Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Ареометр типа АГ-ЗПП ( рис. 5.1) состоит из мерного стакана 5, поплавка 4 со стержнем 3 и съемного грузика 6; стакан крепится к поплавку при помощи штифтов. На стержне имеется две шкалы: основная /, по которой определяется плотность раствора, и поправочная, которая используется при применении минерализованной воды. Прибор поставляется в комплекте с ведерком для воды 2, в которое он погружается, крышка 7 ведерка служит пробоотборником для раствора.  [1]

Ареометры типа АНТ имеют еще и спиртовой термометр, позволяющий измерять температуру жидкости с точностью до 1 С. Однако эти термометры, как правило, неточны, и не рекомендуется использовать их при проведении точных измерений плотности.  [2]

Термометрическая шкала ареометра типа БСТ изготавливается с пределами измерения от — 25 до 35 С и ценой деления шкалы 1 С.  [3]

Отсчет показаний по ареометрам типов AM и АМТ проводят до половины цены наименьшего деления шкалы.  [4]

Предназначен для исключения ошибки при измерении удельного веса глинистого и цементного растворов ареометрами типа АГ-2 , вызванной различным удельным весом воды, в которую погружается ареометр.  [5]

В настоящее время плотность раствора, приготовляемого каждой цемент-но-смесительной машиной, определяют ареометром типа АГ-2 , по данным которого вносят коррективы в режим работы машины. Следует отметить, что этот метод управления плотностью требует совершенствования.  [6]

Обычно требуется определить плотность приготавливаемого раствора каждой цементно-смесительной машиной ( установкой смесительной) специальным ареометром типа АБР ( АГ-2), по данным которого вносят коррективы в режим работы по приготовлению раствора. В начальный период приготовления раствора плотность замеряют каждые 30 — 50 с. Это позволяет сократить время выхода на заданную плотность раствора. Последние смесительные установки УС6 — 30 оснащаются тахометрами, что позволяет, ориентируясь на опыт предшествующих цементирований, быстрее получать кондиционный раствор. В смесительных установках с пневматической подачей сухого материала в смесительное устройство скорость подачи регулируется задвижкой.  [7]

Плотность тампонажного раствора является одной из важнейших его характеристик, от которой зависит гидростатическое давление в скважине, условия вытеснения бурового раствора и давление в насосах в конце цементирования. Плотность зависит от водоцементного отношения и является единственным параметром, контролируемым в процессе цементирования. Колебания плотности указывают на изменение В / Ц, что, в свою очередь, вызывает нежелательное изменение других его свойств. В лабораторной практике для определения плотности используется ареометр типа АБР-2 , состоящий из стакана, поплавка, съемного груза и сосуда для воды, а на буровой — параллельно радиоактивными плотномерами непрерывного действия. Перед замером плотности определяют погрешность АБР-2 по воде, и если она существует, то ее добавляют или отнимают от величины плотности тампонажного раствора. Затем тампонажный раствор после определения растекаемости наливается в стакан, не перекрывая две нитки резьбы, закручивается поплавок, прибор обмывается водой от вытесненного избыточного раствора ( обязательное условие) и производится замер. При этом с грузом на стакане можно замерять плотность до 1.8 г / см3, а при большей плотности груз должен быть снят.  [8]

Плотность буровых растворов

В статье мы рассмотрим следующие темы касающиеся плотности или удельного веса бурового раствора:

Как измерить плотность бурового раствора

Я знаю 2 способа замера: ареометр и весы Вестфаля. В этом видео показан способ замера ареометром(смотреть с 10:07):

Правда там без объяснения, но в целом так: наливаем в чашку ареометра раствор, закрываем и бросаем ареометр в воду. На шкале ареометра будет показана плотность.

Вот видео по весам Вестфаля(на английском, но что есть), смотрим с 0:20:

Я ареометром не пользовался, мне ближе весы Вестфаля, выглядят они так(боевая фотка с полей):

Конечно весы могут отличаться по фирме производителя, виду, цвету.

