CSTM-油井水泥超聲波靜膠凝強(qiáng)度試驗(yàn)方法

ICSXX.XXX.XXXXX中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CSTMXXXXX-201X油井水泥超聲波靜膠凝強(qiáng)度試驗(yàn)方法TestMethodforUltrasonicStaticGelStrengthofOilWellCement（征求意見稿）201X-XX-XX發(fā)布201X-XX-XX實(shí)施發(fā)布中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)T/CSTMXXXXX—2018T/CSTMXXXXX—20191I前??言本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)建筑材料領(lǐng)域委員會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)建材領(lǐng)域委員會(huì)水泥技術(shù)委員會(huì)歸口T/CSTMXXXXX—2018T/CSTMXXXXX—2018油井水泥超聲波靜膠凝強(qiáng)度試驗(yàn)方法范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了油井水泥超聲波靜膠凝強(qiáng)度試驗(yàn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于油井水泥靜膠凝強(qiáng)度測定。規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T10238油井水泥GB/T19139油井水泥試驗(yàn)方法術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。井底壓力BHP由井的垂深、井筒中的流體密度計(jì)算而得的井底液柱壓力。井底循環(huán)溫度BHCT注水泥過程中，井筒內(nèi)水泥漿所能達(dá)到的最高溫度。臨界靜膠凝強(qiáng)度時(shí)間CSGSP水泥漿從臨界靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展到靜膠凝強(qiáng)度為250Pa時(shí)所需的時(shí)間。臨界靜膠凝強(qiáng)度CSGS水泥漿靜液柱壓力損失導(dǎo)致環(huán)空靜液柱壓力與地層孔隙壓力達(dá)到平衡時(shí)的水泥漿靜膠凝強(qiáng)度。注：臨界靜膠凝強(qiáng)度單位為Pa或N/m2。靜膠凝強(qiáng)度SGS將膠凝流體從已知長度和形狀的圓管柱或環(huán)空中驅(qū)動(dòng)所需的剪切強(qiáng)度（應(yīng)力）。注：靜膠凝強(qiáng)度單位為Pa或N/m2。取樣總則本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水泥漿試驗(yàn)可能需要水泥或水泥混料、固體和液體外加劑、拌合水。應(yīng)采用現(xiàn)有的最佳取樣技術(shù)，以確保實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)條件、材料與現(xiàn)場盡可能相近。方法水泥、水泥混料、固體和液體外加劑、拌合水的常見取樣方法應(yīng)按GB/T19139的規(guī)定進(jìn)行。如果需要，拌合水、水泥、水泥混料、液體外加劑的溫度可以用精度為±2°C的熱電偶或溫度計(jì)測量，并記錄溫度。溫度測量系統(tǒng)的校正應(yīng)不少于每季度1次（例如：熱電偶）或每年1次（例如：溫度計(jì)）。樣品制備按GB/T19139的方法準(zhǔn)備試驗(yàn)樣品。