
squeeze-cementing operation that incorporates discontinuous pumping of the cement slurry
NOTE The slurry is placed into the well, the pumps are stopped for some period of time, then a volume of slurry is
again pumped. The process is repeated until a predetermined pressure is reached or the volume of cement slurry has
been completely pumped.
3.1.25
heat-up rate
R
h
rate of slurry temperature change on going from the surface temperature, T , to the predicted bottom-hole
SS
circulating temperature, T
PBHC
3.1.26
liner cementing
annular cementing operations for which the top of the casing being cemented is not at the top the wellbore
3.1.27
mud
fluid that is circulated through the wellbore during drilling or workover operations
3.1.28
mud balance
beam-type balance used to measure fluid density at atmospheric pressure
3.1.29
neat cement slurry
cement slurry consisting of only cement and water
3.1.30
pressure-down rate
R
pd
rate at which pressure is reduced from the bottom-hole pressure, p , to the pressure at the top of cement
BH
column, p , during a thickening-time test
TOC
3.1.31
permeability
measure of the capacity of a porous medium to allow flow of fluids or gases
NOTE Permeability is usually expressed in millidarcy, mD.
3.1.32
plug cementing
process of placing a volume of cement in a well to form a plug across the wellbore
3.1.33
pozzolan
siliceous or siliceous and aluminous material which in finely divided form reacts with calcium hydroxide to form
a cementitious material
NOTE See Clause 17 for further description.
3.1.34
preflush, noun
fluid containing no insoluble weighting agents used to separate drilling fluids and cementing slurries
3.1.35
pressure vessel
vessel in a consistometer into which the slurry container is placed for the thickening-time test
3.1.36
pressurized curing vessel
vessel used for curing a sample of cement under temperature and pressure for compressive strength testing
4 © ISO 2003 — All rights reserved
3.1.37
pressure-up rate
R
pu
rate at which pressure is increased from the starting pressure to the bottom-hole pressure during a thickening-
time test
3.1.38
relative density
specific gravity
ratio of the mass of a substance to the mass of an equal volume of a standard substance at a reference
temperature
NOTE The standard substance is usually water; the reference temperature is usually 4 °C.
3.1.39
sedimentation
separation and settling of solids in a cement slurry
3.1.40
slurry container
container in a pressurized consistometer used to hold the slurry for conditioning purposes or for thickening-
time test
3.1.41
sonic strength
extent of strength development of a cement sample calculated by measuring the velocity of sound through it
NOTE The calculation is based on specific mathematical correlations and not on direct measurements of strength.
3.1.42
starting pressure
p
S
initial pressure applied to the test sample at the beginning of the thickening-time test
NOTE p is also used to determine the pressure-up rate.
S
3.1.43
spacer
fluid containing insoluble weighting materials that is used to separate drilling fluids and cementing slurries
3.1.44
squeeze-cementing
remedial process in which cementing material is forced under pressure into a specific portion of the well such
as a fracture or opening
3.1.45
static fluid loss test
test to determine fluid lost from a cement slurry when placed against a 325 mesh screen at 6 900 kPa
(1 000 psi) differential pressure
3.1.46
static stability test
test to determine the degree of sedimentation and free fluid development in a cement slurry
3.1.47
stirred fluid-loss cell
cell specially designed to allow for conditioning of the cement slurry within the same cell used to perform a
static fluid loss test
3.1.48
strength retrogression
reduction in compressive strength and increase in permeability of a cement caused by exposure to
temperatures exceeding 110 °C (230 °F)
3.1.49
thickening time
time required for a cement slurry to develop a selected Bearden consistency value
NOTE The results of a thickening-time test provide an indication of the length of time a cement slurry can remain
pumpable under the test conditions.
3.1.50
weigh batch mixer
scale tank
device or system for the weighing and blending of cement with dry additives
3.1.51
well simulation test
test whose parameters are designed and modified as required to simulate the conditions found in a wellbore
6 © ISO 2003 — All rights reserved
3.2 Symbols
For the purposes of this part of ISO 10426, the symbols given in Table 1 apply. This list is non-exhaustive.
Table 1 — Symbols
Symbol Meaning
h top-of-cement true vertical depth
TOCTVD
b
p bottom-hole pressure
BH
p starting pressure
S
p top-of-cement pressure
TO
C
T assumed surface temperature
A
S
a
T bottom-hole circulating temperature
BHC
T bottom-hole static temperature
BHS
T predicted bottom-hole circulating temperature
PBHC
T maximum recorded bottom-hole temperature after a static
MRBHS
period
T minimum recorded bottom-hole temperature after sufficient
MNRBHC
circulation in the well to obtain a stabilized or steady-state
temperature
T predicted squeeze temperature
PS
c
∇ pseudo-temperature gradient
PT
T pseudo-undisturbed temperature
PU
T recorded squeeze temperature
RS
T slurry surface temperature
SS
T top-of-cement circulating temperature
TOCC
T top-of-cement static temperature
TOCS
T top-of-cement column temperature
TOC
T undisturbed formation temperature
UF
t time to displace the leading edge of the cement slurry from
a
bottom of the casing to the top of the annular cement column
t time to displace the leading edge of cement slurry to the
d
bottom of the wellbore or other predetermined location in the
well
a The T can vary with time, fluid being circulated, pump rate, pipe size, etc.
BHC
b Hydrostatic pressure at the bottom of the well, calculated from the true vertical depth and the fluid
densities in the wellbore.
c Gradient in °C/100 m (°F/100 ft), calculated from the difference between the maximum recorded bottom-
hole static temperature (T ) and the T .
MRBHS AS
4 Sampling
4.1 General
For cement blends, the purpose for which samples are taken shall be considered. In many cases, samples of
the cement, cement blend, solid and liquid additives, and mixing water may be required to test a slurry in
accordance with this part of ISO 10426. The best available sampling technology shall be employed to ensure
accurate samples are taken. Some commonly used sampling techniques are described in this clause.
NOTE API documents prior to API RP10B, 22nd Edition, December 1997 have dealt only with sampling unblended
cement in accordance with the procedure outlined in ASTM C 183.
4.2 Sampling cement at field location
When sampling from bulk tanks, transport containers or sacks, the cement shall be dry and uniform. Multiple
samples shall be extracted using a suitable device (Figure 1). A composite of the samples shall be prepared,
packaged and labelled (see 4.7). Average sample volume shall be 8 l to 20 l. Suggested sampling procedures
are also outlined in ASTM C 183.
4.3 Sampling cement blends at field location
Cement blends may be sampled from the weigh batch mixer (scale tank), bulk transport or extracted from the
flow lines during transfer. The cement and dry additives shall be thoroughly blended prior to sampling. This
can be done by transferring the cement (air blowing) from the weigh batch mixer to some other container three
to six times. Samples from the bulk container may be extracted in accordance with 4.2. Samples extracted
from a flow line during a transfer may be taken from a properly installed sample valve, diverted flow sampler
or automatic in-line sampling device (Figure 1). The samples shall be prepared, packaged, and labelled (4.7).
Sample volume shall be sufficient to perform the desired testing.
4.4 Sampling dry cement additives at field location
Dry cement additive samples may be extracted from a bulk container or sack. The additive shall be dry and
uniform prior to sampling. Multiple samples shall be extracted from the centre of the source using a suitable
sampling device (Figure 1). A composite of the samples from the same lot shall be prepared, packaged and
labelled (4.7). The volume of each dry cement additive sample shall be sufficient to perform the desired
testing.
4.5 Sampling liquid cement additives at field location
Most liquid additives are solutions or suspensions of dry materials. Prolonged storage can cause separation of
the active ingredients. Thus, the active ingredients may float to the top of the container, be suspended as a
phase layer, or settle to the bottom. For these reasons, liquid additives shall be thoroughly mixed prior to
sampling. The sample shall then be extracted from the centre of the container using a clean, dry sampling
device. A composite of the samples from the same lot shall be prepared, packaged and labelled (4.7). The
volume of each liquid additive sample shall be sufficient to perform the desired testing.
4.6 Sampling mixing water
The mixing water shall be sampled from the source. The sample shall be extracted in such a way as to avoid
contamination. The sample shall be packaged and labelled (4.7). The sample volume shall be sufficient to
perform the desired testing.
8 © ISO 2003 — All rights reserved
Dimensions in millimetres
a) Tube sampler for sacked cement b) Tube sampler for bulk cement
c) Automatic probe sampler d) Modified diverted-flow sampler
e) Top view – Lateral sampler
Key
1 hardwood handle
2 Dragg tubing
3 sample tube extended
4 product discharge
5 2,54 cm (1 in) ball valve
6 flow direction
7 2,54 cm (1 in) ball valve
a
Approximate volume = 320 ml
Figure 1 — Commonly used sampling devices
4.7 Shipping and storage
Test samples shall be packaged promptly in clean, airtight, moisture-proof containers suitable for shipping and
long-term storage. The containers shall be lined metal, plastic, or some other heavy-walled flexible or rigid
material to assure maximum protection. Re-sealable plastic bags may be used provided the bag is placed in a
protective container prior to shipping to prevent puncturing, and to contain all material that may leak out during
shipping. Ordinary cloth sacks, cans or jars shall not be used. Shipping in glass containers is not
recommended.
