آزمایش سیمان حفاری بسیار حائز اهمیت می باشد

1. ‫بهار‬1393 ‫آزمایش‬‫تراوایی‬‫سیمان‬
‫آزمایشگاه‬‫حفاری‬
‫سید‬‫بهزاد‬‫حسین‬‫زاده‬
‫ساداتی‬
810489221

2. ‫اهمیت‬‫سیمان‬
‫سیمان‬‫ها‬‫یک‬‫جزء‬‫اساسی‬‫در‬،‫حفاری‬،‫تکمیل‬‫تعمیر‬‫و‬‫مسدود‬‫کردن‬‫چاه‬‫ها‬‫برای‬ .‫هستند‬
‫هر‬‫کاربردی‬‫یک‬‫دوغاب‬‫سیمان‬‫با‬‫مشخصات‬‫خاصی‬‫طراحی‬‫می‬‫شود‬‫و‬‫به‬‫آن‬‫موادی‬‫می‬
‫افزایند‬‫که‬‫دانسیته‬،‫دوغاب‬،‫حجم‬،‫گرانروی‬‫مقاومت‬،‫فشارشی‬‫اتل ف‬،‫سیال‬‫مهاجرت‬،‫گاز‬
‫زمان‬‫بندش‬‫را‬‫کنترل‬‫می‬‫وظیفه‬ .‫کنند‬‫اولیه‬‫سیمان‬‫در‬‫چاه‬‫جدا‬‫کردن‬‫لوله‬‫جداری‬‫از‬‫حفره‬
‫چاه‬‫می‬‫این‬ .‫باشد‬‫جداسازی‬‫از‬‫مهاجرت‬‫سیالت‬‫درون‬‫چاه‬‫به‬‫فضای‬‫حلقوی‬‫و‬‫حرکت‬‫آن‬‫به‬
‫سطح‬‫جلوگیری‬‫می‬.‫کند‬
‫اهمیت‬‫آزمایش‬‫تروایی‬‫سیمان‬
‫این‬‫وسیله‬‫برای‬‫تعیین‬‫تراوایی‬‫نسبی‬‫یک‬‫نمونه‬‫سیمان‬‫در‬‫برابر‬‫مایع‬‫و‬‫گاز‬‫مورد‬‫استفاده‬‫قرار‬
‫می‬‫نتیجه‬ .‫گیرد‬‫این‬‫آزمایش‬‫به‬‫طراحی‬‫بهتر‬‫فرمولسیون‬‫دوغاب‬‫سیمان‬‫کمک‬‫می‬‫البته‬ .‫کند‬
‫این‬‫آزمایش‬‫همیشه‬‫نشان‬‫دقیق‬‫از‬‫تراوایی‬‫واقعی‬‫سیمان‬‫را‬‫در‬‫شرایط‬‫چاه‬‫نشان‬‫نمی‬
.‫دهد‬
‫نحوه‬‫کار‬‫دستگاه‬‫های‬‫اندازه‬‫گیری‬‫تراوایی‬‫سیمان‬
1‫قرار‬ -‫دادن‬‫نمونه‬‫سیمان‬‫در‬‫یک‬‫مجموعه‬‫نگه‬‫دارنده‬
2‫عبور‬ -‫دادن‬‫گاز‬‫یا‬‫مایع‬‫از‬‫نمونه‬‫تحت‬‫فشار‬
3‫اندازه‬ -‫گیری‬‫یا‬‫ثبت‬‫فشار‬‫و‬‫دبی‬‫جریان‬‫سیال‬‫در‬‫نمونه‬
‫نگه‬‫دارنده‬‫نمونه‬‫سیمان‬
‫دو‬‫نوع‬‫نگه‬‫دارنده‬‫برای‬‫نگه‬‫داری‬‫نمونه‬‫سیمان‬‫مورد‬‫استفاده‬‫قرار‬‫می‬،‫گیرد‬‫که‬‫انتخاب‬‫آن‬
‫بسته‬‫به‬‫نوع‬‫آزمایش‬‫مورد‬‫استفاده‬‫انواع‬ .‫دارد‬‫نگه‬‫دارنده‬‫ها‬‫برای‬‫این‬‫نوع‬‫دستگاه‬‫ها‬
‫عبارت‬‫است‬:‫از‬
1-Moulded-sample holder

