ISO 10426-5-2004 Petroleum and natural gas industries - Cements and materials for well cementing - Part 5 Determination of shrinkage and expansion of well cemen.pdf

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1、 Numro de rfrence ISO 10426-5:2004(F) ISO 2004NORME INTERNATIONALE ISO 10426-5 Premire dition 2004-12-01Industries du ptrole et du gaz naturel Ciments et matriaux pour la cimentation des puits Partie 5: Dtermination du retrait et de lexpansion la pression atmosphrique des formulations de ciments pou

2、r puits Petroleum and natural gas industries Cements and materials for well cementing Part 5: Determination of shrinkage and expansion of well cement formulations at atmospheric pressure ISO 10426-5:2004(F) DOCUMENT PROTG PAR COPYRIGHT ISO 2004 Droits de reproduction rservs. Sauf prescription diffre

3、nte, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de lISO ladresse ci-aprs ou du comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyri

4、ght office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Version franaise parue en 2013 Publi en Suisse ii ISO 2004 Tous droits rservsISO 10426-5:2004(F) ISO 2004 Tous droits rservs iiiSommaire Page Avant-propos . iv Introducti

5、on . v 1 Domaine dapplication 1 2 Rfrences normatives . 1 3 Termes et dfinitions 1 4 Echantillonnage . 1 5 Dtermination du retrait ou de lexpansion la pression atmosphrique sous conditions daccs libre deau Essai en anneau annulaire . 2 6 Dtermination du retrait apparent ou de lexpansion apparente en

6、 conditions impermables et la pression atmosphrique Essai en membrane 9 Bibliographie . 13 ISO 10426-5:2004(F) iv ISO 2004 Tous droits rservsAvant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Lla

7、boration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent ga

8、lement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniqu

9、es est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. Lattention est appele sur le f

10、ait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. LISO 10426-5 a t labore par le comit technique IS

11、O/TC 67, Matriel, quipement et structures en mer pour les industries ptrolire, ptrochimique et du gaz naturel, sous-comit SC 3, Fluides de forage et de compltion, et ciments puits. LISO 10426 comprend les parties suivantes, prsentes sous le titre gnral Industries du ptrole et du gaz naturel Ciments

12、et matriaux pour la cimentation des puits: Partie 1: Spcification Partie 2: Essais de ciments pour puits Partie 3: Essais de formulations de ciment pour puits en eau profonde Partie 4: Prparation et essais en conditions ambiantes des laitiers de ciment mousse Partie 5: Dtermination du retrait et de

13、lexpansion la pression atmosphrique des formulations de ciments pour puits ISO 10426-5:2004(F) ISO 2004 Tous droits rservs vIntroduction Les variations dimensionnelles des ciments pour puits de ptrole et de gaz aprs mise en place, phnomnes souvent dsigns par le terme de retrait (lorsque la variation

14、 dimensionnelle correspond une diminution du volume du ciment) sont souvent utilises pour expliquer divers phnomnes relatifs aux puits, y compris: un microannulaire, entranant une mauvaise adhrence, ce que montrent les diagraphies de cimentation; une communication interzonale, entrainant des rparati

15、ons coteuses; un manque dtanchit hydraulique lors de lutilisation de garnitures dtanchit (packers) gonflables au ciment. Des tentatives ont t faites pour trouver des additifs qui diminuent le retrait du ciment (le retrait tant une caractristique essentielle du ciment Portland). A ce jour, la meilleu

16、re solution apporte au retrait a t lidentification dadditifs qui favorisent lexpansion du ciment. Toutefois, mme en cas dexpansion du ciment, il sera toujours sujet un retrait interne. Dans ce cas, lexpansion apparente de lchantillon de ciment se superpose simplement au retrait interne qui affecte l

17、a porosit de lchantillon. Le retrait et lexpansion du ciment proviennent de la formation de produits dhydratation ayant une masse spcifique diffrente de la masse spcifique combine des composants de la raction. Cela peut entrainer: une variation du volume des pores; une variation de la pression des p

18、ores; une variation des dimensions de lchantillon; une variation de la contrainte interne. Dans une cellule ferme indformable, le volume des produits de lhydratation est infrieur celui des composs secs et de leau. La variation du volume des produits de lhydratation sera dsigne par le terme de retrai

19、t dhydratation interne. La variation des dimensions de lchantillon sera dsigne par le terme de retrait apparent ou dexpansion. Le retrait apparent et lexpansion du ciment dsignent le rsultat du mesurage de la variation des dimensions linaires ou du volume. Le volume auquel sont rapportes toutes les