Each slurry container shall be clearly labelled and identified with the type of material, lot number, source, and
date of sampling. Shipping containers shall also be labelled. The lids of containers shall not be marked, since
the lids can be readily interchanged and thus lead to confusion. Any required regulatory identification or
documentation shall be enclosed or securely attached to the container. All hazardous material samples shall
be packaged and labelled in accordance with all regulatory requirements.
4.8 Sample preparation prior to testing
Upon arrival at the testing location the samples shall be closely examined to ensure they have remained
sealed during shipment and are not contaminated. Each sample shall be thoroughly blended just prior to slurry
preparation. (Clause 5)
For storage, each sample shall be transferred into a suitable, leak-proof container (if one has not been used in
shipping), properly labelled and dated, and stored in a dry place where room temperatures remain fairly
constant. At the time of testing, each sample shall be examined for quality and thoroughly blended just prior to
slurry preparation.
Optimum shelf life(s) for all samples shall be determined by the supplier or manufacturer. If unknown, use of
any cement additive that has been stored for longer than one year is not recommended.
4.9 Sample disposal
Sample disposal shall comply with all regulatory requirements.
5 Preparation of slurry
5.1 General
The preparation of cement slurries varies from that of classical solid/liquid mixtures due to the reactive nature
of cement. Shear rate and time at shear are important factors in the mixing of cement slurries. Varying these
parameters has been shown to affect slurry performance properties.
The procedure described in this Clause is recommended for the laboratory preparation of slurries that require
no special mixing conditions. If large slurry volumes are needed, the alternative method for slurry preparation
given in Annex A may be used.
5.2 Apparatus
5.2.1 Electronic balances, with an accuracy of within ± 0,1 % of the indicated load.
Balances shall be calibrated frequently enough to ensure accuracy, and at least annually.
5.2.2 Mechanical balances, with weights having an accuracy within ± 0,1 % of the weight indicated.
5.2.3 Mixing device, of capacity 1 litre (1 quart), having bottom drive and a blade-type mixer.
10 © ISO 2003 — All rights reserved
Examples of mixing devices in common use for preparation of slurries are shown in Figure 2. The mixing
container and the mixing blade shall be constructed of corrosion-resistant material (Figure 3). The mixing
assembly shall be constructed so that the blade can be separated from the drive mechanism.
The mixing blade shall be separated from the mixing assembly and weighed prior to use and replaced with a
new blade when 10 % mass loss has occurred. The blade shall also be visually inspected for damage prior to
each use and replaced as necessary.
If the mixing device leaks at any time during the mixing procedure, the contents shall be discarded, the leak
repaired and the procedure restarted.
Figure 2 — Common mixing devices
Key
1 cap nut
2 hardened blade (installed with tapered edge down)
3 O-ring
4 thrust washer
5 socket head shaft
6 bearing holder
7 hexagonal nut
8 bearing cap
Figure 3 — Blade assembly
5.3 Procedure
5.3.1 Determination of relative density (specific gravity) of components
5.3.1.1 General
The relative density of different batches of cement can vary due to natural changes in the composition of the
raw materials used in the manufacturing process. Studies have shown that cement relative density may vary
from 3,10 to 3,25. This variability could result in deviation of slurry densities by as much as 0,033 kg/l for
slurries with constant water-to-solids ratio. The relative density of mix water can also vary, depending on the
source, resulting in slurry density inconsistencies. Determination of the relative density of all components of
the slurry is necessary to properly calculate the required amounts for slurry preparation.
12 © ISO 2003 — All rights reserved
5.3.1.2 Relative density of cement and dry additives
The relative density of the cement and any dry additives may be determined by the use of a Le Chatelier flask
as outlined in ASTM C 188. Alternatively, a pycnometer may be used for determining the relative density of
these materials.
5.3.1.3 Relative density of mix water and liquid additives
The relative density of the mix water and any liquid additives shall be determined by the use of a hydrometer
as outlined in API RP 13J. Alternatively, a pycnometer may be used for determining the relative density of
these materials.
5.3.1.4 Laboratory density and volume calculations
A slurry volume of approximately 600 ml shall be sufficient to perform most laboratory test procedures while
not overfilling the mixing container. Laboratory blend requirements may be calculated by use of the following
formulas. Alternative, suitable equations may also be used to calculate laboratory blend requirements.
For the purpose of these calculations, assume that relative density is equal to density expressed in grams per
millilitre.
VV=+V +V
sc w a
mm=+m +m
sc w a
ρ =mV/
sss
where
V is the slurry volume, in millilitres;
s
V is the cement volume, in millilitres;
c
V is the water volume, in millilitres;
w
V is the additive volume, in millilitres;
a
ρ is the density of slurry, in grams per millilitre;
s
m is the slurry mass, in grams;
s
m is the cement mass, in grams;
c
m is the water mass, in grams;
w
m is the additive mass, in grams;.
a
V = m /ρ
c c c
where ρ is the density of cement, in grams per millilitre;
c
V = m /ρ
w w w
where ρ is the density of water, in grams per millilitre;
w
V = m /ρ
a a a
where ρ is the density of additive, in grams per millilitre.
a
ISO 10426-2
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10426-2
Première édition
2003-10-15
Industries du pétrole et du gaz naturel —
Ciments et matériaux pour la cimentation
des puits —
Partie 2:
Essais de ciment pour puits
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well
cementing —
Part 2: Testing of well cements
Numéro de référence
©
ISO 2003
PDF – Exonération de responsabilité
Le présent fichier PDF peut contenir des polices de caractères intégrées. Conformément aux conditions de licence d'Adobe, ce fichier
peut être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence
autorisant l'utilisation de ces polices et que celles-ci y soient installées. Lors du téléchargement de ce fichier, les parties concernées
acceptent de fait la responsabilité de ne pas enfreindre les conditions de licence d'Adobe. Le Secrétariat central de l'ISO décline toute
responsabilité en la matière.
Adobe est une marque déposée d'Adobe Systems Incorporated.
Les détails relatifs aux produits logiciels utilisés pour la création du présent fichier PDF sont disponibles dans la rubrique General Info
du fichier; les paramètres de création PDF ont été optimisés pour l'impression. Toutes les mesures ont été prises pour garantir
l'exploitation de ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation,
veuillez en informer le Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.
© ISO 2003
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax. + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Version française parue en 2004
Publié en Suisse
ii © ISO 2003 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. vi
Introduction . vii
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes, définitions et symboles . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles . 7
4 Échantillonnage . 7
4.1 Généralités. 7
4.2 Échantillonnage du ciment sur site . 8
4.3 Échantillonnages sur site de mélanges de ciments. 8
4.4 Échantillonnage sur site d'additifs secs du ciment . 8
4.5 Échantillonnage sur site d'additifs liquides du ciment. 8
4.6 Échantillonnage de l'eau de gâchage . 8
4.7 Expédition et stockage. 10
4.8 Préparation des échantillons avant l'essai .10
4.9 Élimination des échantillons. 10
5 Préparation du laitier . 10
5.1 Généralités. 10
5.2 Appareillage. 11
5.3 Mode opératoire . 12
6 Détermination de la masse volumique du laitier . 14
6.1 Appareillage souhaitable. 14
6.2 Étalonnage. 14
6.3 Mode opératoire . 14
6.4 Autres appareillage et mode opératoire . 16
7 Essais de résistance à la compression par simulation en puits . 16
7.1 Généralités. 16
7.2 Échantillonnage . 17
7.3 Préparation du laitier . 17
7.4 Appareillage. 17
7.5 Mode opératoire . 18
7.6 Mode opératoire pour déterminer la résistance à la compression au sommet de longues
colonnes de ciment. 20
8 Essai acoustique non destructif du ciment. 26
8.1 Généralités. 26
8.2 Appareillage. 26
8.3 Échantillonnage . 26
8.4 Préparation du laitier . 26
8.5 Mode opératoire . 26
8.6 Temps de vieillissement. 26
8.7 Programmes de vieillissement . 26
8.8 Consignation des données . 27
9 Essais de pompabilité par simulation en puits. 27
9.1 Généralités. 27
9.2 Appareillage et matériau . 27
9.3 Étalonnage. 28
9.4 Mode opératoire d'essai .30
9.5 Détermination du programme d'essai.32
10 Essais de perte de fluide statique .38
10.1 Généralités .38
10.2 Appareillage .38
10.3 Sécurité .39
10.4 Mode opératoire de mélange.39
10.5 Modes opératoires de conditionnement .39
10.6 Modes opératoires d'essai à des températures uuuu 88 °C (190 °F) .39