Тарирование весов Вестфаля

Перед тем как использовать, весы нужно оттарировать. Для этого мы берем чистые весы, воду почище, набираем ее в чашку, вытираем весы насухо и смотрим, что они показывают. В идеале должно быть 1 г/см 3 , 1000 кг/м 3 . Если больше или меньше, то ищем причину и исправляем или учитываем погрешность в дальнейших измерениях.

Если показания вас сильно смущают, то не поленитесь и оттарируйте весы, даже если вы недавно их тарировали. На своем опыте обжигался, когда обнаруживал заметный рост и не мог понять причину, а виной был намерзший кусочек льда).

На что обратить внимание при замере плотности промывочной жидкости:

• Бывает, что раствор газированный и тогда плотность при его замере будет меньше. Чтобы исключить газированность нужно набрать раствор в кружку и помешать его минут 5 или дать постоять минут 30, тогда большая часть газов удалится и можно мерить.
• Не забываем тарировать весы если плотность неожиданно подскочила или снизилась. Но об этом я писал выше.
• Ну и стараемся держать весы в чистоте и аккуратней с крышкой! Сколько их было потеряно.

Как рассчитать количество утяжелителя

Плотность мерить умеем. Теперь нам нужно уметь рассчитывать количество утяжелителя для получения нужной плотности.

Для этого мы воспользуемся экселевским файлом с забитыми формулами. В этом файлике выбираем лист «Расчет утяжелителя» и там, кроме таблицы основного расчета будет таблица плотностей утяжелителей, выглядит она так:

Здесь мы видим плотности самых популярных утяжелителей и максимальную плотность, до которой можно утяжелится используя их.

И так, как же считать? К примеру у нас 100 м 3 бурового раствора в циркуляции и нам понадобилось утяжелиться с 1,25 г/см 3 до 1,28 г/см 3 . Эти три сотки мы будем набирать галитом(NaCl), т. е. наш утяжелитель NaCl его плотность(из таблицы выше) равна 2,17 г/см 3 .

Вот в такой табличке мы забиваем первые три столбика и получим необходимую массу на 1м 3 . Еще раз 1 ячейка — плотность утяжелителя, 2 — Плотность до которой нужно утяжелить и 3- плотность исходного раствора.

У нас получилось 73,15 кг на 1м 3 , учитывая то, что у нас в цикле 100м 3 бурового раствора, 73,15*100=7315 кг.

7315 кг NaCl нам понадобится для того, чтобы утяжелить 100 м 3 бурового раствора с 1,25г/см 3 до 1,28г/см 3 .

Расчет смешивания растворов

Вот еще один момент у нас V₁=50м 3 раствора в цикле удельным весом ρ₁=1,20 г/см 3 и мы приготовили V₂=10м3 свежего раствора плотностью ρ₂=1,10 г/см 3 . Как посчитать какая плотность будет при смешивании?

Тут я напишу формулу и посчитаю сам:

ρ_{смешанного}=1,183 г/см 3

Используем экселевский файл выбираем лист смешивание(снизу)

Забиваем все белые ячейки, для нашего варианта получается так:

Как мы видим плотность и там и там одинакова, используйте удобный для вас способ.

Ареометр АБР-1М

Ареометр АБР-1М предназначен для измерения плотности буровых и любых других растворов, а также жидкостей и пульп, нейтральных к полиэтилену.

1. НАЗНАЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЯ

Ареометр АБР-1М предназначен для определения плотности буровых или любых других растворов, а также жидкостей и пульп, нейтральных к полиэтилену.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Диапазон измерения плотности, г/см:

• с калиброванным грузом 0,8-1,7;
• без калиброванного груза 1,7-2,6;
• цена деления шкалы ареометра (основной и поправочной), г/см3 0,01

Рабочая среда:

• вода плотностью от 0,96 до 1,039 г/см3 при температуре от 5 до 50 °С

Вместимость стакана ареометра, см 78,5 ±0,3

Предел допускаемой абсолютной погрешности при температуре исследуемого раствора, окружающей среды и воды (20 ± 2) °С, г/см3 0,01
Масса калиброванного груза, г 81,58 ± 0,1

Габаритные размеры ареометра, мм (диаметр) 66×454

Масса ареометра с футляром, кг 1,450

3. КОМПЛЕКТНОСТЬ

В комплект поставки изделия входит:

• ареометр АБР-1 1;
• футляр 1;
• руководство по эксплуатации 1;

4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Ареометр состоит из следующих элементов: стакана 1, поплавка 2, трубки 3, заглушки 4, калибров, груза 5, компенсационного груза 6.

