《GB2020石油和天然气工业 固井用水泥和材料第6部分：水泥浆静胶凝强度测试方法》标准全文及编制说明

Petroleum and natural gas industries

—Cements and materials for well

cementing—

Part 6:Methods for determining the static gel strength of cement formulations

石油和天然气工业固井用水泥和材料

第6部分：水泥浆静胶凝强度测试方法

译文

目次

前言................................................................ 错误！未定义书签。

引言................................................................................. I

1 范围 (1)

2 规范性引用文件 (1)

3 术语与定义 (1)

4 取样 (2)

5 制备 (2)

6 使用旋转型静胶凝强度测试仪的试验方法 (2)

7 使用超声波静胶凝强度测试仪的试验方法 (3)

8 使用间歇式旋转型静胶凝强度测试仪的试验方法 (5)

附录 A （资料性附录）临界静胶凝强度——附加说明 (1)

参考文献............................................................................................................................ 错误！未定义书签。

引言

在特殊固井作业中，静胶凝强度SGS是一个非常重要的设计参数。特殊固井作业包括：浅水层固井作业、打水泥塞作业以及某些特殊情况下作业。作业者为了满足特殊的固井设计需要，确定了水泥浆的胶凝强度特性。最早使用旋转粘度计测试水泥浆静胶凝强度SGS。目前使用旋转型静胶凝强度测试仪、间歇式旋转型静胶凝强度测试仪以及超声波静胶凝强度测试仪等专门仪器进行测试。ISO 10426的本部分提供了使用这三种类型的仪器进行静胶凝强度SGS测试的协议。

值得注意的是由于样品量、仪器结构、SGS测试方法的不同，造成ISO10426本部分提供的三种测试仪，所测试的试验结果存在相当大的差异。

静胶凝强度测试结果作为水泥浆设计或技术评估的单一或主要工程参数时，必需注意这一点。

ISO 10426的本部分括号中给出的为USC单位。ISO 10426的本部分不是必需使用IS单位或是USC 单位。本部分已经考虑了仪器测量的精确度。如：温度计通常以1度为基础增量，因此本标准中的温度已经被四舍五入至最接近的温度值。

ISO 10426的本部分中，校正仪器以确保测量结果的准确。准确度指测量值与实际值或真实值的一致程度。准确度与精确度或试验结果的可重现性有关。精确度是进一步测量或计算而得到的相同或相似的试验结果。精确度可以表征为测量结果的偏离度。计算或测量的结果可以准确但不精确，精确但不准确，两者都不允许还是两者都允许。如果结果即准确又精确，那么这个结果是有效的。

ISO 10426的附录A为资料性附录。

石油和天然气工业——固井用水泥和材料

第6部分：水泥浆静胶凝强度测试方法

1 范围

ISO 10426的本部分规定了需求并提供了可模拟井况下水泥浆静胶凝强度测试方法以及相关材料。

2 规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

ISO 10426-2：2003 石油和天然气工业——油井固井用水泥和材料——第2部分：油井

水泥试验方法

3 术语与定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

井底压力 BHP

井底静液柱压力由井的垂深、井筒中的流体密度计算而得。

3.2

井底循环温度 BHCT

顶替过程中，井筒内水泥浆所能遇到的最高温度。

3.3

临界静胶凝强度时间 CSGSP

水泥浆从临界静胶凝强度发展到250Pa（500 lbf/100ft2）静胶凝强度所需的时间间隔。

3.4

临界静胶凝强度 CSGS

水泥失重后导致液柱（或其他环空流体）与地层孔隙压力相平衡时的水泥静胶凝强度。

见附录A

注意：临界静胶凝强度单位为帕斯卡/平方米或牛顿/平方米（每100平方英尺的磅力）。

3.5

静胶凝强度 SGS

一种剪切强度，将有胶凝特性的流体从已知长度和形状的圆管柱或环空中驱动所需的驱动力。

注意：静胶凝强度单位为帕斯卡/平方米或牛顿/平方米（每100平方英尺的磅力）。

4 取样

4.1 总则

本标准进行水泥浆试验可能需要水泥、水泥混料、固体和液体外加剂、拌合水以及配浆混合水的样品。为确保实验室试验条件、材料尽可能与井场相近，应采用现有的最佳取样技术。

4.2 方法

水泥、水泥混料、固体和液体外加剂、拌合水的常见取样方法应按ISO 10426-2:2003的第4部分进行。如果需要，拌合水、水泥、水泥混料、液体外加剂的温度可以用精度为± 2 °C (±3 °F)的热电偶或温度计测量，并记录温度。温度测量系统的校正应不少于每3个月1次（例如：热电偶）或每年1次（例如：温度计）。

注意：常见的取样器见ISO 10426-2:2003的图1。

5 制备

水泥浆按ISO 10426-2:2003第5部分的方法制备。水泥样品与混合水的试验温度应分别控制在井场温度± 2 °C (±3 °F)的范围之内。如果井场条件未知，混合水与水泥应在23 °C ± 2 °C (73 °F ± 3 °F)内迅速混合。

如果需要制备大体积的水泥浆，则按照ISO 10426-2:2003附录A.1的方法进行。

注意：水泥浆密度的测定按照ISO 10426-2:2003第6部分规定进行。

6 使用旋转型静胶凝强度测试仪的试验方法

6.1 仪器

该仪器包含一个压力腔，压力腔可模拟固井作业程序进行加热和加压。静凝胶强度(SGS)由已知几何形状的浆叶在低速下旋转所需的扭矩计算而得。在静凝胶强度试验的搅拌阶段，浆叶的旋转速度通常是连续的，大小为0.0000092 r/s (0.2°/min)。模拟井中顶替过程的初始搅拌速度通常是2.5 r/s±0.25 r/s (150 r/min±15 r/min)。旋转型静凝胶强度测定仪应按照制造商的说明进行校准。测试期间，测试腔中的水泥浆升温升压应按固井试验方案进行（见6.2.2）。利用置于测试腔中央的ASTM E220型“特殊”J型热电偶测定水泥浆温度。温度测量系统的准确度应校准至± 2 °C (±3 °F)，校准次数应不少于每3个月1次。

注：可根据水泥浆设计的需要，调整仪器的旋转速度。仪器旋转速度的允许范围为0.0000069 r/s (0.15°/min) ~ 0.0000231 r/s (0.5°/min)。

6.2 试验步骤

6.2.1

如果测试中有分批混合，测试时间应包括批混的时间。在批混时间段内，水泥浆应置于设计温度下，压力应为大气压。搅拌速度通常为2.5 r/s ± 0.25 r/s (150 r/min ± 15 r/min)。如果没有批混时间，忽略此步。

6.2.2