M Ở ĐẦU
2.5.2. Ảnh hưởng của silica đến độ bền nén và độ thấm của ximăng
Eiler và Nelson [5,23] đã nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt của silica trong hỗn hợp với xi măng G đến độ bền nén ở các mức độ nhiệt độ khác nhauđến độ bền nén và độ thấm của đá xi măng.
Trên hình 2.7. Độ bền nén phụ thuộc vào cỡ hạt và nhiệt độ: 135oC, 232oC và 325oC. Trên hình 2.8. Độ thấm phụ thuộc vào cỡ hạt và nhiệt độ: 135oC, 232oC và 325oC.
Hình 2.7. Độbền nén phụthuộc vào cỡ hạtởnhiệt độ khác nhau
Hình 2.8. Độ thấm phụ thuộc vào cỡ
hạt ở nhiệt độ khác nhau
Herianto [29] đã nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng silica SS1-A đến độ bền nén trong điều kiện nhiệt độ 1500C, áp suất 13,78MPa trình bày trong bảng 2.2 và minh họa trên hình 2.9.
Bảng 2.2. Độ bền nén của đá xi măng theo hàm lượng silica
Thành phần hỗn hợp Xi măng và Silica
Độ bền nén(MPa)
1 ngày 2 ngày 3 ngày 7 ngày
Xi măngG + 0 % Silica 10,29 8,79 8,73 5,82
Xi măngG + 10% Silica 17,63 11,65 10,12 4,65
Xi măngG + 20% Silica 17,67 8,62 26,38 14,48
Xi măngG + 30% Silica 26,42 34,67 46,53 46,10
Xi măngG + 40% Silica 11,69 11,57 28,93 37,76
Hình 2.9.Độ bền của đá xi măngphụ thuộc vào hàm lượng SSA-1
Kết quả thí nghiệm trên cho thấy rằng, với 0% và 10% SSA-1 độ bền nén của xi măng có giá trị thấp nhất và thay đổi không nhiều. Đá xi măng với 20% SSA-1 độ bền của đá xi măng có tăng lên, nhưng sau 7 ngày độ bền giảm. Trong các hỗn hợp xi măng với 30% SSA-1 và 40% SSA-1 cho thấy độ bền nén tăng dần trong 3 ngày đầu. Sau đó, độ bền nén của hỗn hợp xi măng có 30% SSA-1 giảm, trong khi đó độ bền nén của hỗn hợp 40% SSA-1 tăng lên theo thời gian; với tỉ lệ silica trong khoảng 35%-40% độ bền nén đạt trị số cao nhất.
Các kết quả nghiên cứu độ bền nén trên đây (hình 2.9) chỉ giới hạn ở nhiệt độ 1500C và áp suất 13,78MPa và thời gian bảo dưỡng 7 ngày,cho nên kết quả chưa phản ánh được điều kiện thực tế trong các giếng khoan.
2.5.3. Xác định độ bền nén của đá xi măng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao
Tại phòng thí nghiệm của Công ty Halliburton đã tiến hành thí nghiệm hưởng của nhiệt độ rất cao đến độ bền nén và độ thấm của đá xi măng G + 35% SSA-1 và thời gian bảo dưỡng đến 28 ngày (phụ lục10).
Trong bảng 2.3.Độ bền nén của Xi măng + 35% SSA-1 có khối lượng riêng 1,90 g/cm3và 2,04 g/cm3phụ thuộcnhiệt độ và thời gian bảo dưỡng.
Bảng2.3. Độ bền nén của hỗn hợp xi măng+35% SSA-1
Nhiệt độ, 0 C Khối lượng riêng vữa, g/cm3
Độ bềnnén trong khoảng thời gian(MPa)
1 ngày 3 ngày 7 ngày 28 ngày
143 1,90 66,86 76,73 73,77 73,70 2,04 85,90 94,63 88,66 97,56 160 1,90 73,91 53,26 49,47 37,34 2,04 103,42 95,15 77,67 88,80 176 1,90 91,70 65,73 58,98 57,05 2,04 100,83 103,35 92,90 103,42 210 1,90 53,39 33,27 56,05 56,43 2,04 103,35 103,35 101,25 78,94
Hình 2.10.Độ bền nén của xi măng + 35% Silica cókhối lượng riêng vữa
1,905 g/cm3
Hình 2.11. Độ bền nén của xi măng + 35% Silica cókhối lượng riêng vữa
2,04 g/cm3
Hình 2.10.Độ bền nén của xi măng + 35% Silica cókhối lượng riêng vữa
1,905 g/cm3
Hình 2.11. Độ bền nén của xi măng + 35% Silica cókhối lượng riêng vữa
2,04 g/cm3
Hình 2.10.Độ bền nén của xi măng + 35% Silica có khối lượng riêng vữa
1,905 g/cm3
Hình 2.11. Độ bền nén của xi măng + 35% Silica cókhối lượng riêng vữa
Trong bảng 2.4. Độ thấm xi măng + 35% SSA-1 với khối lượng riêng 1,90 g/cm3 và 2,04 g/cm3phụ thuộcvào nhiệt độ và thời gian bảo dưỡng.