水泥樣品與拌合水的試驗(yàn)溫度應(yīng)與現(xiàn)場溫度相差不超過±2°C。如果現(xiàn)場條件未知，水泥樣品與拌合水應(yīng)在23°C±2°C內(nèi)混合。如果需要制備大體積的水泥漿，則按照GB/T19139的方法進(jìn)行。水泥漿密度的測定，按照GB/T19139的方法進(jìn)行。6超聲波靜膠凝強(qiáng)度試驗(yàn)方法6.1儀器將水泥漿置于一個(gè)可控溫、控壓的壓力釜內(nèi)，在靜態(tài)條件下進(jìn)行測試，該壓力釜可測量水泥漿的聲學(xué)特性。第一個(gè)傳感器產(chǎn)生一個(gè)可穿過樣品的聲波信號(hào)。第二個(gè)傳感器測量并記錄穿過樣品的聲波信號(hào)振幅的大小。根據(jù)聲波信號(hào)振幅大小與靜凝膠強(qiáng)度的關(guān)系式確定樣品的靜凝膠強(qiáng)度值。超聲波靜凝膠強(qiáng)度儀應(yīng)根據(jù)制造商說明書進(jìn)行校準(zhǔn)。測試期間，測試釜中的水泥漿升溫升壓應(yīng)按試驗(yàn)方案進(jìn)行（見7.2.6或7.3.4）。利用置于測試釜中央的J型熱電偶測定水泥漿溫度。溫度測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度應(yīng)校準(zhǔn)至±2°C，校準(zhǔn)次數(shù)應(yīng)不少于每季度1次。6.2增壓養(yǎng)護(hù)樣品的試驗(yàn)步驟6.2.1使用GB/T19139中規(guī)定的稠化儀進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。6.2.2將水泥漿置于增壓稠化儀漿杯中，按照GB/T19139的方法進(jìn)行稠化試驗(yàn)。6.2.3如果現(xiàn)場采用批混作業(yè)，測試時(shí)間應(yīng)包括批混時(shí)間。在批混時(shí)間內(nèi)，水泥漿應(yīng)置于設(shè)計(jì)溫度下，壓力應(yīng)為常壓。攪拌速度通常為150r/min±15r/min。如果沒有批混，忽略此步。6.2.4計(jì)算水泥漿到達(dá)井底所需時(shí)間以及水泥漿頂替至目的層所需時(shí)間。在水泥漿到達(dá)井底所需時(shí)間內(nèi)，將水泥漿溫度和壓力逐步升至井底循環(huán)溫度和井底壓力。然后調(diào)整水泥漿的溫度和壓力至目的層循環(huán)溫度和壓力。在模擬頂替過程中，溫度應(yīng)維持在目標(biāo)溫度±3°C的范圍內(nèi)，壓力應(yīng)維持在目標(biāo)壓力±2MPa的范圍內(nèi)。在升溫升壓過程的最后10min，溫度應(yīng)在目標(biāo)溫度值±1°C的范圍內(nèi)，壓力應(yīng)在目標(biāo)壓力值±0.7MPa的范圍內(nèi)。達(dá)到目的層循環(huán)溫度后，維持目標(biāo)溫度和壓力5min±30s。攪拌速度一般為150r/min±15r/min。水泥漿達(dá)到目的層的循環(huán)溫度和壓力，所需時(shí)間為頂替時(shí)間減去到達(dá)井底時(shí)間。為安全起見，如果養(yǎng)護(hù)溫度大于88°C，水泥漿從增壓稠化儀取出之前，關(guān)閉加熱器，并盡快將水泥漿冷卻至88°C左右。假設(shè)100°C為水的沸點(diǎn)溫度，88°C為安全溫度。如果試驗(yàn)現(xiàn)場，水的沸點(diǎn)溫度小于100°C，則相應(yīng)地調(diào)整試驗(yàn)溫度。6.2.5緩慢釋放壓力（大約1400kPa/s）。從稠度儀中取出漿杯，保持漿杯垂直，以避免油混入水泥漿。擰下漿杯頂部緊鎖環(huán)，從漿葉軸上取下驅(qū)動(dòng)塊、墊圈和橡膠隔膜蓋。抽走、吸干橡膠隔膜上面的油。取下橡膠隔膜和支撐環(huán)。抽走、吸干水泥漿上面所有殘留的油。如果污染嚴(yán)重，則廢棄該水泥漿并重新開始。