IFP
OGST - Revue d'IFP Energies nouvelles
Open Access
Issue Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP
Volume 59, Number 1, January-February 2004
Dossier: Solid/Liquid Dispersions in Drilling and Production
Page(s) 31 - 40
DOI http://dx.doi.org/10.2516/ogst:2004004
Published online 01 December 2006

Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP, Vol. 59 (2004), No. 1, pp. 31-40
DOI: 10.2516/ogst:2004004

Gelation, Shear-Thinning and Shear-Thickening in Cement Slurries

Coagulation, rhéofluidification et rhéoépaississement dans les coulis de ciment


D. Lootens1, P. Hébraud1, E. Lécolier2 and H. Van Damme1

1  ESPCI
2  Institut français du pétrole


Abstract
The rheological behavior of cement slurries may be described in terms of a few elementary behaviors: - the rapid formation of a gel, at rest; - the collapse of this gel under a critical stress directly related to the strength of the interparticle forces; - the progressive destruction of the gel fragments under moderate shear rate, with an increasingly shear-thinning behavior as the elementary particles gets smaller; - the reconstruction, at high shear rate, of shear-resistant structures, probably as chains of grains at contact; - complete jamming, possibly. We analyze the transition mechanisms from one step to the next one. We show how the addition of a dispersing agent favors shear-thickening at the expense of shear-thinning and how the control of the particle surface state and of interparticle friction restricts shear-thickening and the risk of jamming.


Résumé
Le comportement rhéologique des coulis de ciment peut se décliner en plusieurs comportements élémentaires : - la formation rapide d'un gel faible au repos ; - l'effondrement de ce gel sous une contrainte critique directement liée à l'intensité des forces interparti-culaires ; - la destruction progressive des fragments de ce gel sous cisaillement modéré, avec un comportement d'autant plus rhéofluidifiant que la taille des grains élémentaires est faible ; - la reformation, d'abord transitoire puis continue, à fort gradient de vitesse, de structures résistant au cisaillement, probablement sous forme de chaînes de grains au contact avec, sur le plan rhéologique, l'apparition d'un rhéoépaississement ; - éventuellement, le blocage de l'écoulement. Nous démontrons les mécanismes de passage d'un état au suivant. Nous montrons comment l'addition d'agents dispersants favorise l'état rhéoépaississant au détriment de l'état rhéofluidifiant et comment le contrôle de l'état de surface des grains et du frottement intergranulaire permet de limiter le rhéoépaississement et les risques de blocage.


Correspondence and reprints: didier.lootens@espci.fr


© IFP 2004