10.7 Modes opératoires d'essai à des températures >> 88 °C (190 °F).41
>>
10.8 Remplissage de la cellule de filtrat statique.42
10.9 Essai de perte de fluide .43
10.10 Fin de l’essai et nettoyage.44
11 Essais de perméabilité.46
11.1 Généralités .46
11.2 Appareillage .46
11.3 Préparation de l'échantillon .47
11.4 Perméabilité au liquide (perméamètre à ciment) .48
11.5 Autre mode opératoire d'essai de perméabilité au liquide (perméamètre pour carotte).48
11.6 Calcul de la perméabilité au liquide .51
11.7 Perméabilité au gaz (perméamètre pour carotte).52
11.8 Calcul de la perméabilité au gaz.52
12 Détermination des propriétés rhéologiques et de la résistance de gel au moyen d'un
viscosimètre rotatif .53
12.1 Généralités .53
12.2 Appareillage .53
12.3 Étalonnage .55
12.4 Détermination des propriétés rhéologiques.56
12.5 Mode opératoire pour la détermination de la résistance de gel.58
12.6 Modélisation du comportement rhéologique .58
13 Calcul de la chute de pression et du régime d'écoulement des laitiers de ciment dans les
tubes et les annulaires.67
13.1 Généralités .67
13.2 Fluides newtoniens .69
13.3 Fluides en équation de puissance.73
13.4 Fluides plastiques de Bingham .79
13.5 Facteurs de conversion .89
14 Mode opératoire d'essai de cimentation arctique.89
14.1 Généralités .89
14.2 Préparation du laitier de ciment.89
14.3 Fraction de fluide.90
14.4 Temps de pompabilitié .90
14.5 Résistance à la compression.90
14.6 Cycle gel-dégel à la pression atmosphérique .90
14.7 Essai cyclique de résistance à la compression.91
15 Essais de stabilité du laitier par simulation en puits.91
15.1 Introduction.91
15.2 Mélange du laitier .91
15.3 Conditionnement du laitier.91
15.4 Test du fluide libre avec période statique chauffée.92
15.5 Test du fluide libre à la période statique à température ambiante.93
15.6 Essai de sédimentation .93
16 Compatibilité des fluides de forage.97
16.1 Généralités .97
16.2 Préparation des fluides d'essai .97
16.3 Rhéologie .98
iv © ISO 2003 – Tous droits réservés
16.4 Temps de pompabilité . 98
16.5 Résistance à la compression. 98
16.6 Suspension des solides et résistance statique de gel. 99
16.7 Perte de fluide (filtrat). 101
17 Pouzzolanes . 101
17.1 Généralités. 101
17.2 Types de pouzzolanes. 101
17.3 Propriétés physiques et chimiques . 101
17.4 Calculs de laitier. 102
17.5 Volume apparent d'un mélange. 104
Annexe A (normative) Mode opératoire pour la préparation de grands volumes de laitier . 105
Annexe B (normative) Modes opératoires d'étalonnage des thermocouples, systèmes de
mesurage de la température et régulateurs . 107
Annexe C (informative) Informations supplémentaires concernant la détermination de la
température . 110
Annexe D (normative) Autre appareil pour les essais de pompabilité des puits . 118
Annexe E (informative) Programmes de cimentation . 121
Bibliographie . 176
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 10426-2 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 Industries 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
La partie suivante est en préparation:
Partie 5: Détermination du retrait et de l'expansion à la pression atmosphérique des formulations de
ciments pour puits
vi © ISO 2003 – Tous droits réservés
Introduction
ème
La présente partie de l’ISO 10426 est basée sur l’API RP 10B, 22 édition, décembre 1997, addendum 1,
octobre 1999.
Il convient d’informer les utilisateurs de la présente partie de l’ISO 10426 que des exigences différentes ou
complémentaires peuvent être nécessaires pour des applications particulières. La présente partie de
l’ISO 10426 n’a pas pour intention d’empêcher un vendeur de proposer, ou un acheteur d’accepter, d’autres
équipements ou solutions techniques pour une application particulière. Cela peut notamment s’appliquer dans
le cas de technologies innovantes ou en cours de développement. Lorsqu’une alternative est proposée, il
convient que le vendeur identifie toutes les différences par rapport à la présente partie de l’ISO 10426, et qu'il
fournisse une description détaillée.
Dans la présente partie de l’ISO 10426, les unités couramment utilisées aux États-Unis (USC) sont, dans la
1)
mesure du possible, indiquées entre parenthèses pour information .
Les classes et les qualités des ciments pour puits sont définies dans l’ISO 10426-1.
1)
Dans la présente version française le nom des unités USC est indiqué en langue anglaise, conformément aux
exigences de l’ISO 31.
NORME INTERNATIONALE ISO 10426-2:2003(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux
pour la cimentation des puits —
Partie 2:
Essais de ciment pour puits
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO 10426 spécifie les exigences et donne des recommandations pour les essais de
laitier de ciment et matériaux associés dans des conditions de puits simulé.
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 10414-1, Industries du pétrole et du gaz naturel — Essais in situ des fluides de forage — Partie 1: Fluides
aqueux
API RP 13J, Testing of heavy brines (second edition), mars 1996
ASTM C 109, Standard test method for compressive strength of hydraulic cement mortars (using 2 in. or
[50 mm] cube specimens)
ASTM C 188, Standard test method for density of hydraulic cement
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1.1
volume absolu
inverse de la masse volumique absolue
NOTE Il est exprimé en volume par masse unitaire.
3.1.2
additif
matériau ajouté au laitier de ciment pour en modifier ou en améliorer certaines propriétés souhaitables
NOTE Les propriétés communes qui sont modifiées comprennent: le temps de prise (grâce à l'utilisation de
retardateurs ou d'accélérateurs), le contrôle du filtrat, la viscosité, etc.
3.1.3
annulaire
espace entourant le tube dans le trou de forage
NOTE La paroi externe de l'espace annulaire peut être la formation ou le tubage
3.1.4
température supposée à la surface
T
AS
température supposée à la surface utilisée pour le calcul d'un pseudo gradient de température
3.1.5
mélange discontinu
processus de mélange et de rétention d'un volume de laitier de ciment avant la mise en place dans le puits
3.1.6
unités de consistance Bearden
unités utilisées pour exprimer la consistance du laitier de ciment lorsqu'elle est déterminée sur un
consistomètre pressurisé
NOTE Le symbole de la consistance exprimée en unités Bearden est B .
c
3.1.7
éruption
moment où l'azote s'écoule dans l'échantillon lors d'un essai de perte de fluide
3.1.8
masse volumique apparente
masse par unité de volume d'un matériau sec contenant de l'air entraîné
3.1.9
cimentation du tubage
cimentation annulaire complète ou partielle d'une colonne de tubage complète
3.1.10
ciment
ciment Portland
clinker broyé composé généralement de silicates et d'aluminates de calcium hydrauliques, contenant
généralement une ou plusieurs formes de sulfate de calcium en addition aux produits broyés
NOTE 1 Les silicates et les aluminates de calcium hydrauliques sont ceux qui se durcissent dans l'eau.
NOTE 2 Les additions de produits broyés se font avant broyage plutôt qu'après.
3.1.11
classe de ciment
type de ciment
désignation ISO destinée à définir les différentes classifications des ciments ISO conformément à leur
utilisation prévue
NOTE Voir l'ISO 10426-1 pour complément d'information.
3.1.12
qualité de ciment
désignation ISO destinée à définir la résistance aux sulfates d'un ciment particulier
NOTE Voir l'ISO 10426-1 pour complément d'information.
2 © ISO 2003 – Tous droits réservés
3.1.13
mélange de ciment
mélange de ciment sec et d'autres matériaux secs
3.1.14
clinker
dans la fabrication du ciment, matériaux fondus au four broyés avec du sulfate de calcium pour fabriquer du
ciment
3.1.15
compatibilité
capacité à former un mélange fluide qui ne subisse pas de réactions chimiques et/ou physiques indésirables
3.1.16
résistance à la compression
résistance d'un échantillon de ciment donné mesurée par la force nécessaire pour l'écraser
NOTE Elle est exprimée en force par unité de surface.
3.1.17
consistomètre
appareillage utilisé pour mesurer le temps de pompabilité d'un laitier de ciment soumis à une pression et une
température
3.1.18
opération de cimentation sous pression à pompage continu
opération de cimentation sous pression qui n'implique pas l'arrêt du pompage
3.1.19
sac de référence
masse d'un mélange de ciment Portland et de cendres volantes ou de pouzzolane qui a le même volume
absolu que 42,63 kg (94 lbs) de ciment Portland.
3.1.20
filtrat
liquide provenant d'un laitier de ciment pendant un essai de filtration
3.1.21
cendres volantes
résidu poudreux de la combustion du charbon ayant des propriétés pouzzolaniques
NOTE Voir l'Article 17 pour plus de renseignements.
3.1.22
eau libre
liquide, coloré ou non, séparé du laitier de ciment
3.1.23
cycle gel-dégel
essai impliquant un échantillon de ciment exposé tour à tour à des températures supérieures et inférieures au
point de congélation de l'eau
3.1.24
opération de cimentation sous pression à pompage intermittent
opération de cimentation sous pression qui intègre un pompage discontinu du laitier de ciment
NOTE Le laitier est placé dans le puits, les pompes sont arrêtées pendant un certain temps, puis un volume de laitier
est de nouveau pompé. Ce processus est répété jusqu'à ce qu'une pression déterminée préalablement soit obtenue ou
jusqu'à ce que le volume du laitier de ciment ait été entièrement pompé.