取出漿葉，用刮刀迅速攪拌水泥漿以確保水泥漿均勻。增壓稠度儀內(nèi)取出的水泥漿，在5min之內(nèi)倒入靜膠凝強(qiáng)度儀漿杯中。6.2.6將水泥漿置于超聲波靜凝膠強(qiáng)度測定儀的測試釜內(nèi)，該測試釜需預(yù)熱至目的層循環(huán)溫度或88°C中較低值。將試樣加壓至目的層壓力或儀器的極限壓力。如果目的層溫度大于88°C，以2°C/min的速度將溫度逐步升至目的層循環(huán)溫度。靜凝膠強(qiáng)度測試過程中，試驗(yàn)溫度應(yīng)保持在目標(biāo)值±1°C的范圍內(nèi)，試驗(yàn)壓力應(yīng)保持在目標(biāo)值±0.7MPa的范圍內(nèi)。如果需要延長水泥漿液態(tài)時(shí)間，試驗(yàn)溫度應(yīng)在達(dá)到目的層循環(huán)溫度之后的240min內(nèi)，升至井底循環(huán)溫度。6.2.7當(dāng)達(dá)到目的層循環(huán)溫度時(shí)，記錄靜凝膠強(qiáng)度值和運(yùn)行時(shí)間。記錄達(dá)到50Pa、100Pa、150Pa、200Pa和250Pa靜凝膠強(qiáng)度的時(shí)間。同時(shí)記錄靜凝膠強(qiáng)度測試所用儀器的制造商、設(shè)備型號(hào)和養(yǎng)護(hù)類型。6.3常壓養(yǎng)護(hù)樣品的試驗(yàn)步驟6.3.1配漿后1min之內(nèi)，將水泥漿倒入常壓稠化儀養(yǎng)護(hù)漿杯中。6.3.2如果現(xiàn)場采用批混作業(yè)，測試時(shí)間應(yīng)包括批混時(shí)間。在批混時(shí)間內(nèi)，水泥漿應(yīng)置于設(shè)計(jì)溫度下，壓力應(yīng)為常壓。攪拌速度通常為150r/min±15r/min。如果沒有批混，忽略此步。6.3.3計(jì)算水泥漿到達(dá)井底所需時(shí)間以及水泥漿頂替至目的層所需時(shí)間。在水泥漿到達(dá)井底所需時(shí)間內(nèi)，將水泥漿溫度逐步升至井底循環(huán)溫度或88°C中的較低值，然后調(diào)整水泥漿的溫度至目的層的循環(huán)溫度。在模擬頂替過程中，溫度應(yīng)維持在目標(biāo)溫度±3℃的范圍內(nèi)。在升溫過程的最后10min，溫度應(yīng)在目標(biāo)溫度值±1°C的范圍內(nèi)，達(dá)到目的層循環(huán)溫度后，維持目標(biāo)溫度5min±30s。攪拌速度一般為150r/min±15r/min。水泥漿達(dá)到目的層循環(huán)溫度所需時(shí)間為頂替時(shí)間減去到達(dá)井底時(shí)間。溫度達(dá)到目的層的循環(huán)溫度或88°C時(shí)，取出攪拌葉，用刮刀迅速攪拌水泥漿以確保水泥漿均勻。常壓稠度儀內(nèi)取出的水泥漿，在5min之內(nèi)倒入靜膠凝強(qiáng)度儀漿杯中。6.3.4將水泥漿置于超聲波靜凝膠強(qiáng)度測定儀的測試釜內(nèi)，該測試釜需預(yù)熱至目的層溫度或88°C中較低值。將樣品加壓至目的層壓力或儀器的極限壓力。如果目的層溫度大于88°C，以2°C/min的速度將溫度逐步升至目的層循環(huán)溫度。靜凝膠強(qiáng)度測試過程中，試驗(yàn)溫度應(yīng)保持在目標(biāo)值±1°C的范圍內(nèi)，試驗(yàn)壓力應(yīng)保持在目標(biāo)值±0.7MPa的范圍內(nèi)。如果需要延長水泥漿液態(tài)時(shí)間，試驗(yàn)溫度應(yīng)在達(dá)到目的層循環(huán)溫度之后的240min內(nèi)，升至井底循環(huán)溫度。6.3.5當(dāng)達(dá)到目的層溫度時(shí)，記錄靜凝膠強(qiáng)度值和運(yùn)行時(shí)間。記錄達(dá)到50Pa、100Pa、1