Стакан состоит из корпуса с полостью, которая заполняется исследуемым раствором, в нижней части корпуса размещен металлический груз, предназначенный для устойчивости погруженного в воду ареометра.
Компенсационный груз 6 (дробь), предназначенный для тарировки, расположен в трубке 3. Сверху на трубку навинчивается заглушка 4.

Поплавок 2 обеспечивает плавучесть ареометра, представляет собой полый сосуд, герметичность которого обеспечивается сваркой. Нижней конусной частью поплавка выдавливаются излишки раствора из стакана до расчетного объема.
Поплавок имеет со стаканом резьбовое соединение.

Принцип работы ареометра основан на законе Архимеда. С изменением плотности исследуемого раствора меняется его масса и глубина погружения прибора в воду. Ареометр, заполненный раствором, по отношению к ареометру, заполненному водой, вытесняет при погружении такой объем воды, который по массе равен разности масс воды и исследуемого раствора.

Рабочей водой может быть пресная или минерализованная вода. Плотность исследуемого раствора замеряется с учетом поправки на плотность рабочей воды, отличной от 1 г/см3, по поправочной шкале, расположенной на трубке.

5. ПОРЯДОК РАБОТЫ С ПРИБОРОМ

1. Открыть крышку футляра и вынуть ареометр. Налить в футляр воду, имеющую температуру (20±5) °С, так как только при такой температуре получаются наиболее точные результаты измерения. Уровень воды в футляре при погружении в нее ареометра должен быть таким чтобы обеспечивалось удобное снятие показаний.
2. Проверить чистоту поплавка и стакана.
3. Стакан держать вертикально. Полость стакана заполнить водой полностью (до уровня когда вода начнет вытекать через края)!
4. Соединить поплавок со стаканом поворотом по резьбе до упора , излишки воды должны выдавиться. Соединение поплавка со стаканом по возможности всегда производить с одинаковым усилием.
5. Погрузить ареометр в футляр, резким вращением его по часовой стрелке примерно на 90° удалить воздушные пузыри и плавно остановив в спокойном положении снять показания на поправочной шкале, учитывая знак поправки: плюс или минус.
6. Извлечь ареометр из футляра, вылить воду из стакана, протереть его внутреннюю часть. Выдерживая все вышеуказанные требования в случае определения показаний по поправочной шкале, заполнить полость стакана полностью предварительно перемешанной пробой исследуемого раствора, навернуть поплавок до упора.
7. Тщательно смыть водой вытесненный поплавком раствор с поверхности стакана, слегка отклоняя его от вертикального положения.
8. Погрузить ареометр в футляр с рабочей водой, удалить пузыри и в спокойном положении прибора снять показания по основной шкале, которая состоит из двух частей. Левая часть шкалы имеет градуировку от 0,8 до 1,7 г/см3, правая — от 1,7 до 2,6 г/см3. При надетом калиброванном грузе показания следует снимать по левой шкале. Если ареометр с калиброванным грузом погрузился так, что деление 1,7 г/см3 на левой шкале оказалось ниже уровня воды в футляре, то следует убрать груз и снять показания по правой шкале.

Плотность раствора равна алгебраической сумме показаний основной и поправочной шкал. Примеры:

Показание по поправочной шкале положительное 0,08 г/см .
Показание по основной шкале 1,56 г/см3. Плотность исследуемого раствора равна: 1,56 + 0,08 = 1,64 г/см3.

6. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

После проведения замеров ареометр необходимо тщательно вымыть, насухо вытереть и уложить в футляр.

Ареометр следует защищать от воздействия агрессивных к полиэтилену жидкостей.

Периодически необходимо проводить контроль показаний ареометра.

