M Ở ĐẦU
3.3.3. Kết quả thí nghiệm độ bền nén của vữa ximăng đóng rắ n
Trong bảng 3.4. Bảng tổng hợp kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất cao đến độ bền nén của vữa xi măngcó khối lượng riêng 2,04– 2,22 g/cm3(xem phụ lục 1).
Bảng 3.4.Bảng tổng hợp độ bền nén của vữa xi măng. Độ bền nén Mẫ u Khối lượng riêng vữa, g/cm3 Điều kiện thí nghiệm
Thời gian đạt đến các giá trị độ bền nén(giờ. phút))
Độ bền nén đạt được theo thời gian(MPa)
Nhiệt độ, 0 C Áp suất, MPa 0,345 MPa 0,689 MPa 3,45 MPa 6,89 MPa 12 giờ 24 giờ 48 giờ A 2,04 155 20,67 6.42 723 12.54 15.00 - 13,38 17,47 B 2,13 155 20,67 8.15 8.33 14.20 16.05 - 14,70 - C 2,13 170 20,67 18.02 18.31 20.36 22.11 8,88 10,94 19,84 D 2,10 177 93,10 19.03 19.29 21.08 22.43 - 9,92 - E 2,22 180 20,67 14.03 14.16 15.21 16.04 - 23,39 - F 2,22 180 20.67 12.42 12.56 13.56 14.34 - 37,28 - G 2,22 193 103,40 17.41 17.56 19.40 19.57 - 1645
Trên các hình từ 3.13 - 3.19: sự phát triển độ bền nén của vữa xi măng. Đường màu xanh - nhiệt độ; đường màu đỏ - thời gian suy giảm sóng siêu âm; đường màu xanh lục-độ bền nén.
Hình 3.13 -Độ bền nén của đá xi măngkhối lượng riêng vữa 2,04 g/cm3
Hình 3.14.Độ bền nén của đá xi măngkhối lượng riêng vữa 2,13 g/cm3(mẫu
B),ở nhiệt độ 155oC và áp suất 20,67MPa.
Hình 3.15. Độ bền nén của đá xi măng khối lượng riêng vữa 2,13 g/cm3(C)
ở nhiệt độ 170oC và áp suất 20,67MPa.
Từ trên biểu đồ ta có thể thấy sự phát triển độ bền nén trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao theo thời gian thực. Khi nhiệt độ từ 200C tăng dần lên lên đến nhiệt độ 1700C (áp suất không thể hiên trên biểu đồ), xảy ra quá trình thủy hóa và tạo cấu trúc trong vữa xi măng. Sau một khoảng thời gian ứng
suất trượt tĩnh kết thúc, độ bền nén (đường màu xanh lục) phát triển đạt đến giá trị 3,45 MPa tại thời điểm 20giờ 36phút - đây được gọi là độ bền cực tiểu hoặc độ bền nén sớm và sau đạt giá trị cực đại ở thời điểm 48giờ00phút.
Trên biểu đồ còn cho phép dự báo thời gian chờ ngưng kết và dự báo ứng suất trượt tĩnh cuả vữa xi măng.
Hình 3.16.Độ bền nén của đá xi măngkhối lượng riêng vữa 2,10 g/cm3(D) ở
nhiệt độ 177oC và áp suất 93,10 MPa
Hình 3.17. Độ bền nén của đá xi măngkhối lượngriêng vữa 2,22 g/cm3(E)
Hình 3.18. Độ bền nén của đá xi măngkhối lượng riêng vữa 2,22 g/cm3(F)
ở nhiệt độ 180 oC và áp suất 20,67.
Hình 3.19. Độ bền nén của đá xi măngkhối lượng riêng vữa 2,22 g/cm3(G)
ởnhiệt độ 193 oC và áp suất103,4 MPa.
Từ các số liệu trong bảng 3.1 và được minh họa trên các hình 3.14 - 3.19 cho thấy độ bền nén của đá xi măng với khối lượng riêng khác nhau đều tăng dần và đạt các giá tri cực đại dưới tác của của áp suất cao và gia tăng của nhiệt độ. Thực tế cho thấy hơn 90% độ bền nén của xi măng trong giếng
khoan thường phát triển trong 48 giờ sau thời gian khuấy trộn, cho nên có thể xác định độbền nén trong khoảng 48 giờ. Đó cũng là thời gian tối thiểu trước khi đo địa vật lý giếng khoan.
Một giai đoạn quan trọng trong lúc đầu sau khi trám xi măng là Thời gian chờ đông cứng xi măng. Đó là thời gian độ bền nén phát triển trong vữa ngay sau khi độ bền tĩnh của gel. Thời gian chờ xi măng đóng rắn (WOC wait on cement) là thời gian được chọn để xi măng có độ bền nén cực tiểu, bằng 3,45 MPa theo tiêu chuẩn API.
Khi vữa xi măng được điều chế và bơm vào giếng, vữa xi măng bắt đầu thay đổi trạng thái lỏng ban đầu và chuyển dần thành vật thể rắn có ứng suất khi bắt đầu hình thành gel và chất lỏng xuất hiện áp suất thủy tĩnh biểu hiện sự biến dạng trượt và gel có ứng suất. Độ bền tĩnh của gel xuất hiện do sự giảm thể tích làm giảm áp suất. Sự chuyển pha có ý nghĩa rất quan trọng, bởi vì trong cột xi măng trạng thái bắt đầu tự duy trì và phần lớn áp suất thủy tĩnh không chuyển cho dòng chảy biến đổi pha có nhiều thời gian để giảm thể tích. Hiện tượng này dẫn đến sự xâm nhập khí qua vành đá xi măng và làm giảm chất lượng trám xi măng trong giếng khoan. Đề phòng sự xâm nhập khí bằng cách giảm thời gian biến đổi pha hoặc nâng vận tốc phát triển độ bền nén của vữa xi măng.
Trên hình 3.21. Mẫu lõi đá xi măng được thí nghiệm trên máy đo UCA trong điều kiện nhiệt độ 1770C và áp suất 93,1 MPa. Độ bền nén cực tiểu3,44 MPa trong thời gian 21giờ 08phút, và độ bền nén 9,92 MPa trong thời gian 24giờ00phút.
Hình 3.20. Mẫu lõi xi măng theo đơn pha chế1 (Phụ lục4)
Trên hình 3.21. Mẫu lõi đá xi măng được thí nghiệm trên máy đo UCA trong điều kiện nhiệt độ 1930C và áp suất 103,4 MPa. Độ bền nén cực tiểu 3,45 MPa trong thời gian 19giờ04phút, và độ bền nén 16,17 MPa trong thời gian 24giờ00 phút.
Hình 3.21. Mẫu lõi xi măng theo đơn pha chế2 (Phụ lục6)
Sử dụng xi măng mác G làm xi măng nền, có bổ sung 35% silica SSA- 1 và một số chất phụ gia khác, cho thấy độ bền nén của vành đá xi măng gia tăng rất nhanh theo nhiệt độ và áp suất. Độ bền nén non tuổi phát triển nhanh
sẽ rút ngắn thời gian biến đổi pha, làm giảm nguy cơ xâm nhậpkhí trong vành đá xi măng.