20、variations de volume est celui du laitier immdiatement aprs mlange et mise en place dans lquipement exprimental. Dans cette partie de lISO 10426, les units sont donnes en SI, et, pour des raisons pratiques, les units couramment utilises aux Etats-Unis sont donnes entre parenthses pour information. I

21、l convient que les utilisateurs de cette partie de lISO 10426 prennent conscience que des exigences diffrentes ou complmentaires peuvent se rvler ncessaires des applications particulires. La prsente partie de lISO 10426 na pas pour but dinterdire un vendeur doffrir, ou un acheteur daccepter un matri

22、el de substitution ou des solutions techniques de rechange pour une application particulire. Cela peut tout particulirement sappliquer lorsquexiste une technologie innovante ou de pointe. Lorsquune autre solution est propose, il convient que le vendeur identifie toute diffrence par rapport la prsent

23、e Norme internationale et quil en fournisse les dtails. La prsente partie de lISO 10426 repose sur le rapport technique 10TR 2 1de lAPI. NORME INTERNATIONALE ISO 10426-5:2004(F) ISO 2004 Tous droits rservs 1Industries du ptrole et du gaz naturel Ciments et matriaux pour la cimentation des puits Part

24、ie 5: Dtermination du retrait et de lexpansion la pression atmosphrique des formulations de ciments pour puits 1 Domaine dapplication La prsente partie de lISO 10426 fournit les mthodes dessai des formulations de ciments pour puits afin de dterminer les variations de dimensions au cours du processus

25、 de vieillissement (hydratation du ciment), la pression atmosphrique uniquement. Il sagit dun document de base, car, dans les conditions relles de cimentation des puits, le retrait et lexpansion se produisent sous pression et dans des conditions denvironnement diffrentes. 2 Rfrences normatives Les d

26、ocuments de rfrence suivants sont indispensables lapplication du prsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 10426-2:2003, Industries du ptrole et du

27、gaz naturel Ciments et matriaux pour la cimentation des puits Partie 2: Essais de ciments pour puits 3 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions suivants sappliquent. 3.1 expansion apparente augmentation du volume ou des dimensions externes dun chantillon de

28、ciment 3.2 retrait apparent diminution du volume ou des dimensions externes dun chantillon de ciment 3.3 retrait dhydration diffrence de volume entre les produits dhydratation et le volume du ciment sec, des additifs et de leau 4 chantillonnage 4.1 Gnralits Des chantillons du ciment pur ou du mlange

29、 de ciment, des additifs solides et liquides, et de leau de mlange sont ncessaires pour soumettre essai un coulis conformment la prsente partie de lISO 10426. En consquence, il convient demployer la meilleure technique dchantillonnage disponible afin de sassurer que les conditions dessai et les matr

30、iaux du laboratoire soient le plus proche possible de ceux ISO 10426-5:2004(F) 2 ISO 2004 Tous droits rservstrouvs sur le chantier. Quelques dispositifs dchantillonnage couramment utiliss sont prsents dans lISO 10426-2:2003, Figure 1. 4.2 Mthode Les techniques dchantillonnage applicables pour les fl

31、uides et les matriaux utiliss sont spcifies dans lISO 10426-2:2003, Article 4. 5 Dtermination du retrait ou de lexpansion la pression atmosphrique sous conditions daccs libre deau Essai en anneau annulaire 5.1 Information gnrale Le moule dexpansion annulaire est un dispositif uniquement adapt au mes

32、urage des proprits de retrait apparent linaire ou dexpansion dune formulation de ciment. Lampleur de lexpansion dpend de la quantit dagent dexpansion, du ciment poudre, de la conception du coulis de ciment et des conditions de vieillissement (pression, temprature, temps, accs aux fluides). Il convie

33、nt de remarquer que lexpansion est fortement influence par les conditions aux limites. Le processus chimique de croissance cristalline est fortement contrl par le niveau de contraintes, et la croissance des cristaux minraux aura tendance se produire lendroit o la valeur des contraintes est la plus b

34、asse, c.d. dans lespace poral ou dans les espaces vides. Le degr de retrait et dexpansion du ciment dpend toutefois dun certain nombre de conditions, dont toutes ne peuvent tre dfinies de faon distincte. Lessai ne reprsente pas compltement lannulaire dun puits. 5.2 Appareillage 5.2.1 Moule 5.2.1.1 G

35、nralits Utiliser un matriau rsistant la corrosion (par ex. un acier inoxydable). Le diamtre externe (OD) de lanneau interne doit tre de 50,8 mm (2 in) et le diamtre interne (ID) de lanneau dexpansion externe doit tre de 88,9 mm (3,5 in). Voir les Figures 1, 2 et 3. Figure 1 Assemblage de moule typiq