3. 2-cored-sample holder

4. ‫محیط‬‫به‬‫وجود‬‫آورنده‬‫فشار‬
‫معمول‬ :‫گاز‬ -‫از‬‫گازهای‬‫هوای‬‫فشرده‬‫یا‬‫نیتروژن‬‫یا‬‫گازهایی‬‫که‬‫بی‬‫خطر‬‫باشند‬‫و‬‫بتوانند‬
‫فشار‬‫گاز‬‫را‬‫ثابت‬‫نگه‬‫دارند‬‫استفاده‬‫می‬.‫شود‬
‫برای‬‫آزمایش‬‫با‬،‫گاز‬‫گاز‬‫را‬‫به‬‫طور‬‫مستقیم‬‫و‬‫تحت‬‫فشار‬‫به‬‫نمونه‬‫تزریق‬‫می‬.‫کنند‬
‫برای‬ :‫مایع‬ -‫تزریق‬‫مایع‬‫به‬،‫نمونه‬‫مایع‬‫را‬‫در‬‫یک‬‫محفظه‬‫نگه‬‫دارنده‬‫به‬‫کمک‬‫یک‬‫پیستون‬‫که‬
‫پشت‬‫پیستون‬‫گاز‬‫قرار‬‫دارد‬‫استفاده‬‫می‬‫نحوه‬ .‫کنند‬‫ی‬‫کار‬‫آن‬‫بدین‬‫صورت‬‫است‬‫که‬‫گاز‬
‫پیستون‬‫را‬‫به‬‫حرکت‬‫در‬‫می‬،‫آورد‬‫و‬‫پیستون‬‫به‬‫حرکت‬‫در‬‫آمده‬‫هم‬‫مایع‬‫را‬‫به‬‫نمونه‬‫تزریق‬‫می‬
.‫کند‬
‫نگه‬‫داشتن‬‫فشار‬‫ثابت‬‫منجر‬‫به‬‫این‬‫می‬‫شود‬‫که‬‫دبی‬‫ثابتی‬‫داشته‬.‫باشیم‬
‫وسیله‬‫ثبت‬‫یا‬‫اندازه‬‫گیری‬‫دبی‬
‫برای‬‫اندازه‬‫گیری‬‫دبی‬‫گاز‬‫از‬ball type flow meter‫یا‬electronic mass-flow meter
‫استفاده‬‫می‬‫برای‬ .‫کنیم‬‫اندازه‬‫گیری‬‫دبی‬‫مایع‬‫هم‬‫از‬‫وسایلی‬‫همچون‬rotameter‫یا‬
electronic mass-flow meter‫استفاده‬‫می‬.‫کنیم‬
‫شکل‬‫کلی‬‫این‬‫نوع‬‫دستگاه‬‫ها‬

5. 1. pressure regulator
2. air
3. water
4. pipette measuring tube
5. mercury
6. O-ring
7. mould
8. holder cap
9. holder cylinder
10. holder base
11. mould detail
A B, C, D. E. F valves : G pressure gauge

6. 1. confining pressure
2. fluid inlet
3. rubber sleeve
4. cement sample
5. tube to flow meter
6. closed position
7. open position
8. gas test valve (A)
9. liquid test valve (B)
10. valve (C)
11. bleed valve (D)
12. trap valve (E)

7. 13. Fill valve (F)
14. inlet pressure (G)
15. flow meters
16. gas inlet
17. regulator
18. liquid accumulator
19. core-holder assembly
20. tube to drain
21. check valve
‫نحوه‬‫ی‬‫محاسبه‬‫تراوایی‬
‫تراوایی‬‫یک‬‫مغزه‬‫سیمانی‬‫با‬‫اندازه‬‫گیری‬‫میزان‬‫دبی‬‫گذرنده‬‫از‬‫مغزه‬‫در‬‫یک‬‫اختل ف‬‫فشار‬
‫مشخص‬‫در‬‫راستای‬‫طول‬‫آن‬‫بدست‬‫می‬‫سپس‬ .‫آید‬‫تراوایی‬‫با‬‫استفاده‬‫از‬‫فرم‬‫مناسبی‬‫از‬
‫قانون‬‫دارسی‬‫محاسبه‬‫می‬‫سیال‬ .‫شود‬‫مورد‬‫استفاده‬‫در‬‫این‬‫دستگاه‬‫ها‬‫می‬‫تواند‬‫مایع‬‫یا‬
‫گاز‬‫رابطه‬ .‫باشد‬‫زیر‬‫برای‬‫سیال‬‫مایع‬‫و‬‫با‬‫واحد‬‫های‬‫زیر‬‫بر‬‫قرار‬.‫است‬
K: permeability (mD(
q: flow rate (mL/s(
µ: water viscosity (cp(
L: sample length (cm(
A: sample cross-sectional area (cm
2
(
ΔP: differential pressure (psi(
‫رابطه‬‫زیر‬‫برای‬‫سیال‬‫گاز‬‫و‬‫با‬‫واحد‬‫های‬‫زیر‬‫بر‬‫قرار‬.‫است‬
PA
Lq
K
∆
=
µ
700,14