Bảng 2.4. Độ thấm của hỗn hợp xi măng + 35% SSA-1
Nhiệt độ,0C Khối lượng riêng vữa, g/cm3
Độ thấm(mD)
1 ngày 3 ngày 7 ngày 28 ngày
143 1,90 0,028 0,030 0,022 0,033 2,04 0,006 0,021 0,006 0,013 160 1,90 0,035 0,014 0,009 0,007 2,04 0,040 0,040 0,026 0,003 176 1,90 0,012 0,003 0,010 0,007 2,04 0,006 0,001 0,001 0,001 210 1,90 0,030 0,007 0,017 0,023 2,04 0,020 0,010 0,010 0,007
Hình 2.12.Độ thấm của xi măng + 35% Silica cókhối lượng riêng vữa 1,904
g/cm3
Trong bảng 2.4. Độ thấm xi măng + 35% SSA-1 với khối lượng riêng 1,90 g/cm3 và 2,04 g/cm3phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian bảo dưỡng.
Bảng 2.4. Độ thấm của hỗn hợp xi măng + 35% SSA-1
Nhiệt độ,0C Khối lượng riêng vữa, g/cm3
Độ thấm(mD)
1 ngày 3 ngày 7 ngày 28 ngày
143 1,90 0,028 0,030 0,022 0,033 2,04 0,006 0,021 0,006 0,013 160 1,90 0,035 0,014 0,009 0,007 2,04 0,040 0,040 0,026 0,003 176 1,90 0,012 0,003 0,010 0,007 2,04 0,006 0,001 0,001 0,001 210 1,90 0,030 0,007 0,017 0,023 2,04 0,020 0,010 0,010 0,007
Hình 2.12.Độ thấm của xi măng + 35% Silica có khối lượng riêng vữa 1,904
g/cm3
Trong bảng 2.4. Độ thấm xi măng + 35% SSA-1 với khối lượng riêng 1,90 g/cm3 và 2,04 g/cm3phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian bảo dưỡng.
Bảng 2.4. Độ thấm của hỗn hợp xi măng + 35% SSA-1
Nhiệt độ,0C Khối lượng riêng vữa, g/cm3
Độ thấm(mD)
1 ngày 3 ngày 7 ngày 28 ngày
143 1,90 0,028 0,030 0,022 0,033 2,04 0,006 0,021 0,006 0,013 160 1,90 0,035 0,014 0,009 0,007 2,04 0,040 0,040 0,026 0,003 176 1,90 0,012 0,003 0,010 0,007 2,04 0,006 0,001 0,001 0,001 210 1,90 0,030 0,007 0,017 0,023 2,04 0,020 0,010 0,010 0,007
Hình 2.12.Độ thấm của xi măng + 35% Silica có khối lượng riêng vữa 1,904
Hình 2.13. Độ thấm của xi măng + 35% Silica cókhối lượng riêng vữa 2,04
g/cm3
Từ kết quả trên cho thấy:
- Độ bền nén của xi măng + 35% SSA-1 đạt được độ bền nén cực đại trong điều kiện nhiệt độ từ 160-2100C và ổn định trong khoảng 28 ngày.
- Khi thời gian đóng rắn của xi măng + silica tăng lên thì độ thấm giảm. Nói chung độ thấm tất cả các mẫu thí nghiệm đều nhỏ hơn 0,1mD, hoặc có mẫu bé hơn 0,01mD.
Để xác định ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và áp suất cao (tương tự điều kiện bể Nam Côn Sơn) đến độ bền của đá xi măng, đã tiến hành thí nghiệm xác định độ bền nén bằng phương pháp không phá hủy UCA với thành phần xi măng mác G + 35% silica SSA-1. Kết quả thí nghiệm trình bày trong bảng 2.5 và phụ lục 1.
Hình 2.13. Độ thấm của xi măng + 35% Silica cókhối lượng riêng vữa 2,04
g/cm3
Từ kết quả trên cho thấy:
- Độ bền nén của xi măng + 35% SSA-1 đạt được độ bền nén cực đại trong điều kiện nhiệt độ từ 160-2100C vàổn định trong khoảng 28 ngày.
