この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
この文書の開発に使用される手順と、そのさらなる保守を目的とした手順は、ISO/IEC 指令第 1 Part に記載されています。特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令Part 2 部の編集規則に従って起草されました ( www.iso.org/directives を参照)
ISO は、この文書の実装に特許の使用が含まれる可能性があることに注意を促しています。 ISO は、請求された特許権に関する証拠、有効性、または適用可能性に関していかなる立場もとりません。この文書の発行日の時点で、ISO はこの文書の実装に必要となる可能性のある特許の通知を受け取っていません。ただし、実装者は、これが www.iso.org/patents で入手可能な特許データベースから取得できる最新の情報を表していない可能性があることに注意してください。 ISO は、かかる特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。
本書で使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、推奨を構成するものではありません。
規格の自主的な性質、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および貿易の技術的障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) 原則への ISO の準拠に関する情報については、以下を参照してください。 www.iso.org/iso/foreword.html
この文書は、欧州標準化委員会 (CEN) 技術委員会 CEN と協力して、ISO/TC 67 技術委員会、低炭素エネルギーを含む石油およびガス産業、SC 3 小委員会、掘削および完成流体、坑井セメントおよび処理流体によって作成されました。/TC 12, ISO と CEN 間の技術協力に関する協定 (ウィーン協定) に基づく、低炭素エネルギーを含む石油およびガス産業。
この第 2 版は、技術的に改訂された第 1 版 (ISO 10426-5:2004) を廃止し、置き換えます。
主な変更点は以下のとおりです。
- 拡張と縮小に関する背景情報を含む「はじめに」の追加。
- 大気圧の不浸透性条件下での環状リング試験の追加。
- 高温高圧の密閉条件下での膨張によって発生する応力を決定する方法を説明する有益な付録を含めること。
- 高圧での環状リング試験を説明する有益な付録が含まれています。
ISO 10426 シリーズのすべての部品のリストは、ISO の Web サイトでご覧いただけます。
導入
ポルトランド セメントが水と反応すると、成分の絶対量が全体的に減少します。
V c + V w > V ch(1)
どこ
| V | はセメントの体積です。 | |
| V w | は水の体積です。 | |
| V ch | はセメント水和物の体積です。 |
この文書では絶対体積減少 [( V c + V w ) − V ch ] を水和収縮と呼びますが、他の文書では化学収縮、全化学収縮、または水和体積減少とも呼ばれます。
曝露条件、硬化中の外部応力の存在、そして最も重要なことに外部水へのアクセスに応じて、水和収縮は硬化セメントの体積収縮を引き起こす可能性があります。
サンプルの寸法の変化は、体積の収縮または膨張と呼ばれます。セメントの体積収縮および膨張とは、線形の寸法変化または体積変化の測定結果を指します。すべての体積変化に関係する体積は、混合して実験装置に設置した直後のスラリーの体積です。通常、井戸セメント系の場合のように、収縮または膨張の値が小さい場合、体積寸法変化率は線形寸法変化率の 3 倍として近似できます。
バルク収縮により、次のような問題が発生する可能性があります。
- 微小環の形成はセメント評価ログに影響を与える可能性があります。
- ゾーン分離の喪失により、クロスフローまたは持続的なケーシング圧力が発生します。
- セメントインフレータブルパッカーを使用する場合、油圧シールが不足している。
- 廃棄プラグの密閉不良。
水和収縮の影響を克服し、硬化セメントのバルク膨張を生成できる添加剤が利用可能です。プラグ用途では、セメントのバルク膨張により、セメントと岩石またはセメントと形成の界面に応力が発生します。プラグタイプの形状の膨張によって発生する応力を測定する方法は、付録 A に記載されています。
この文書では、SI 単位が使用されます。また、実用的なwhere 、米国の慣用単位が情報として括弧内に含まれています。
このドキュメントは API テクニカル レポート 10TR 2 に基づいています。
1 スコープ
この文書は、大気圧および高圧での硬化プロセス (セメント水和) 中の寸法変化と、高温高圧下の密閉環境での膨張によって生成される応力を測定するための、井戸用セメント配合物の試験方法を提供します。
2 規範的参照
以下の文書は、その内容の一部またはすべてがこの文書の要件を構成する形で本文中で参照されています。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。
- API 仕様 10A, 井戸セメント用セメントおよび材料
- API 推奨実践 10B-2, 井戸セメントの試験に関する推奨実践
3 用語と定義
この文書の目的上、次の用語と定義が適用されます。
ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。
3.1
一括拡張
セメントサンプルの外部体積または寸法の増加
3.2
体積収縮
セメントサンプルの外部体積または寸法の減少
3.3
CEA
セメント膨張添加剤
バルク膨張 (3.1) または バルク収縮 (3.2) を 低減するためにセメント スラリー配合物に使用される添加剤
3.4
水和収縮
水和生成物の体積と乾燥セメント、添加剤および水の体積との差
3.5
ラジアル界面応力
セメントの 体積収縮 (3.2) or 体積膨張 (3.1) により、硬化セメントとケーシングまたはボーリング孔壁の間の界面で発生する応力
3.6
UCA
超音波セメント分析装置
セメントの圧縮強度を非破壊で音波測定するために使用される機器
参考文献
| 1 | API テクニカル レポート 10TR 2, 油井セメントの収縮と膨張、初版、1997 年 7 月 |
| 2 | ダウンホール条件下でのプラグアンド放棄 (P&A) セメントシステムのシール性能の定量化。 RFH ロイマンス、TKT ウォルターベーク、EK コーネリッセン、WJG クルチェス。 SPE-212542-MS, 2023 年 3 月 |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives ).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a) patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a) patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at www.iso.org/patents . ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html .