8. k: permeability (mD(
qb: flow rate of gas (ml/s(
µ: water viscosity (cp(
L: sample length (cm(
pb: adjusted barometric pressure (kPa(
A: sample cross-sectional area (cm
2
(
Pi: inlet pressure. (kPa(
Po: outlet pressure (kPa(
‫نمونه‬‫ای‬‫از‬‫دستگاه‬‫ساخت‬‫شده‬‫و‬‫نحوه‬‫ی‬‫کار‬‫با‬‫آن‬
‫دستگاه‬PERMEAMETER CORE‫برای‬‫اندازه‬‫گیری‬‫تراوایی‬‫استفاده‬‫می‬‫شود‬‫که‬‫نمونه‬
‫روش‬‫اجرای‬‫تست‬‫با‬‫آن‬‫در‬2-B 10 specificationAPI‫ذکر‬‫شده‬.‫است‬

9. ‫در‬‫شکل‬‫زیر‬‫نمونه‬‫ای‬‫از‬‫این‬‫دستگاه‬‫را‬‫مشاهده‬‫می‬‫سیال‬ .‫کنید‬‫مورد‬‫استفاده‬‫در‬‫آن‬‫گاز‬
‫نیتروژن‬‫می‬‫علوه‬ .‫باشد‬‫بر‬‫اجزای‬‫نشان‬‫داده‬‫شده‬‫در‬،‫شکل‬‫دستگاه‬‫دارای‬‫اجزای‬‫زیر‬‫نیز‬
‫می‬.‫باشد‬
‫این‬‫دستگاه‬‫تراوایی‬‫یک‬‫مغزه‬‫استوانه‬‫ای‬‫سیمانی‬‫که‬‫قطر‬‫و‬‫طول‬‫آن‬‫یک‬‫اینچ‬‫باشد‬‫در‬
‫شرایط‬‫پایدار‬‫اندازه‬‫گیری‬‫می‬‫مغزه‬ .‫کند‬‫در‬)‫اسلیو‬sleeve‫(قرار‬‫داده‬‫می‬‫شود‬،‫سپس‬‫به‬
‫یک‬‫سلول‬‫هسلر‬‫تغییر‬‫یافته‬‫وارد‬‫می‬‫سپس‬ .‫شود‬‫گاز‬‫تحت‬‫اختل ف‬‫فشار‬‫ثابتی‬‫به‬‫مغزه‬
‫تزریق‬‫شده‬‫و‬‫دبی‬‫اندازه‬‫گیری‬‫می‬‫تراوایی‬ .‫شود‬‫از‬‫رابطه‬‫زیر‬‫محاسبه‬‫می‬.‫شود‬

10. ‫نحوه‬‫اجرای‬:‫تست‬
‫ابتدا‬‫طول‬‫و‬‫قطر‬‫نمونه‬‫را‬‫اندازه‬‫گیری‬‫می‬‫این‬ .‫کنیم‬‫اندازه‬‫گیری‬‫ها‬‫بعدا‬‫در‬‫نرم‬‫افزار‬‫وارد‬
‫می‬‫نمونه‬ .‫شود‬‫خشک‬‫را‬‫در‬‫نگهدارنده‬‫لستیکی‬‫قرار‬‫داده‬‫و‬‫آن‬‫را‬‫در‬‫اسلیو‬‫قرار‬‫می‬
.‫دهیم‬