36、ue (vue de dessus) Figure 2 Assemblage de moule typique (vue latrale) ISO 10426-5:2004(F) ISO 2004 Tous droits rservs 3Dimensions en millimtres (pouces) a) Base b) Couvercle c) Anneau interne d) Moule anneau annulaire e) Anneau externe f) Entretoise Figure 3 Schma des pices dun assemblage de moule t

37、ypique ISO 10426-5:2004(F) 4 ISO 2004 Tous droits rservs5.2.1.2 Etalonnage du moule La rsilience de lanneau du moule doit tre talonne annuellement. La rsilience doit tre telle que la masse de 1 000 g 1 g (2,204 6 lb 0,002 lb), applique telle quen Figure 4, doit augmenter la distance entre les deux b

38、illes de mesurage en acier (voir Figure 9) de 2 mm 0,3 mm (0,078 7 in 0,011 8 in) sans dformation permanente. Il faut sassurer, avec une attention toute particulire, que la charge est applique perpendiculairement linterstice (90) afin dviter des erreurs, qui peuvent tre facilement faites. Les lectur

39、es doivent tre rptes au moins trois fois afin dobtenir une valeur moyenne avec un cart type de 0,05 mm (0,002 in). Dimensions en millimtres Lgende 1 anneau 2 masse, 0 g 3 masse, 1 000 g 1 g (2,204 6 lb 0,002 lb) Figure 4 Schma dun mesurage dtalonnage de lanneau Essai de rsilience 5.2.1.3 Entretoise

40、Lentretoise doit tre utilise seulement dans le cas dun mesurage du retrait. Elle est utilise pour augmenter lgrement le diamtre de lanneau externe avant de verser le coulis et pour mesurer le retrait en lenlevant une fois que le ciment commence prendre. Les dimensions de lentretoise doivent tre de 3

41、,175 mm 3,175 mm et de 6,35 mm 6,35 mm (0,125 in 0,125 in et de 0,25 in 0,25 in) et de 22,0 mm (0,866 in) en hauteur; voir Figure 3. Il convient que lentretoise soit faite du mme matriau que le moule (par ex. en acier inoxydable), pour sassurer que les proprits dexpansion thermique de lentretoise so

42、ient identiques celles de lanneau externe expansible. 5.2.2 Bain-marie de vieillissement Un bain de vieillissement ou un bac dont les dimensions permettent une immersion complte du (des) moule(s) dans leau et qui peut tre maintenu 2 C ( 3 F) de la temprature dessai prescrite doit tre employ. Le bain

43、 de vieillissement est un appareil (bain) la pression atmosphrique destin au vieillissement dchantillons jusqu une temprature de 88 C (190 F). Il doit tre quip dun agitateur ou dun systme de circulation. 5.2.3 Bain de refroidissement Les dimensions du bain de refroidissement doivent tre telles que l

44、chantillon refroidir partir de la temprature de vieillissement, puisse tre compltement immerg dans leau maintenue 27 C 3 C (80 F 5 F). ISO 10426-5:2004(F) ISO 2004 Tous droits rservs 55.2.4 Systme de mesurage de la temprature Le systme de mesurage de la temprature doit tre talonn avec une prcision d

45、e 1 C ( 2 F). Un talonnage mensuel, au minimum, devra tre ralis. Le mode opratoire dcrit dans lAnnexe A de lISO 10426-2:2003, est couramment utilis. 5.2.4.1 Thermomtre Il convient dutiliser un thermomtre ayant une chelle de mesure incluant 21 C 100 C (70 F 212 F) avec des graduations minimales nexcd

46、ant pas 1 C (2 F). 5.2.4.2 Thermocouple Il convient dutiliser un thermocouple ayant une chelle de mesure approprie. 5.2.5 Consistomtre Un consistomtre atmosphrique doit tre utilis pour brasser et conditionner le coulis de ciment. Le consistomtre atmosphrique se compose dune cellule coulis cylindriqu

47、e rotative, munie essentiellement dun assemblage fixe de pale, et place dans un bain temprature rgule. Le consistomtre doit tre capable de maintenir la temprature du bain 2 C ( 3 F) de la temprature dessai et de faire tourner la cuve coulis une vitesse de 2,5 r/s 0,25 r/s (150 rpm 15 rpm) pendant le temps de brassage et de conditionnement du coulis. La pale et tous les lments de la cuve en contact avec le coulis doivent tre construi