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Oil and gas industries including lower carbon energy, Subcommittee SC 3, Drilling and completion fluids, well cements and treatment fluids, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 12, Oil and gas industries including lower carbon energy, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 10426-5:2004), which has been technically revised.
The main changes are as follows:
- addition of the Introduction, with background information on expansion and shrinkage;
- addition of annular ring test under impermeable conditions at atmospheric pressure;
- inclusion of an informative annex describing a method to determine the stress generated by expansion under confined conditions at elevated temperature and pressure;
- inclusion of an informative annex describing the annular ring test at elevated pressure.
A list of all parts in the ISO 10426 series can be found on the ISO website.
Introduction
When Portland cement reacts with water, there is an overall reduction in the absolute volume of components:
Vc + Vw > Vch(1)
where
| Vc | is the volume of cement; | |
| Vw | is the volume of water; | |
| Vch | is the volume of cement hydrates. |
In this document the absolute volume decrease [(Vc + Vw) − Vch] is referred to as hydration shrinkage, although in other documents it can also be referred to as chemical shrinkage, total chemical contraction, or hydration volume reduction.
Depending on the exposure conditions, presence of external stresses during setting and, most importantly, access to external water, the hydration shrinkage may lead to bulk shrinkage of the set cement.
The change in the sample dimensions is referred to as bulk shrinkage or expansion. Bulk shrinkage and expansion of the cement refer to the result of the measurement of a linear dimensional change or volume change. The volume to which all volume changes are related is the volume of the slurry immediately after mixing and emplacement in the experimental equipment. For small values of shrinkage or expansion, typically the case in well cement systems, the fractional volume dimensional change can be approximated as 3 times the fractional linear dimensional change.
Bulk shrinkage may cause:
- formation of a micro-annulus, potentially affecting cement evaluation logs;
- loss of zonal isolation leading to crossflow or sustained casing pressure;
- lack of a hydraulic seal when using cement inflatable packers;
- poor sealing of abandonment plugs.
Additives are available that can overcome the effects of hydration shrinkage and generate bulk expansion of set cement. In plug applications, bulk expansion of cement generates stress at the cement-rock or cement-formation interface. A method of measuring the stress generated by expansion in a plug-type geometry is given in Annex A.
In this document, SI units are used; and where practical, U.S. customary units are included in brackets for information.
This document is based on API Technical Report 10TR 2.
1 Scope
This document provides the methods for the testing of well cement formulations to determine the dimension changes during the curing process (cement hydration) at atmospheric and elevated pressure and the stress generated by expansion in a confined environment under elevated temperature and pressure.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- API Specification 10A, Cements and Materials for Well Cementing
- API Recommended Practice 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
3.1
bulk expansion
increase in the external volume or dimensions of a cement sample
3.2
bulk shrinkage
decrease in the external volume or dimensions of a cement sample
3.3
CEA
cement expansion additive
additive used in a cement slurry formulation to provide bulk expansion (3.1) , or reduce bulk shrinkage (3.2)
3.4
hydration shrinkage
difference in the volume between the hydration products and the volume of the dry cement, additives and water
3.5
radial interface stress
stress generated at the interface between the set cement and casing or borehole wall due to bulk shrinkage (3.2) or bulk expansion (3.1) of the cement
3.6
UCA
ultrasonic cement analyser
instrument used for the non-destructive sonic determination of compressive strength of cement
Bibliography
| 1 | API Technical Report 10TR 2, Shrinkage and Expansion in Oilwell Cements, First Edition, July 1997 |
| 2 | Quantifying the Sealing Performance of Plug and Abandonment (P&A) Cement Systems under Downhole Conditions; RFH Roijmans, TKT Wolterbeek, EK Cornelissen, WJG Keultjes; SPE-212542-MS, March 2023 |