Лекційні розчини - Lektsia_Klassifikatsia_tamponazhnykh_tsementov
З різноманіття мінеральних в'яжучих найважливіше місце займає портландцемент внаслідок гарного поєднання будівельно-технічних властивостей:
порівняно висока швидкість твердіння за досить великого часу збереження рухливості після змішування з водою;
водостійкість, здатність твердіти як у повітрі, і під водою;
хороша поєднання з різними наповнювачами, здатність до досить міцного зчеплення з різнорідними за фізико-хімічною природою поверхнями, у тому числі зі сталлю;
достатня довговічність затверділого матеріалу за різноманітних умов навколишнього середовища;
доступність сировинної бази та наявність технології великотоннажного, повністю механізованого виробництва.
Портландцемент служить базовим матеріалом більшості спеціальних модифікованих тампонажних цементів, водночас і без модифікації може застосовуватися у широкому діапазоні умов проведення тампонажних робіт.
Промисловістю для кріплення свердловин випускаються базові тампонажні матеріали, до яких відносяться портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистий, гіпсоглиноземистий, магнезіальний, гіпсовий, цементи на основі водорозчинних силікатів, полімерорганічні цементи.
На основі базових тампонажних матеріалів виробляються модифіковані цементи (з різними добавками): полегшені, обтяжені, термостійкі, корозійностійкі, що розширюються, та ін., які найчастіше готуються у виробничих умовах бурових підприємств.
Портландцемент- порошкоподібний матеріал, що містить штучні мінерали, більшість з яких у природі не зустрічається. Ці мінерали утворюються в результаті високотемпературноговипалювання суміші оксидів, в якій переважає оксид кальцію - CaO (вапно), але входять також (19-23%) оксид кремнію SiO2 (кремнезем); (4-8%) оксид алюмінію Al2O3 (глинозем); (3-6%) оксид заліза Fe2O3 та багато інших оксидів у вигляді домішок.
Ці мінерали мають високу хімічну активність і здатні взаємодіяти з водою. В результаті хімічних реакцій суспензія порошку портландцементу у воді набуває здатності до затвердіння.
Продукт випалу називається портландцементним клінкером. Він виходить у вигляді спеклих гранул величиною з горіх. Для отримання портландцементу клінкер розмелюють тонкий порошок з додаванням деяких речовин, наприклад, гіпсу.
Класифікація та вимоги до тампонажних цементів наведені у ГОСТі 1581-96.
За речовим складомтампонажні цементи поділяються на такі типи:
I – тампонажний цемент бездодатковий;
II – тампонажний цемент із мінеральними добавками;
III – тампонажний цемент із спеціальними добавками, що регулюють щільність цементного розчину.
За щільністюцементного розчину цемент типу III поділяють на:
За температурою застосуванняцементи типів I, II та III поділяють на цементи, призначені для:
низьких та нормальних температур (15-50) o C;
помірних температур (51-100) o C;
підвищених температур (101-150) o C.
ПЦТ – портландцемент тампонажний;
позначення типу цементу;
позначення сульфатостійкості (СС);
позначення середньої густини для цементу типу III;
позначення максимальної температури застосування цементу;
позначення гідрофобізації або пластифікації цементу (Гф або Пл);
позначення цього стандарту.
Наприклад: ПЦТ-III-Про5-50 ГОСТ1581-96 - портландцемент полегшений тампонажний, що забезпечує отримання цементного розчину щільністю 1,5 г/см 3 , для низьких і нормальних температур.
ПЦТ-III-УТ1-100 – тампонажний портландцемент обважнений, що забезпечує отримання цементного розчину щільністю 2,1 г/см 3 для помірних температур.
ПЦТ-I-СС-100 – тампонажний портландцемент бездодатковий сульфатостійкий для помірних температур.
Властивості цементного розчину (ЦР)
Для цементів типу I та II (бездодаткового та з мінеральними добавками) В/Ц=0,4÷0,6 (але при оцінці їх якості В/Ц строго регламентовано та має бути 0,5);
для полегшеного цементу В/Ц=0,6÷1,3;
для обтяженого цементу В/Ц=0,3÷0,4.