- Khi thời gian đóng rắn của xi măng + silica tăng lên thì độ thấm giảm. Nói chung độ thấm tất cả các mẫu thí nghiệm đều nhỏ hơn 0,1mD, hoặc có mẫu bé hơn 0,01mD.
Để xác định ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và áp suất cao (tương tự điều kiện bể Nam Côn Sơn) đến độ bền của đá xi măng, đã tiến hành thí nghiệm xác định độ bền nén bằng phương pháp không phá hủy UCA với thành phần xi măng mác G + 35% silica SSA-1. Kết quả thí nghiệm trình bày trong bảng 2.5 và phụ lục 1.
Hình 2.13. Độ thấm của xi măng + 35% Silica cókhối lượng riêng vữa 2,04
g/cm3
Từ kết quả trên cho thấy:
- Độ bền nén của xi măng + 35% SSA-1 đạt được độ bền nén cực đại trong điều kiện nhiệt độ từ 160-2100C vàổn định trong khoảng 28 ngày.
- Khi thời gian đóng rắn của xi măng + silica tăng lên thì độ thấm giảm. Nói chung độ thấm tất cả các mẫu thí nghiệm đều nhỏ hơn 0,1mD, hoặc có mẫu bé hơn 0,01mD.
Để xác định ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và áp suất cao (tương tự điều kiện bể Nam Côn Sơn) đến độ bền của đá xi măng, đã tiến hành thí nghiệm xác định độ bền nén bằng phương pháp không phá hủy UCA với thành phần xi măng mác G + 35% silica SSA-1. Kết quả thí nghiệm trình bày trong bảng 2.5 và phụ lục 1.
Bảng 2.5. Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định độ bền nén Điều kiện thí nghiệm Thời gian đạt trị số độ bền nén (giờ, phút) Độ bền nén trong thời gian, (MPa) Nhiệt độ,(0C) Áp suất, (MPa) 0,345 MPa 0,689 MPa 3,45 MPa 6,89
MPa 24giờ00 48giờ00
155 20,67 06,42 07,23 12,54 15,00 13,38 14,48
177 93,015 19,03 19,29 21,06 22,43 9,92 -
180 20,67 08,15 08,33 14,20 16,05 14,70 15,98
180 84,68 12,42 12,56 13,56 14,34 37,25 -
193 103,35 17,41 17,56 19,09 - 16,43 -
Từ kết quả trên cho thấy:
- Độ bền tối thiểu của đá xi măng bằng 3,45 MPa từ 12giờ 54phút đến 21giờ 06phút.
-Độ bền cực đại của đá xi măng đạt 15,98 MPa trong thời gian 48giờ. Như vậy, xi măng mác G khi bổ sung phụ gia35% SSA-1 có thể sử dụng trám giếng khoan trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao bể Nam Côn Sơn, kể cả khi nhiệt độ trong giếng đạt đến 1930C.
Kết luận chương 2
- Xi măng mác G tiêu chuẩn API trong điều kiện nhiệt độ trên 1100C, độ bền của xi măng giảm, độ thấm tăng lên, vì vậy, để trám giếng khoan xi măng mác G nhất thiết phải bổ sung silica đạt tỉ số CaO/SiO2 ≤ 1.
- Bổ sung 35% silica SSA-1 vào xi măng mác G trong điều kiện nhiệt độ 1930C độ bền nén của đá xi măng đáp ứng các yêu cầu chất lượng trám giếng khoan. SSA-1 là phụ gia có độ tinh khiết cao, cỡ hạt phù hợp với nhiệt độ cao, cho phép đạt được độ bền nén tối ưu.
- Xi măng mác G khi bổ sung 35% hàm lượng SSA-1 có thể sử dụng trám giếng khoan trong điều kiện nhiệt độ đến 1930C và áp suất cao bể Nam Côn Sơn.
Silica có khả năng làm cho xi măng có tính thủy lực, nghĩa là khả năng đóng rắn, làm việc lâu bền trong môi trường nước. Tăng hàm lượng SiO2 sẽ làm chậm thời gian ngưng kết của vữa xi măng và tăng độ chống sulfat của đá xi măng. Ngoài ra, silica khi kết hợp với một số phụ gia khác sẽ cải thiện các tính chất của vữa trong điều kiệnnhiệt độ và áp suất cao.
Chương 3. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VỮA
VÀ ĐÁ XI MĂNG TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ
VÀ ÁP SUẤT CAO