Для этого в стакан налить воду плотностью 1,0 г/см3, имеющую температуру (+20 ± 5) °С. Собрать прибор. Измерение проводить с калиброванным грузом. Ареометр погрузить в футляр с водой той же плотности и температуры. Удалить воздушные пузырьки. Ареометр должен показывать плотность воды 1,0 ± 0,005 г/см3. Если показания другие, необходимо прибор оттарировать. Для этого снять заглушку на трубке и удалить или добавить дробь. При тарировании заглушка должна быть на трубке. После тарирования заглушку закрутить до упора.

7. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Ареометр не устанавливается на отметке 1,0 г/см3. Необходимо произвести тарировку согласно разделу 6.

8. ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ

Гарантийный срок эксплуатации — 18 месяцев со дня ввода в эксплуатацию при соблюдении условий его хранения и эксплуатации, но не более 24 месяцев с момента изготовления.

Предприятие-изготовитель несет ответственность за скрытые дефекты прибора независимо от срока гарантии.

Методика измерение плотности цементного раствора

В промысловой и лабораторной практике плотность измеряют ареометрами АГ-1, АГ-2 или АГ-ЗПЛ, позволяющими определять относительную плотность испытуемой жидкости. Для измерения используют следующие материалы и аппаратуру:

§ ареометр АГ-1 или подобный в комплекте с ведерком для воды.

Перед измерением плотности цементного раствора следует проверить правильность показаний ареометра путем измерения плотности пресной воды. Если прибор исправлен, в стакан и сосуд налита чистая пресная вода, ареометр погрузится в сосуд до отметки на шкале 1.00, что соответствует плотности воды 1000 кг/м 3 .

Для определения плотности необходимо приготовить 400 см 3 цементного раствора. Стакан прибора заполняют раствором, к нему присоединяют шкалу-поплавок. Выдавленный поплавком избыток цементного раствора смывают с поверхности прибора водой. Опустив прибор в ведро с пресной водой, по отметке на шкале ареометра против уровня воды в сосуде можно определить относительную плотность цементного раствора.

Снизу к стакану прикреплен съемный груз, ареометром можно пользоваться для измерения плотности раствора не более 1800 кг/м 3 . При более высокой плотности необходимо снять груз, а отсчет величины плотности брать по большей (правой) шкале.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. ИЗМЕРЕНИЕ КОНСИСТЕНЦИИ И
СРОКА ЗАГУСТЕВАНИЯ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

Для определения консистенции (меры подвижности) и срока загустевания цементного раствора используют консистометр КЦ-5, представляющий собой своеобразную механическую мешалку. Прибор позволяет измерять консистенцию раствора при непрерывном перемешивании и заданной температуре (до 90°С).

Техническая характеристика консистометра для цементного раствора КЦ-5:

Методика выполнения работы. Для выполнения работы используют следующие материалы и аппаратуру: испытуемый цемент;

§ весы торговые циферблатные или чашечные с разновесом;

§ цилиндр стеклянный мерный емкостью 500 см 3 ;

§ сферическую чашку с лопаткой или механическую мешалку для приготовления раствора;

§ сито с размером ячейки 0,2-0,3 мм.

Консистометр КЦ-5 (рис. 15) состоит из стакана для цементного раствора, приводимого во вращение электродвигателем, а рамки с лопастями, помещаемой внутрь стакана. При вращении стакана, заполненного цементным раствором, между раствором и лопастями возникают силы трения, приводящие к повороту рамки и закручиванию калиброванной пружины.

Рис. 15. Консистометр КЦ-5

При подготовке консистометра к эксперименту следует провести его холостой пуск. В рабочем положении рамка с лопастями не должна касаться внутренней поверхности вращающегося стакана, что подтверждается нулевым отсчетом по шкале при включении двигателя и остановке. Цемент для удаления крупных частиц просеивают через сито.

Для испытания следует приготовить 650 см 3 цементного раствора и залить его в стакан до риски на его внутренней поверхности, Стакан фиксируется в рабочем положении с помощью байонетного замка. Затем снаружи устанавливают электронагревательное устройство, заполненное необходимым количеством воды. С момента затворения цементного раствора до момента пуска прибора должно пройти не более 5 мин.

Скорость нагревания контролируют по показаниям термометра и регулируют путем изменения напряжения питания электронагревателя. Интенсивность нагрева устанавливают в соответствии с заданием на испытание, обычно в пределах 0,5-2,0 °С в 1 мин.