3.1.25
vitesse de réchauffage
R
h
vitesse du changement de température du laitier depuis la température de surface, T , jusqu'à la
SS
température prévue de circulation de fond de trou, T
PBHC
3.1.26
cimentation de la colonne perdue
opérations de cimentation annulaire pour lesquelles le haut du tubage cimenté ne se situe pas en haut du
forage
3.1.27
boue de forage
fluide qui circule dans le trou de forage pendant les opérations de forage ou de reconditionnement
3.1.28
balance à boue
balance de type balance à fléau utilisée pour mesurer la masse volumique du fluide à la pression
atmosphérique
3.1.29
laitier de ciment pur
laitier de ciment composé uniquement de ciment et d'eau
3.1.30
vitesse de baisse de pression
R
pd
vitesse à laquelle la pression est réduite de la pression de fond, p à la limite de la pression du ciment, p ,
BH TOC
pendant un essai de pompabilité
3.1.31
perméabilité
mesure de la facilité avec laquelle un milieu poreux se laisse traverser par un fluide ou un gaz
NOTE La perméabilité est généralement exprimée en millidarcy, mD
3.1.32
cimentation de bouchage
processus de mise en place d'un volume de ciment dans un puits pour former un bouchon à travers le forage
3.1.33
pouzzolane
matériau riche en silice ou en silice et en alumine qui, sous une forme finement séparée, réagit à l'hydroxyde
de calcium pour former un matériau cimentaire
NOTE Voir l'Article 17 pour plus de renseignements.
3.1.34
pré-lavage
fluide ne contenant aucun alourdissant insoluble utilisé pour séparer les fluides de forage des laitiers de
cimentation
3.1.35
chambre sous pression
partie du consistomètre dans laquelle est placé le bol contenant le laitier à tester pour l'essai de pompabilité
3.1.36
banc de vieillissement sous pression
récipient utilisé pour vieillir un échantillon de ciment à température et pression pour l'essai de résistance à la
compression
4 © ISO 2003 – Tous droits réservés
3.1.37
vitesse de montée de pression
R
pu
vitesse à laquelle la pression augmente depuis la pression de démarrage jusqu'à la pression de fond pendant
un essai de pompabilité
3.1.38
densité
densité relative
rapport entre la masse d'une substance et la masse d'un volume égal d'un corps de référence à une
température de référence
NOTE Le corps de référence est habituellement l'eau; la température de référence est habituellement 4 °C.
3.1.39
sédimentation
séparation et dépôt de solides dans un laitier de ciment
3.1.40
cellule
dans un consistomètre pressurisé, cellule qui contient le laitier à conditionner ou pour la mesure du temps de
pompabilité
3.1.41
résistance acoustique
portée du développement de la résistance d'un échantillon de ciment calculée par mesurage de la vitesse du
son à travers lui
NOTE Le calcul est fondé sur des corrélations mathématiques spécifiques et non sur des mesures directes de
résistance.
3.1.42
pression de démarrage
P
S
pression initiale appliquée à l'échantillon au début de l'essai de pompabilité
NOTE La pression de démarrage sert également à déterminer la vitesse de montée de pression.
3.1.43
fluide tampon
fluide contenant des alourdissants insolubles utilisés pour séparer les fluides de forage des laitiers de
cimentation
3.1.44
cimentation sous pression
processus de réparation consistant à injecter le matériau de cimentation sous pression dans une partie
spécifique du puits comme des zones de rupture ou des ouvertures
3.1.45
essai de perte de fluide statique
essai pour déterminer le fluide perdu par un laitier de ciment testé avec un tamis à mailles de 325 et une
pression différentielle de 6 900 kPa (1 000 psi)
3.1.46
essai de stabilité statique
essai pour déterminer le degré de sédimentation et le développement de fluide libre dans un laitier de ciment
3.1.47
cellule de filtration dynamique
cellule spécialement conçue pour conditionner le laitier de ciment dans la même cellule que celle utilisée pour
réaliser un essai de perte de fluide statique
3.1.48
rétrogression de la résistance
réduction de la résistance à la compression et augmentation de la perméabilité d'un ciment, due à l'exposition
à des températures supérieures à 110 °C (230 °F)
3.1.49
temps de pompabilité
durée nécessaire à un laitier de ciment pour atteindre la valeur de consistance Bearden sélectionnée
NOTE Les résultats de l'essai du temps de pompabilité fournissent une indication sur la durée de pompabilité d'un
laitier de ciment dans les conditions d'essai.
3.1.50
mélangeur à réglage pondéral
réservoir gradué
dispositif ou système pour peser et mélanger le ciment à des additifs secs
3.1.51
essai par simulation en puits
essai dont les paramètres sont conçus et modifiés comme exigé pour simuler les conditions existant dans un
trou de forage
6 © ISO 2003 – Tous droits réservés
3.2 Symboles
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 10426, les symboles donnés dans le Tableau 1 s'appliquent.
Cette liste n'est pas exhaustive.
Tableau 1 — Symboles
Symbole Signification
h limite de la profondeur verticale réelle du ciment
TOCTVD
b
p pression de fond
BH
p pression de démarrage
S
p limite de la pression du ciment
TOC
T température supposée à la surface
AS
a
T température de circulation de fond de trou
BHC
T température statique de fond de trou
BHS
T température prévue de circulation de fond de trou
PBHC
T température maximale de fond de trou enregistrée après une période statique
MRBHS
température minimale de circulation de fond de trou enregistrée après une circulation suffisante pour obtenir
T
MNRBHC
une température stabilisée ou permanente en fond de trou
T température prévue d’injection forcée
PS
c
∇ pseudo gradient de température
PT
T pseudo température intacte
PU
T température d’injection forcée enregistrée
RS
T température de surface du laitier
SS
T température limite de circulation du ciment
TOCC
T température limite statique du ciment
TOCS
T température limite de la colonne de ciment
TOC
T température intacte de la formation
UF
durée nécessaire pour déplacer le bord d'attaque du laitier de ciment depuis le bas du tubage jusqu'au
t
a
sommet de la colonne annulaire de ciment
durée nécessaire pour déplacer le bord d'attaque du laitier de ciment au fond du forage ou en tout autre
t
d
endroit déterminé au préalable dans le puits
a
La T peut varier avec le temps, le fluide en circulation, le débit de la pompe, la taille des tubes, etc.
BHC
b
Pression hydrostatique au fond du puits calculée à partir de la profondeur verticale réelle et des masses volumiques des fluides
dans le forage.
c
Gradient en °C/100 m (°F/100 ft), calculé à partir de la différence entre la température statique maximale de fond de trou
enregistrée (T ) et la température supposée à la surface T .
MRBHS AS
4 Échantillonnage
4.1 Généralités
Pour les mélanges de ciments, l'objet du prélèvement d'échantillons doit être pris en considération. Dans de
nombreux cas, des échantillons du ciment, du mélange de ciment, d'additifs solides et liquides, et de l'eau de
gâchage peuvent être nécessaires pour tester un laitier selon la présente partie de l’ISO 10426. Il y a lieu
d'utiliser la meilleure technologie disponible d'échantillonnage pour s'assurer que des échantillons précis sont
prélevés. Certaines techniques d'échantillonnage couramment utilisées sont considérées dans le présent
article.
ème
NOTE Les documents API antérieurs à l’API RP10B, 22 édition, décembre 1997, ne traitaient que
l'échantillonnage du ciment non mélangé selon le mode opératoire souligné dans l'ASTM C 183.
4.2 Échantillonnage du ciment sur site
Lorsque l'on prélève des échantillons à partir de conteneurs de vrac, de transports ou de sacs, le ciment doit
être sec et uniforme. Plusieurs échantillons doivent être extraits au moyen d'un dispositif approprié (Figure 1),
Un composite d'échantillons doit être préparé, emballé et étiqueté (voir 4.7). La taille moyenne d'un
échantillon doit être de 8 l à 20 l. Les modes opératoires d'échantillonnage sont également soulignés dans
l'ASTM C 183.
4.3 Échantillonnages sur site de mélanges de ciments
Les mélanges de ciment peuvent être échantillonnés à partir du mélangeur à réglage pondéral (réservoir
gradué), du transport en vrac ou prélevés depuis les lignes d'écoulement pendant le transfert. Il convient que
le ciment et les additifs secs soient soigneusement mélangés avant l'échantillonnage. Ceci peut s'effectuer en
transférant le ciment (soufflage d'air) depuis le mélangeur à réglage pondéral jusqu'à un autre récipient, de
trois à six fois. Les échantillons provenant du récipient de vrac peuvent être prélevés conformément à 4.2. Les
échantillons extraits d'une ligne d'écoulement durant un transfert peuvent être prélevés depuis une vanne
d'échantillonnage correctement installée, un échantillonneur à écoulement dérivé ou un dispositif
d'échantillonnage automatique en ligne (Figure 1). Les échantillons doivent être préparés, emballés et
étiquetés (4.7). La taille de l'échantillon doit être suffisante pour réaliser l'essai souhaité.
4.4 Échantillonnage sur site d'additifs secs du ciment
Des échantillons d'additifs secs du ciment peuvent être prélevés d'un récipient de vrac ou d'un sac. L'additif
doit être sec et uniforme avant l'échantillonnage. Plusieurs échantillons doivent être prélevés du centre de la
source au moyen d'un dispositif d'échantillonnage approprié (Figure 1). Un composite des échantillons
provenant du même lot doit être préparé, emballé et étiqueté (4.7). Le volume de l'échantillon de chaque
additif sec du ciment doit être suffisant pour réaliser l'essai souhaité.
4.5 Échantillonnage sur site d'additifs liquides du ciment
La plupart des additifs liquides sont des solutions ou des suspensions de matières sèches. Un stockage
prolongé peut entraîner la séparation des ingrédients actifs. Ainsi, les ingrédients actifs peuvent flotter en haut
du récipient, être en suspension en une couche, ou se déposer au fond. Pour ces raisons, les additifs liquides
doivent être soigneusement mélangés avant l'échantillonnage. L'échantillon doit ensuite être extrait du centre
du récipient au moyen d'un dispositif d'échantillonnage propre et sec. Un composite des échantillons du
même lot doit être préparé, emballé et étiqueté (4.7). Le volume de l'échantillon de chaque additif liquide doit
être suffisant pour réaliser l'essai souhaité.
4.6 Échantillonnage de l'eau de gâchage
L'eau de gâchage doit être échantillonnée à la source. L'échantillon doit être prélevé de façon à éviter la
contamination. Il faut qu'il soit emballé et étiqueté (4.7). Le volume de l'échantillon doit être suffisant pour
réaliser l'essai souhaité.
8 © ISO 2003 – Tous droits réservés
Dimensions en millimètres
a) Tube échantillonneur pour le ciment en sac b) Tube échantillonneur pour le ciment en vrac
c) Échantillonneur à sonde automatique d) Échantillonneur à écoulement dérivé modifié
e) Vue en plan — Échantillonneur latéral
Légende
1 poignée en bois
2 tube en laiton
3 tube de prélèvement allongé
4 décharge du produit
5 robinet à tournant sphérique, 2,54 cm (1 in)
6 direction de l'écoulement
7 robinet à tournant sphérique, 2,54 cm (1 in)
a
Volume approximatif: 320 ml
Figure 1 — Dispositifs d'échantillonnage couramment utilisés
4.7 Expédition et stockage
Les échantillons d'essai doivent être emballés rapidement dans des récipients propres, étanches à l'air et à
l'épreuve de l'humidité, appropriés à l'expédition et au stockage à long terme. Les récipients doivent être en
matière métallique doublée, en plastique ou en une autre matière souple à paroi épaisse ou rigide pour
assurer une protection maximale. Les sacs en plastique étanches refermables peuvent être utilisés, à
condition que le sac soit placé dans un récipient protecteur avant l'expédition pour éviter la perforation, et
pour contenir toutes les matières susceptibles de s'écouler pendant l'expédition. Des sacs en tissu ordinaire,
des bidons ou des bocaux ne doivent pas être utilisés. L'expédition dans des récipients en verre n'est pas
conseillée.
Chaque récipient d'échantillon doit être clairement étiqueté et identifié par le type de matière, le numéro de lot,
l'origine et la date de l'échantillonnage. Les conteneurs d'expédition doivent également être étiquetés. Les
couvercles des récipients ne doivent pas être marqués, dans la mesure où les couvercles peuvent facilement
être échangés et entraîner une confusion. Toute identification ou documentation réglementaire requise doit
être incluse ou solidement fixée au récipient. Tous les échantillons de matières dangereuses doivent être
emballés et étiquetés conformément à toutes les exigences réglementaires.
4.8 Préparation des échantillons avant l'essai
À l'arrivée au site d'essai, les échantillons doivent être soigneusement examinés pour s'assurer qu'ils sont
restés scellés pendant l'expédition et ne sont pas contaminés. Chaque échantillon doit être bien mélangé
juste avant la préparation du laitier (Article 5).
Pour le stockage, chaque échantillon doit être transféré dans un récipient approprié et étanche (si cela n'a pas
été le cas pendant l'expédition), correctement étiqueté et daté, et stocké dans un endroit sec où les
températures ambiantes restent raisonnablement constantes. Au moment de l'essai, la qualité de chaque
échantillon doit être examinée et l’échantillon doit être mélangé soigneusement juste avant la préparation du
laitier.
La ou les durées de conservation en stockage optimales doivent être déterminées par le fournisseur ou le
fabricant. Dans le cas où elles sont inconnues, l'utilisation de n'importe quel additif de ciment stocké depuis
plus d'un an n'est pas recommandée.
4.9 Élimination des échantillons
L'élimination des échantillons doit se conformer à toutes les exigences réglementaires.
5 Préparation du laitier
5.1 Généralités
La préparation des laitiers de ciment diffère de celle des mélanges classiques solide/liquide, en raison de la
nature réactive du ciment. Le taux de cisaillement et le temps jusqu'au cisaillement sont des facteurs
importants dans le mélange des laitiers de ciment. Il a été montré que la modification de ces paramètres
affectait les propriétés de performance du laitier.
Le mode opératoire décrit dans le présent article est recommandé pour la préparation en laboratoire de
laitiers qui n'exigent pas de conditions particulières de mélange. Si des volumes importants de laitier sont
nécessaires, l’autre méthode de préparation de laitier peut être consultée en Annexe A
10 © ISO 2003 – Tous droits réservés
5.2 Appareillage
5.2.1 Balances électroniques, avec une précision d
...
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ISO
СТАНДАРТ 10426-2
Первое издание
2003-10-15
Промышленность нефтяная и газовая.
Цементы и материалы для
цементирования скважин.
Часть 2.
Испытание цементов для скважин
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well
cementing —
Part 2: Testing of well cements
Ответственность за подготовку русской версии несёт GOST R
(Российская Федерация) в соответствии со статьёй 18.1 Устава ISO
Ссылочный номер
©
ISO 2003
Отказ от ответственности при работе в PDF
Настоящий файл PDF может содержать интегрированные шрифты. В соответствии с условиями лицензирования, принятыми
фирмой Adobe, этот файл можно распечатать или смотреть на экране, но его нельзя изменить, пока не будет получена
лицензия на установку интегрированных шрифтов в компьютере, на котором ведется редактирование. В случае загрузки
настоящего файла заинтересованные стороны принимают на себя ответственность за соблюдение лицензионных условий
фирмы Adobe. Центральный секретариат ISO не несет никакой ответственности в этом отношении.
Adobe — торговый знак Adobe Systems Incorporated.
Подробности, относящиеся к программным продуктам, использованным для создания настоящего файла PDF, можно найти в
рубрике General Info файла; параметры создания PDF оптимизированы для печати. Были приняты во внимание все меры
предосторожности с тем, чтобы обеспечить пригодность настоящего файла для использования комитетами – членами ISO. В
редких случаях возникновения проблемы, связанной со сказанным выше, просим информировать Центральный секретариат
по адресу, приведенному ниже.
ДОКУМЕНТ ЗАЩИЩЕН АВТОРСКИМ ПРАВОМ
© ISO 2003
Все права сохраняются. Если не указано иное, никакую часть настоящей публикации нельзя копировать или использовать в
какой-либо форме или каким-либо электронным или механическим способом, включая фотокопии и микрофильмы, без
предварительного письменного согласия ISO по адресу ниже или членов ISO в стране регистрации пребывания.
ISO copyright office
Case postale 56 · CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Опубликовано в Швейцарии
ii © ISO 2003 — Все права сохраняются
Содержание Страница
Предисловие. vi
Введение . vii
1 Область применения.1
2 Нормативные ссылки.1
3 Термины, определения и символы.1
3.1 Термины и определения.1
3.2 Символы.8
4 Отбор проб .9
4.1 Общие положения.9
4.2 Отбор проб цемента в полевых условиях .9
4.3 Отбор проб многокомпонентного цемента в полевых условиях.9
4.4 Отбор проб сухих добавок к цементу в полевых условиях.9
4.5 Отбор проб жидких добавок к цементу в полевых условиях.9
4.6 Отбор проб воды затворения .9
4.7 Отгрузка и хранение . 11
4.8 Подготовка проб к испытанию. 11
4.9 Утилизация проб. 11
5 Подготовка цементного раствора. 11
5.1 Общие положения. 11
5.2 Аппаратура . 11
5.3 Методика. 13
6 Определение плотности цементного раствора . 15
6.1 Предпочтительный аппарат. 15
6.2 Калибровка. 15
6.3 Методика. 16
6.4 Альтернативный аппарат и процедура . 17
7 Определение прочности при сжатии на модели скважины. 17
7.1 Общие положения. 17
7.2 Отбор проб . 18
7.3 Приготовление цементного раствора. 18
7.4 Аппаратура . 18
7.5 Методика. 19
7.6 Определение прочности при сжатии цемента в верхней части длинных цементных
стаканов . 21
8 Неразрушающее испытание цемента звуком. 27
8.1 Общие положения. 27
8.2 Аппаратура . 27
8.3 Отбор проб . 27
8.4 Подготовка цементного раствора. 27
8.5 Методика. 27
8.6 Время обработки . 27
8.7 Схемы обработки. 27
8.8 Сообщение данных. 28
9 Определение времени загустевания с имитацией условий скважины. 28
9.1 Общие положения. 28
9.2 Аппаратура и материалы. 28
9.3 Калибровка. 29
9.4 Методика испытания.31
9.5 Определение схемы испытания.33
10 Статические испытания для определения фильтрационных потерь (водоотдачи).39
10.1 Общие положения .39
10.2 Аппаратура .39
10.3 Безопасность .40
10.4 Методика перемешивания.40
10.5 Методики кондиционирования .40
10.6 Методики испытания при температурах u 88 °С (190 °F).40
10.7 Методики для испытания при температурах > 88 °С (190 °F).42
10.8 Заполнение статической ячейки для определения фильтрационных потерь.44
10.9 Определение фильтрационных потерь .45
10.10 Завершение испытания и промывка .45
11 Испытание проницаемости .47
11.1 Общие положения .47
11.2 Аппаратура .47
11.3 Подготовка образца .48
11.4 Проницаемость жидкости (пермеаметр для цемента).49
11.5 Альтернативная методика (пермеаметр керна) для проницаемости жидкости.49
11.6 Расчетная проницаемость жидкости .53
11.7 Газопроницаемость (измеритель проницаемости керна).53
11.8 Расчет газопроницаемости .54
12 Определение реологических свойств и предельного статического напряжения
сдвига с помощью ротационного вискозиметра.54
12.1 Общие положения .54
12.2 Аппаратура .55
12.3 Калибровка.57
12.4 Определение реологических характеристик .57
12.5 Определение предельного статического напряжения сдвига.60
12.6 Моделирование реологического поведения.60
13 Расчет перепада давления и режима течения для цементных растворов в трубах и
кольцевых пространствах .68
13.1 Общие положения .68
13.2 Ньютоновские жидкости.70
13.3 Жидкости, подчиняющиеся степенному закону.74
13.4 Бингамовские вязкопластические жидкости.79
13.5 Коэффициенты преобразования.90
14 Методика испытания для цементных растворов в условиях севера .90
14.1 Общие положения .90
14.2 Приготовление цементного раствора.90
14.3 Жидкая фракция .90
14.4 Время загустевания .90
14.5 Прочность при сжатии .91
14.6 Циклическое замораживание-оттаивание при атмосферном давлении.91
14.7 Циклическое испытание на прочность при сжатии .91
15 Испытания стабильности цементных растворов в условиях, имитирующих
скважину.92
15.1 Введение.92
15.2 Смешивание цементного раствора.92
15.3 Кондиционирование цементного раствора.92
15.4 Определение несвязной воды (свободного флюида) с периодом статического
нагревания.93
15.5 Определение несвязной воды (свободного флюида) со статическим периодом при
окружающей температуре .94
15.6 Определение осаждения .94
16 Совместимость скважинных флюидов.98
iv © ISO 2003 — Все права сохраняются
16.1 Общие положения. 98
16.2 Подготовка испытательных флюидов . 99
16.3 Реологические параметры . 99
16.4 Время загустевания. 100
16.5 Прочность при сжатии . 100
16.6 Суспендирование твердых частиц и предельное статическое напряжение сдвига . 100
16.7 Водоотдача. 100
17 Пуццоланы. 102
17.1 Общие положения. 102
17.2 Типы пуццоланов. 102
17.3 Физические и химические свойства. 102
17.4 Расчет цементных растворов . 103
17.5 Насыпной объем смеси . 105
Приложение А (нормативное) Методика приготовления больших объемов цемента . 106
Приложение В (нормативное) Методики калибровки термопар, систем измерения
температуры и устройств управления . 108
Приложение С (информативное) Дополнительная информация, касающаяся определения
температуры. 110
Приложение D (нормативное) Альтернативный аппарат для испытаний по определению
времени загустевания. 117
Приложение Е (информативное) Схемы цементирования . 120
Библиография . 175
Предисловие
Международная организация по стандартизации (ISO) представляет собой всемирную федерацию
национальных организаций по стандартам (организации – члены ISO). Работа по подготовке
международных стандартов обычно выполняется через технические комитеты ISO. Каждая
организация – член ISO, заинтересованная в теме, по которой создан тот или иной технический
комитет, имеет право быть представленной в этом комитете. В этой работе также принимают участие
международные правительственные и неправительственные организации, связанные с ISO. ISO тесно
сотрудничает с Международной электротехнической комиссией (IEC) по всем вопросам
стандартизации электротехники.
Проекты международных стандартов разрабатываются в соответствии с Директивами ISO/IEC, Часть 2.
Основной задачей технических комитетов является разработка международных стандартов. Проекты
международных стандартов, принятые техническими комитетами, рассылаются членам ISO для
голосования. Для публикации документа в качестве международного стандарта требуется не менее
75 % голосов членов ISO, участвующих в голосовании
Следует иметь в виду, что некоторые элементы данной части международного стандарта ISO 10426-1
могут быть объектом патентных прав. ISO не должна нести ответственность за идентификацию какого-
либо одного или всех патентных прав.
Международный стандарт ISO 10426-1 был подготовлен Техническим комитетом ISO/ТС 67,
Материалы, оборудование и прибрежные конструкции для нефтяной и газовой промышленности,
Подкомитетом SC 3, Буровые растворы и растворы для заканчивания скважин, тампонажные
цементы.
ISO 10426 состоит из следующих частей под общим названием Промышленность нефтяная и газовая.
Цементы и материалы для цементирования скважин:
Часть 1. Технические условия
Часть 2. Испытание цемента для скважин
Часть 3. Испытание цементов специального состава для подводных скважин
Часть 4. Подготовка и испытание вспененных цементных растворов при атмосферном давлении
Следующая часть готовится к публикации:
Часть 5. Определение усадки и расширения составов на основе цемента при атмосферном
давлении
vi © ISO 2003 — Все права сохраняются
Введение
Данная часть ISO 10426 основан на Технических условиях API RP 10B, 22-е издание, декабрь 1997,
дополнение 1, октябрь 1999.
Пользователи данной части ISO 10426 должны иметь в виду, что для конкретных применений могут
потребоваться дополнительные или другие требования. Данная часть ISO 10426 не предполагает
запретить продавцу предлагать, а покупателю приобретать альтернативное оборудование или
принимать иные технические решения для конкретных приложений. Это, в частности, касается случаев
существования новой или разрабатываемой технологии. Там где предлагается альтернатива,
продавцу рекомендуется идентифицировать все варианты из данной части ISO 10426 и предоставить
подробности.
В данной части ISO 10426, где необходимо, включены традиционные единицы измерения США и
приведены в скобках для информации.
Классы и типы цемента определены в ISO 10426-1.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ ISO 10426-2:2003(R)
Промышленность нефтяная и газовая.
Цементы и материалы для цементирования скважин.
Часть 2.
Испытание цементов для скважин
1 Область применения
Данная часть стандарта ISO 10426 устанавливает требования и дает рекомендации по испытаниям
цементных растворов и связанных с ними материалов в условиях, имитирующих условия скважины.
2 Нормативные ссылки
Следующие ссылочные документы необходимы для применения данного документа. Для
датированных ссылок применяется только издание, указанное ниже. Для недатированных ссылок
применяется самое последнее издание ссылочного документа (включая все изменения).
ISO 10414-1, Промышленность нефтяная и газовая. Полевые испытания буровых растворов. Часть
1. Растворы на водной основе
API RP 13J, Испытания насыщенных минеральных растворов (второе издание), март 1996
ASTM C 109, Стандартный метод испытания раствора гидравлического цемента на прочность
при сжатии (используя образцы для испытания в форме кубиков со стороной 2 дюйма [50 мм])
ASTM C 188, Стандартный метод определения плотности гидравлического цемента
3 Термины, определения и символы
3.1 Термины и определения
Применительно к целям данной части стандарта ISO 10426 применяются следующие термины и
определения.
3.1.1
абсолютный объем
absolute volume
величина, обратная абсолютной плотности
ПРИМЕЧАНИЕ Выражается как объем на единицу массы.
3.1.2
добавка
additive
материал, добавляемый в цементный раствор для изменения или усиления какого-либо желаемого
свойства
ПРИМЕЧАНИЕ Обычно изменяют следующие свойства: время схватывания (с помощью замедлителей или
ускорителей), регулирование водоотдачи, вязкость и т.д.
3.1.3
кольцевое пространство
annulus
пространство, окружающее трубу в стволе скважины
ПРИМЕЧАНИЕ Наружная стенка затрубного пространства может быть поверхностью скважины, либо обсадной
колонны.
3.1.4
принятая температура на поверхности
assumed surface temperature
T
AS
предполагаемая температура на поверхности, используемая для расчета псевдо-температурного
градиента
3.1.5
периодическое перемешивание
batch mixing
процесс перемешивания и выдерживания объема цементного раствора до помещения его в ствол
скважины
3.1.6
единица консистенции Бердена
Bearden unit of consistency
Bc
единицы, используемые для выражения консистенции цементного раствора при определении на
консистометре под давлением
ПРИМЕЧАНИЕ Обозначением консистенции при выражении в единицах Бердена служит В .
с
3.1.7
продувка
blowout
момент времени, когда азот течет через пробу в испытании на водоотдачу
3.1.8
насыпная плотность
bulk density
масса на единицу объема сухого материала, содержащего захваченный воздух
3.1.9
цементирование обсадной колонны
casing cementing
частичное или полное цементирование затрубного пространства обсадной колонны полной длины
3.1.10
цемент
портландцемент
cement
Portland cement
грунтовой клинкер, обычно состоящий из гидравлических силикатов и алюминатов кальция, а также
содержащий одну или несколько форм сульфата кальция в качестве материала, добавляемого при
дроблении
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Гидравлические силикаты и алюминаты кальция это силикаты и алюминаты кальция,
твердеющие в воде.