Рухомість.Для підбору рецептури тампонажного розчину та оцінки часу збереження його прокачування в умовах проведення тампонажних робіт застосовують реологічні характеристики, які легко визначити. Це визначення розтікання по конусу, засноване на вимірюванні діаметра розпливу тампонажного розчину, який поміщають у конічну форму стандартних розмірів, встановлену на скляну поверхню після того, як форму піднімають з поверхні вертикально вгору.
Розтікання портландцементного розчину при В/Ц=0,5 повинна бути не нижче 200 мм.
Також для визначення рухливості тампонажних розчинів широко використовують метод вимірювання в'язкості по опору, що надається цементним розчином перемішування лопатевою мішалкою при градієнті незмінному швидкості зсуву (інтенсивності перемішування). Вимірювану при цьому величину називають консистенцією та виражають у одиницях консистенції Бердена (Нд).
Через деякий час після замішування та механічного перемішування починає проявлятися здатність цементного розчину доструктуроутворення, яка виявляється у його загусанні і потім у схоплюванні. Істотний вплив на загусання цементного розчину надають температура та тиск. Загущення (збільшення консистенції) визначають на консистометрах КЦ-3 та КЦ-5. У ГОСТ регламентується час загусання до консистенції 30Вс - 90 хвилин.
Щільність– за допомогою АБР-2 або важелів.
Фільтраційні властивості ТРхарактеризуються:
величиною седиментаційного водовідділення, що характеризує об'ємну частку рідкої фази, що виділяється з одиниці об'єму ТР, поміщеного в посудину певних геометричних розмірів за дві години.
Водовіддачею, яка визначається за допомогою ВМ-6 або за допомогою установки УВЦ, що дозволяє імітувати умови свердловини (максимальний робочий тиск 100 МПа та максимальна температура до +250 O C). ТР мають високу водовіддачу, яку можна знизити шляхом збільшення питомої поверхні цементу, зменшенням В/Ц, а також введенням полімерних фільтраторів.
Після закінчення закачування та продавки тампонажного розчину його структуроутворення відбувається у спокої. Для визначення швидкості затвердіння користуються голкою Віка. Метод полягає у вимірі глибини занурення у випробуваний матеріал, поміщений у посудину стандартних розмірів, голки діаметром 1 мм під дією стрижня масою 0,3 кг. Фіксують початок схоплювання, коли голка не доходить до дна судини (кільце Віка) на 1 мм, і кінець схоплювання, коли голка занурюється в тіло не більше ніж на 1 мм.
Для умов високих тисків і температури терміни схоплювання визначають за допомогою спеціальних автоклавів.
Властивості цементного каменю (ЦК)
Міцність ЦК характеризується граничним опором стиску - сж; розтягнення σр і вигину σізг., що вимірюються в МПаабо кг/см 2 . Для цього виготовлені певним чином зразки ЦК (балочки) стандартних розмірів випробовують на міцність згідно з ГОСТом. За вимогами API (АНІ) визначають опір стиску циліндричних зразків.
Опір ЦК руйнування неоднаково при різних способах навантаження: σізг становить 0,25÷0,5 σсж; σр – 0,1÷0,15 σсж. На ранніх стадіях твердіння різниця менша, ніж на пізніх стадіях. Наприклад, міцність при вигині (у віці 2-х діб), МПа, повинна бути не менше:
Низькі та нормальні температури
Помірні та підвищені температури
Контракція– зменшення сумарного обсягу системи у хімічних чи фізичних процесах. В результаті контракції сума істинних обсягів кінцевих продуктів хімічних процесів, що призводять до затвердіння, менше суми обсягів вихідних продуктів. Зовнішнє прояв ефекту контракції полягає у розвитку розрядження на поверхні цементного каменю, що твердіє, що сприяє всмоктування контактують з ним води, нафти і газу.
Проникність– здатність пропускати через себе рідину або газ при певному перепаді тиску. Для забезпечення надійного поділу пластів цементний камінь у затрубному просторі повинен мати мінімальну проникність. Досвід та розрахунки показують, що для якісної ізоляції продуктивних горизонтів слід застосовувати тампонажні розчини, що тверднуть у камінь з проникністю не більше (2÷4)*10 -3 мкм 2 .