После включения электродвигателя и системы нагрева необходимо через каждые 5 мин записывать температуру раствора и показания по шкале прибора (табл. 4).

Форма записи результатов измерения консистенции и срока загустевания цементного раствора

* Нулевой отсчет берется в момент начала вращения стакана, когда одновременно с включением двигателя КЦ-5 включается секундомер.

Цементный раствор считается достаточно подвижным (прокачиваемым), если его начальная консистенция не превышает 10-15 единиц консистенции. Опыт прекращают, когда консистенция раствора возрастает до 50 единиц.

По данным табл. 4 строят кривую изменения консистенции во времени, называемую кривой загустевания. По графику определяют начальную консистенцию, характеризующую подвижность раствора через 20 мин испытания, и срок загустевания, который отсчитывают от момента включения Прибора до момента, когда консистенции достигает 30 единиц.

РУБЕЖНЫЙ КОНТРОЛЬ

Преподаватель выдает каждому студенту 2 вопроса из перечня вопросов к защите лабораторной работы №3, 4. Правильный ответ оценивается определенной суммой баллов и засчитывается преподавателем как защита выполненной лабораторной работы.

Вопросы для предварительной подготовки к защите лабораторной работы №3, 4:

1. Цели цементирования обсадных колонн.

2. Свойства цементного камня.

3. Прямое и обратное цементирование, преимущества и недостатки.

4. Одноступенчатый способ цементирования.

5. Многоступенчатый способ цементирования, область применения.

6. Манжетный способ цементирования.

7. Практическое значение определения плотности цементного раствора Добавки для регулирования плотности. Области применения облегченных и утяжеленных цементных растворов.

8. Практическое значение определения плотности цементного раствора.

9. Методы регулирования плотности цементного раствора.

10. Методы регулирования растекаемости цементного раствора.

11. Зависимость плотности цементного раствора от водоцементного отношения.

12. Устройство ареометра. Методика определения относительной плотности цементного раствора.

13. Устройство конуса АЗНИИ. Методика определения растекаемояти цементного раствора.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. ИЗМЕРЕНИЕ СРОКОВ
СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

Срок начала и конца схватывания определяют с помощью прибора Вика путем периодического измерения глубины погружения в образец твердеющего раствора иглы стандартного размера под действием постоянной нагрузки.

Используемое оборудование. Прибор Вика (рис. 16) состоит из металлического стержня 1, свободно перемещающегося в вертикальной обойме станины 2. Для закрепления стержня на требуемой высоте служит зажимной винт или специальный стопор 3. В нижнюю часть стержня 1 ввинчивается стальная игла 4. На станине укреплена шкала 6 с делениями от 0 до 40 мм. В коническое кольцо 7, установленное на пластинке, заливают цементный раствор.

Рис. 16. Прибор Вика.

Методика выполнения работы. Для выполнения этой работы используются следующие материалы и аппаратура:

§ прибор Вика; кольцо для раствора;

§ сферическая чашка с лопаткой или механическая мешалка для приготовления цементного раствора;

§ весы технические или торговые с разновесом;

§ мерный цилиндр вместимостью 250 см 3 ;

§ линейка металлическая или деревянная;

§ ванна с гидравлическим затвором и нагревателем (электронагреватель или газовая горелка);

Перед началом испытания следует проверить, свободно ли опускается стержень прибора и совпадает ли при опускании иглы на донную пластину нулевое деление шкалы с риской на стержне. В случае их несовпадения проводят регулировку прибора либо учитывают выявленное отклонение при измерениях.

Для определения сроков схватывания следует приготовить 300 см 3 цементного раствора, который после 3-минутного перемешивания заливают в коническое кольцо. Стенки кольца и донную пластинку смазывают машинным маслом, иначе схватившийся Образец будет трудно удалить из кольца. В протоколе испытания (табл. 1) необходимо зафиксировать момент затворения (по часам), то есть момент вливания вода в цемент, так как от него ведется отсчет сроков схватывания.