2 © ISO 2003 — Все права сохраняются
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Материал, добавляемый при дроблении, добавляют чаще до дробления, чем после
дробления.
3.1.11
класс цемента
тип цемента
cement class
cement type
обозначение по системе классификации ISO тампонажного цемента в соответствии с назначением
ПРИМЕЧАНИЕ Для дополнительной информации см. ISO 10426-1.
3.1.12
марка цемента
cement grade
обозначение по системе ISO для указания сульфатостойкости конкретного цемента
ПРИМЕЧАНИЕ Для дополнительной информации см. ISO 10426-1.
3.1.13
цементная смесь
cement blend
смесь сухого цемента и других сухих материалов
3.1.14
клинкер
clinker
расплавленные материалы после обжиговой печи при производстве цемента, которые наряду с
сульфатом кальция добавляют при дроблении для изготовления цемента
3.1.15
совместимость
compatibility
способность образовывать текучую смесь, которая не вступает в нежелательные химические и/или
физические реакции
3.1.16
прочность при сжатии
compressive strength
прочность образца схватившегося (затвердевшего) цемента, измеренная по усилию, требуемому для
его разрушения
ПРИМЕЧАНИЕ Выражается как усилие на единицу площади.
3.1.17
консистометр
consistometer
прибор, используемый для измерения времени загустевания цементного раствора при заданной
температуре и заданном давлении
3.1.18
цементирование под давлением при непрерывном прокачивании цементного раствора
continuous-pumping squeeze-cementing operation
цементирование под давлением, которое не включает прекращение подачи раствора насосом
3.1.19
эквивалент мешка цемента
equivalent sack
масса смеси портландцемента и летучей золы или пуццолана, которая имеет такой же абсолютный
объем как 42,63 кг (94 фунта) портландцемента
3.1.20
фильтрат
filtrate
жидкость, которая выходит из цемента в процессе испытания на водоотдачу
3.1.21
летучая зола
fly ash
порошкообразный остаток от сжигания угля, обладающего свойствами пуццолана
ПРИМЕЧАНИЕ См. Раздел 17 для дополнительной информации.
3.1.22
свободный флюид (несвязная вода)
free fluid
окрашенная или бесцветная жидкость, которая отделяется от цементного раствора
3.1.23
цикл замораживания-оттаивания
freeze-thaw cycle
испытание, использующее пробу цемента, которую по очереди подвергают действию температур выше
или ниже точки замерзания воды
3.1.24
цементирование под давлением при замедленном перекачивании
hesitation-pumping squeeze-cementing operation
цементирование под давлением, которое включает перекачивание цементного раствора с выдержкой
ПРИМЕЧАНИЕ Цементный раствор подается в скважину, насосы останавливают на определенный
промежуток времени, затем снова подают некоторый объем раствора. Этот процесс повторяется, пока не будет
достигнуто предварительно определенное давление или не будет полностью перекачан нужный объем
цементного раствора.
3.1.25
скорость нагревания
heat-up rate
R
h
скорость изменения температуры цементного раствора от температуры на поверхности Т до
SS
прогнозируемой температуры циркуляции цементного раствора в забое скважины Т
РВНС
3.1.26
цементирование обсадной колонны-хвостовика
liner cementing
ежегодные работы по цементированию, при которых верхняя часть цементируемой обсадной трубы не
доходит до верхней части ствола скважины
3.1.27
буровой раствор
mud
флюид, который циркулирует в стволе скважины в процессе бурения или работ по капитальному
ремонту скважины
3.1.28
весы для бурового раствора
mud balance
коромысловые весы, используемые для измерения плотности бурового раствора при атмосферном
давлении
4 © ISO 2003 — Все права сохраняются
3.1.29
чистый цементный раствор
neat cement slurry
цементный раствор, состоящий только из цемента и воды
3.1.30
скорость понижения давления
pressure-down rate
R
pd
скорость, с которой давление понижается от значения давления в забое скважины, р до давления в
ВН
верхней части цементного стакана, р , во время определения времени загустевания
ТОС
3.1.31
проницаемость
permeability
мера способности пористой среды пропускать жидкости или газы
ПРИМЕЧАНИЕ Проницаемость обычно выражают в миллидарси, мД.
3.1.32
создание пробки при цементировании
plug cementing
процесс подачи в скважину такого объема цемента, чтобы образовалась пробка поперек ствола
скважины
3.1.33
пуццолан
puzzolan
силикатные или силикатно-алюминиевые материалы, которые в сильно измельченной форме
реагируют с гидроксидом кальция до образования вяжущего вещества
ПРИМЕЧАНИЕ См. Раздел 17 для дополнительной информации.
3.1.34
промывочная жидкость
preflush, noun
жидкость, не содержащая нерастворимых взвешенных веществ, используемая для разделения
буровых растворов и цементных растворов
3.1.35
сосуд для работы под давлением
pressure vessel
сосуд в консистометре, в который помещают контейнер с цементным раствором для определения
времени загустевания
3.1.36
сосуд для выдержки (автоклав)
pressurized curing vessel
сосуд для выдержки образцов цемента при заданной температуре и давлении в испытании по
определению прочности на сжатие
3.1.37
скорость увеличения давления
pressure-up rate
R
pu
скорость, с которой увеличивается давление от стартового до давления в забое скважины в процессе
определения времени загустевания
3.1.38
относительная плотность
удельная масса
relative density
specific gravity
отношение массы вещества к массе равного объема стандартного вещества при контрольной
температуре
ПРИМЕЧАНИЕ Стандартным веществом обычно является вода; контрольная температура обычно 4 °С.
3.1.39
осаждение
sedimentation
отделение и отстаивание твердых частиц цемента
3.1.40
контейнер для цементного раствора
slurry container
контейнер (стакан) консистометра для работы под давлением, используемый для помещения
цементного раствора для кондиционирования или для определения времени загустевания
3.1.41
сопротивление звуку
sonic strength
степень упрочнения образца цемента, рассчитанная путем измерения скорости прохождения звука
через этот образец
ПРИМЕЧАНИЕ Расчет основан на конкретных математических корреляциях, а не на непосредственном
измерении прочности.
3.1.42
стартовое давление
starting pressure
p
S
начальное давление, прикладываемое к испытательной пробе в начале испытания на время
загустевания
ПРИМЕЧАНИЕ p также используют для определения скорости увеличения давления.
S
3.1.43
буферная жидкость (разделитель)
spacer
жидкость, содержащая нерастворимые взвешенные материалы, которая используется для разделения
буровых и цементных растворов
3.1.44
вторичное цементирование
squeeze cementing
исправительный процесс, в котором цементирующий материал подается под давлением в
определенную часть скважины, например, в отверстие или трещину
3.1.45
статическое определение фильтрационных потерь
static fluid loss test
определение фильтрационных потерь из цементного раствора при помещении цемента на сито
325 меш при дифференциальном давлении 6 900 кПа (1 000 фунтов на кв. дюйм)
6 © ISO 2003 — Все права сохраняются
3.1.46
статическое испытание на стабильность
static stability test
определение степени осаждения и образования свободного флюида (отделения несвязной воды) в
цементном растворе
3.1.47
ячейка с перемешиванием для определения фильтрационных потерь
stirred fluid-loss cell
ячейка, специально предназначенная для кондиционирования цементного раствора, которую можно
использовать для выполнения статического определения фильтрационных потерь, не перемещая
цементный раствор в другую емкость
3.1.48
ухудшение прочности
strength retrograssion
снижение прочности на сжатие и увеличение проницаемости цемента, вызванное воздействием
температур, превышающих 110 °С (230 °F)
3.1.49
время загустевания
thickening time
время, необходимое для достижения цементным раствором определенного значения консистенции по
Бердену
ПРИМЕЧАНИЕ Результаты определения времени загустевания показывают время, в течение которого
цементный раствор может оставаться прокачиваемым в условиях испытания.
3.1.50
весовой дозирующий смеситель
резервуар со шкалой
weigh batch mixer
scale tank
приспособление или система для взвешивания и смешивания цемента с добавками
3.1.51
испытание с имитацией условий скважины
well simulation test
испытание, параметры которого смоделированы и модифицированы, как требуется для имитации
условий в стволе скважины
3.2 Символы
Применительно к данной части стандарта ISO 10426 применяются символы, приведенные в Таблице 1.
Этот перечень не является исчерпывающим.
Таблица 1 — Символы
Символы Значение
h фактическая глубина по вертикали до верхней части цемента
TOCTVD
b
p давление в забое скважины
BH
p Стартовое давление
S
p давление в верхней части цемента
TOC
T принятая температура на поверхности
AS
а
T температура циркуляции в забое скважины
BHC
T статическая температура в забое скважины
BHS
T предсказанная (прогнозируемая) температура циркуляции в забое скважины
PBHC
T максимальная зарегистрированная температура в забое скважины после статического периода
MRBHS
T минимальная зарегистрированная температура в забое скважины после достаточной
MNRBHC
циркуляции в скважине, чтобы получить температуру в устойчивом или установившемся
состоянии
T предсказанная температура закачки под давлением
PS
с
Ñ псевдо-температурный градиент
PT
T псевдо- температура ненарушенного пласта
PU
T зарегистрированная температура закачки под давлением
RS
T температура на поверхности цементного раствора
SS
T температура циркуляции в верхней части цемента
TOCC
T статическая температура в верхней части цемента
TOCS
T температура в верхней части цементного стакана
TOC
T температура ненарушенного пласта
UF
t Время, требуемое для перемещения ведущего края цементного раствора от дна обсадной
a
колонны до верхней части кольцевого цементного стакана
t Время, требуемое на перемещение ведущего края цементного раствора к нижней части ствола
d
скважины или другому предварительно определенному месту в скважине
а
Температура T может изменяться со временем в зависимости от циркулирующей жидкости, скорости подачи насоса,
BHС
размера трубы, и т.д.
b
Гидростатическое давление в забое скважины, рассчитанное из фактической глубины по вертикали и плотностей
жидкости в стволе скважины.
с
Градиент температуры в ° С/100 м (° F/100 футов), рассчитанный по разности между максимальной зарегистрированной
статической температуры в забое скважины (T ) и T .
MRBHS AS
8 © ISO 2003 — Все права сохраняются
4 Отбор проб
4.1 Общие положения
Для цементных смесей необходимо учитывать цель, с которой производится отбор проб. В
большинстве случаев пробы цемента, цементной смеси (многокомпонентного цемента), твердых и
жидких добавок и воды затворения могут потребоваться для испытания цементного раствора в
соответствии с данной частью стандарта ISO 10426. Лучшая из технологий отбора проб должна быть
задействована, чтобы гарантировать аккуратный отбор. В данном разделе описаны некоторые обычно
используемые технологии.
ПРИМЕЧАНИЕ Документы API, вышедшие до 22 издания API RP10B, декабрь 1997, касались только отбора
проб несоставного цемента в соответствии с методикой, описанной в ASTM C 183.
4.2 Отбор проб цемента в полевых условиях
При отборе проб из вагонов с насыпным цементом, контейнеров для перевозки или мешков цемент
должен быть сухим и однородным. Многократные выборки должны отбираться с помощью
подходящего устройства (Рисунок 1). Необходимо приготовить составную выборку, упаковать и
снабдить этикеткой (см. 4.7). Средний объем выборки должен составлять от 8 л до 20 л.
Предлагаемые методики отбора проб также описаны в стандарте ASTM C 183.
4.3 Отбор проб многокомпонентного цемента в полевых условиях
Отбор проб составного цемента можно осуществлять с помощью весового дозатора (тарировочного
вагона), из емкостей для перевозки цемента или с поточной линии во время откачки. Цемент и сухие
добавки необходимо тщательно перемешать, прежде чем отбирать пробы. Это можно осуществить
путем перегрузки (продувка воздухом) из весового дозатора в какой-либо другой контейнер три или
шесть раз. Пробы из насыпного контейнера можно отбирать в соответствии с 4.2. Пробы с поточной
линии (трубопровода) во время перекачки можно отбирать из надлежащим образом установленного
клапана, пробоотборником из отвода потока или с помощью автоматического устройства на линии для
отбора проб (Рисунок 1). Выборки должны быть подготовлены, упакованы и снабжены этикеткой (4.7).
Объем выборки должен быть достаточным, чтобы выполнить желаемые испытания.
4.4 Отбор проб сухих добавок к цементу в полевых условиях
Пробы сухих цементных добавок можно отбирать из насыпного контейнера или мешка. Добавка
должна быть сухой и однородной до отбора проб. Многократные выборки должны отбираться из
середины источника с помощью подходящего пробоотборника (Рисунок 1). Необходимо приготовить
составную пробу из одной и той же партии, запаковать и снабдить этикеткой (4.7). Объем каждой
выборки сухой цементной добавки должен быть достаточным для выполнения желаемого испытания.
4.5 Отбор проб жидких добавок к цементу в полевых условиях
Большинство жидких добавок представляют собой растворы или суспензии сухих материалов. При
продолжительном хранении может произойти разделение активных ингредиентов. Таким образом,
активные ингредиенты могут всплывать на поверхность в контейнере, находиться в суспендированном
состоянии как фаза или оседать на дно. По этим причинам жидкие добавки должны быть тщательно
перемешаны до отбора проб. После перемешивания пробы отбирают из середины контейнера с
помощью чистого сухого пробоотборника. Необходимо приготовить составную пробу из одной и той же
партии, запаковать и снабдить этикеткой (4.7). Объем каждой выборки сухой цементной добавки
должен быть достаточным для выполнения желаемого испытания.
4.6 Отбор проб воды затворения
Пробы воды затворения необходимо отбирать из источника. Пробы необходимо отбирать таким
образом, чтобы избежать загрязнения. Проба должна быть запакована и снабжена этикеткой (4.7).
Объем каждой выборки должен быть достаточным для выполнения желаемого испытания.
Размеры в миллиметрах
Обозначение
1 ручка из твердой древесины
2 всасывающая трубка
3 продолжение пробоотборной трубки
4 выгрузка продукта
5 шаровой клапан 2,54 см (1 дюйм)
6 направление потока
7 шаровой клапан 2,54 см (1 дюйм)
а
Приблизительный объем = 320 мл
Рисунок 1 — Обычно используемые пробоотборники
10 © ISO 2003 — Все права сохраняются
4.7 Отгрузка и хранение
Пробы для испытания должны быть сразу же упакованы в чистые, воздухонепроницаемые
влагозащитные контейнеры, пригодные для отгрузки и долгосрочного хранения. Контейнеры должны
быть изготовлены из облицованного металла, пластика или какого-либо другого толстостенного
гибкого или жесткого материала для обеспечения максимальной защиты. Можно использовать
пластиковые мешки, которые можно неоднократно запечатывать, при условии, что такой мешок
помещают в защитный контейнер до отгрузки, чтобы предотвратить прокалывание и вместить весь
материал, который может просыпаться в процессе отгрузки. Нельзя использовать обычные тканые
мешки, жестяные канистры и баки. Отгрузка в стеклянной таре не рекомендуется.
Каждый контейнер с цементным раствором должен иметь четкую этикетку с идентификацией типа
материала, номера партии, источника и даты отбора проб. Отгрузочная тара также должна иметь
этикетки. Крышки контейнеров не должны маркироваться, поскольку крышки можно легко переставить,
что приведет к путанице. Каждый контейнер должен сопровождаться требуемой регламентной
идентификацией и документацией. Все пробы опасного материала должны быть упакованы и
подписаны в соответствии с требованиями регламента.
4.8 Подготовка проб к испытанию
По прибытии к месту проведения испытаний пробы необходимо внимательно исследовать, чтобы
убедиться, что герметичность в процессе перевозки не нарушена и не произошло загрязнения. Каждую
пробу необходимо тщательно перемешать непосредственно перед приготовлением цементного
раствора (Раздел 5).
Для хранения каждая проба должна быть перенесена в подходящий герметичный контейнер (если
таковой не использовался для отгрузки), снабжена этикеткой с датой, и храниться в сухом месте, в
котором температура помещения практически не меняется. Во время испытаний каждая проба должна
быть обследована на качество и тщательно перемешана непосредственно перед приготовлением
цементного раствора.
Оптимальный срок хранения для всех проб должен быть определен поставщиком или изготовителем.
Если срок хранения неизвестен, не рекомендуется использовать добавку к цементу, которая хранилась
более 1 года.
4.9 Утилизация проб
Утилизация проб должна происходить в соответствии с требованиями регламентов.
5 Подготовка цементного раствора
5.1 Общие положения
Приготовление цементных растворов отличается от приготовления классических смесей
жидкость/твердое вещество благодаря химической активности цемента. Скорость сдвига и время
сдвига являются важными факторами при смешивании цементных растворов. Показано, что
изменение этих параметров влияет на рабочие показатели цементных растворов.
Методика, описанная в данном разделе, рекомендована для подготовки в лабораторных условиях
цементных растворов, которые не требуют специальных условий для смешивания. Если требуются
большие объемы цементного раствора, можно использовать альтернативный метод приготовления,
приведенный в Приложении А.
5.2 Аппаратура
5.2.1 Электронные весы, точностью в пределах ± 0,1 % от показываемой нагрузки.
Весы должны проходить калибровку достаточно часто, чтобы обеспечивать точность, как минимум ежегодно.
5.2.2 Механические весы, с разновесами, имеющие точность ± 0,1 % от показываемой массы.
5.2.3 Смеситель, вместимостью 1 л (1 кварта), имеющий привод к донной части и мешалку
лопастного типа.
Примеры смесителей, обычно использующихся для приготовления цементных растворов, показаны на
Рисунке 2. Контейнер для смешивания и лопасть мешалки должны быть изготовлены из коррозионно-
стойкого материала (Рисунок 3). Смеситель должен быть сконструирован таким образом, чтобы
лопасть можно было отделить от приводного механизма.
Лопасть мешалки необходимо извлечь из смесителя и взвесить перед использованием, и если
произошла 10 %-потеря массы, заменить лопасть на новую. Лопасть
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
Loading comments...