11. ‫سپس‬‫اسلیو‬‫را‬‫ما‬‫بین‬‫صفحات‬‫فشار‬‫قرار‬‫می‬.‫دهیم‬
‫صفحه‬‫پایینی‬‫را‬‫به‬‫سمت‬‫بال‬‫می‬‫چرخانیم‬‫تا‬‫مطمئن‬‫شویم‬‫درز‬‫یری‬‫ی‬‫گی‬‫یوبی‬‫ی‬‫خ‬‫ین‬‫ی‬‫بی‬‫یونه‬‫ی‬‫نم‬‫و‬
‫نگهدارنده‬‫لستیکی‬‫آن‬‫به‬‫وجود‬.‫آید‬
‫شیر‬‫تغذیه‬‫گاز‬‫را‬‫باز‬‫می‬.‫کنیم‬
‫سپس‬‫نرم‬‫افزار‬‫را‬‫باز‬‫می‬.‫کنیم‬
‫از‬‫منوی‬‫"تست‬‫ست‬،"‫آپ‬‫گزینه‬‫"پروگرم‬‫را‬ "‫ادیتور‬‫انتخاب‬.‫کنید‬

12. ‫برای‬‫ایجاد‬‫تست‬‫جدید‬‫گزینه‬‫را‬ "‫"نیو‬‫انتخاب‬.‫کنید‬
‫برای‬‫تست‬‫اسمی‬‫انتخاب‬‫کنید‬‫و‬‫در‬‫صورت‬‫لزوم‬‫مراحل‬‫را‬‫اضافه‬.‫کنید‬
‫برای‬‫هر‬‫مرحله‬‫یک‬‫فشار‬‫ورودی‬‫و‬‫یک‬‫مدت‬‫زمان‬‫وارد‬.‫کنید‬
‫حد‬‫اقل‬‫فشار‬‫ورودی‬‫باید‬15psi‫توصیه‬ .‫باشد‬‫می‬‫شود‬‫در‬‫هر‬‫مرحله‬‫حداقل‬10psi‫فشار‬
‫را‬‫افزایش‬‫بیشترین‬ .‫دهید‬‫فشار‬‫نیز‬‫به‬200psi‫محدود‬‫می‬.‫شود‬
‫برای‬‫ذخیره‬‫روی‬‫گزینه‬ok‫کلیک‬.‫کنید‬
‫در‬‫صفحه‬‫اصلی‬‫نرم‬‫افزار‬‫طول‬‫و‬‫قطر‬‫نمونه‬‫را‬‫وارد‬.‫کنید‬

13. ‫وارد‬‫کردن‬‫اسامی‬،‫منابع‬‫نوع‬،‫مغزه‬‫اسم‬‫چاه‬‫و‬‫توضیحات‬‫میدانی‬‫جزء‬‫موارد‬‫اختیاری‬‫می‬
.‫باشد‬
‫حال‬‫برای‬‫آغاز‬‫تست‬‫گزینه‬‫"استارت‬‫را‬ "‫تست‬‫کلیک‬.‫کنید‬
‫در‬‫حین‬‫اجرای‬‫تست‬‫می‬‫توانید‬‫با‬‫کلیک‬‫بر‬‫گزینه‬‫"پرمی‬‫در‬ "‫بیلیتی‬‫پایین‬،‫صفحه‬‫نمودار‬
‫تراوایی‬‫را‬‫مشاهده‬.‫کنید‬
‫با‬‫استفاده‬‫از‬‫گزینه‬"Graph Y-X‫می‬ "‫توانید‬‫متغیر‬‫های‬‫زیر‬‫را‬‫روی‬‫محور‬X‫یا‬Y‫رسم‬‫کنید‬

14. ‫در‬‫پایان‬،‫تست‬‫شیر‬‫موجود‬‫روی‬‫گیره‬‫را‬‫باز‬‫کنید‬‫تا‬‫فشار‬‫تخلیه‬‫سپس‬ .‫شود‬‫گیره‬‫را‬‫باز‬‫کرده‬‫و‬
‫نمونه‬‫را‬‫بیرون‬‫شیر‬ .‫بیاورید‬‫را‬‫قبل‬‫از‬‫تست‬‫بعدی‬.‫ببندید‬
Reference:
1- “CEMENT TEST EQUIPMENT, INC.”, 2009 , Tulsa, Oklahoma, USA
2- API Standard 10B-2 I ISO 10426-2- Recommended Practice for Testing Well Cements -2004