Раствор заливают в кольцо с некоторым избытком, который сразу же срезают линейкой. Затем кольцо накрывают металлической или стеклянной пластинкой, смазанной маслом. Пластинку прижимают к кольцу специальным приспособлением. Закрытое кольцо немедленно погружают в водный термостат с заданной в пределах 30-90 °С температурой. При определении сроков схватывания при комнатной температуре иглу погружают в образец через каждые 15 мин, при повышенных температурах – через каждые 5 мин.

Перед погружением иглу следует установить вровень с поверхностью образца раствора и закрепить стержень. Отпускают винт и дают игле возможность свободно погружаться в раствор. После каждого погружения иглу следует вытирать, а кольцо смещать, чтобы игла погружалась каждый раз в новое место. Во время опыта нужно оберегать кольцо с раствором от толчков и сотрясений, а иглу от искривления при возможных ударах ее о донную пластинку, пока образец не начал схватываться.

Промежуток времени от момента затворения до момента, когда игла при погружении в образец не доходит до дна кольца с раствором на 1-2 мм, называют сроком начала схватывания. Промежуток времени от момента затворения до момента, когда игла погружается в раствор не более чем на 1 мм, называют сроком конца схватывания.

Ареометр

Ареометр — прибор для измерения плотности жидкостей и твёрдых тел, принцип работы которого основан на Законе Архимеда [1] . Считается, что ареометр изобрела Гипатия.

Содержание

Конструкция и принцип действия [ править | править код ]

Обычно представляет собой поплавок из стекла, утяжеляемый дробью или ртутью для достижения необходимой массы. В верхней, узкой части находится шкала, которая проградуирована в значениях плотности раствора или концентрации растворенного вещества. Плотность раствора равняется отношению массы ареометра к объёму, на который он погружается в жидкость. Соответственно, различают ареометры постоянного объёма и ареометры постоянной массы [1] .

• Для измерения плотности жидкости ареометром постоянной массы сухой и чистый ареометр помещают в сосуд с этой жидкостью так, чтобы он свободно плавал в нём. Значения плотности считывают по шкале ареометра, по нижнему краю мениска. У ареометров постоянной массы пределы измерений обычно довольно узкие, и на практике пользуются наборами поплавков.
• Для измерения ареометром постоянного объёма изменяют его массу, достигая его погружения до определённой метки. Плотность определяется по массе груза (например, гирек) и объёму вытесненной жидкости.

Шкалы [ править | править код ]

Для практического применения ареометр градуируют в концентрации растворенного вещества, например:

• Спиртомер — в процентах алкоголя для измерения крепости напитка;
• Лактометр — в процентах жира для определения качества молока;
• Солемер — для измерения солености раствора;
• Сахаромер — при определении концентрации растворенного сахара;

Так как плотность жидкостей сильно зависит от температуры, измерения концентрации должны проводиться при строго определенной температуре, для чего ареометр иногда снабжают термометром.

Различают следующие виды ареометров:

• ареометр общего назначения АОН-1, АОН-2, АОН-3, АОН-4, АОН-5;
• ареометр для молока АМ, АМТ;
• ареометр для нефтепродуктов АН, АНТ-1, АНТ-2;
• ареометр для урины АУ;
• ареометр для спирта АСП-1, АСП-2, АСП-3, АСП-Т;
• ареометр для электролита АЭ-1, АЭ-2, АЭ-3;
• ареометр для грунта АГ;
• ареометр для сахара АС-2, АС-3, АСТ-1, АСТ-2;
• ареометр для кислот АК-1, АК-2;
• ареометр-гидрометр с термометром АЭГ.

Шкала Боме [ править | править код ]

Французский химик Антуа́н Боме́ в 1768 году разработал современную конструкцию ареометра и шкалу плотности жидкостей в градусах Боме, обозначаемых как degrees Baumé, B°, Bé° и просто Baumé, Бомэ, Боме, которые изначально были численно равны концентрации раствора поваренной соли (хлорида натрия) в процентах по массе при 16 °C . Позднее шкала уточнялась и исправлялась. Шкала Боме используется на практике по сей день, но в России отменена в 1930-е гг.

Между плотностью и количеством градусов Боме существует несложная математическая зависимость, но в разных источниках приводятся разные численные коэффициенты: