Beton-zavod-ivanteevka.ru

БЕТОННЫЙ ЗАВОД "РБУ ИВАНТЕЕВКА"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Буровые и тампонажные растворы (2)

Буровые и тампонажные растворы (2)

Эти осложнения происходят, когда Рпл. флюида превышает Ргидр.

— низкое значение плотности бурового раствора;

— недолив при подъеме бурового инструмента;

— разбавление бурового раствора пластовой водой;

— подъем бурильных труб с большой скоростью.

— изменяются показатели раствора;

— увеличивается уровень раствора в приемах;

— течение раствора без циркуляции.

— повышение плотности бурового раствора;

— снижение СНС, вязкости и фильтрации;

Нефтепроявление наблюдается визуально по радужным кольцам.

При водопроявлениях снижается значение плотности и увеличивается фильтрация, выпадает утяжелитель, снижается рН раствора. Раствор необходимо обрабатывать кальцинированной содой, защитными реагентами и утяжелителем.

Прихваты бурового инструмента и обсадных труб

Причины и методы ликвидации

Причины возникновения прихватов:

— липкость фильтрационной корки;

— образование сальников и сужение ствола скважины;

— образование толстой корки при увеличении фильтрации и перепаде давлений;

— оседание частиц после прекращения циркуляции;

— сужение ствола из-за набухания глин;

— затягивание инструмента в желоб;

— перепад давления между скважиной и пластом;

— оставление бурового инструмента без движения при плохом качестве раствора;

— потеря герметичности в бурильных трубах;

— заклинивание инструмента крупными обломками породы;

— образование кристаллизационной «шубы» в верхней части колонны при бурении глубоких скважин (характерно для бурения скважин в Беларуси).

Для предупреждения прихватов необходимо проводить обработку раствора согласно ГТН, добавлять защитные реагенты, смазку, применять ингибированные растворы. Ликвидируют прихваты установкой нефтяной ванны и расхаживанием инструмента.

Циркуляционная система буровой

Циркуляционная система предназначена для приготовления, очистки, регулировки и циркуляции раствора.

Функции надземного участка циркуляционной системы: приготовление раствора, регулировка его свойств, нагнетание в скважину и поддержание режима промывки скважины. Система нагнетания включает в себя приемную емкость, блок насосов, всасывающий и нагнетательный манифольды, вращающийся превентор (противовыбросное оборудование).

Функции подземного участка: подвод гидравлической энергии к долоту и транспортировка шлама на поверхность. Этот участок состоит из канала для нисходящего потока (полость колонны труб, двигатель, долото) и канала для восходящего потока бурового раствора, образуемого внешней поверхностью бурильной колонны и стволом скважины (или обсадной колонной).

Все элементы циркуляционной системы взаимосвязаны и взаимозависимы. Неполадки в любом звене технологической цепочки немедленно приводят к снижению эффективности промывки.

Очистная система буровой

Очистная система входит в состав циркуляционной системы и предназначена для удаления выбуренной породы (шлама) из раствора. Очистная система состоит из желоба (естественный метод очистки), вибросит (механический метод очистки), пескоотделителя, илоотделителя и центрифуги (гидравлический метод очистки).

Твердые частицы в буровом растворе делятся на коллоиды (менее 2 мкм), илы (2-80 мкм) и пески (более 80 мкм).

Песко- и илоотделители представляют собой гидроциклонные установки. В основу гидроциклонного разделения твердых частиц и жидкости заложен принцип использования центробежных сил, возникающих в аппарате при прокачке через него жидкости.

Утилизация отходов бурения

Отходы бурения (ОБ) – это буровые сточные воды (БСВ), отработанные буровые растворы (ОБР) и буровой шлам (БШ).

Отработанным буровым раствором называется раствор, полученный после окончания цикла строительства скважины или ее части. ОБР образуются в результате наработки раствора при разбуривании интервалов, сложенных глинистыми породами, смены одного типа раствора на другой, а также при ликвидации аварий и осложнений.

ОБР, отвечающие определенным требованиям, могут быть повторно использованы для бурения другой скважины.

Отходы бурения собираются в двух амбарах (для пресных и соленасыщенных отходов) на территории буровой площадки. Амбары выстилаются полиэтиленовой пленкой. Тяжелая фракция отходов оседает на дне амбара. Для изменения дисперсного состава твердой фазы БСВ и ОБР используются реагенты, которые вызывают агрегацию мельчайших частиц твердой фазы с последующим механическим разделением на жидкую и твердую фазы. Для этой цели используется метод реагентной коагуляции . В качестве коагулянтов используются соли поливалентных металлов (сернокислые алюминий, железо). Замещение обменных одновалентных катионов поливалентными уменьшает число частиц размерами 5 мкм и увеличивает число частиц размером боле 5 мкм.

В качестве флокулянтов используют полимеры (Седипур, Поли-кем, полиакриламид), обработка которыми в 3-4 раза увеличивает число частиц размером более 20 мкм.

После проведения реагентной коагуляции и отстаивания осветленная часть (если химический анализ отвечает требованиям безопасного сброса) сбрасывается на территории буровой, используется для других технологических целей или утилизируется.

Осадок после откачки осветленной части обрабатывается загущающим (доломитом) и отверждающим (цементным раствором) составами и захоранивается. Ликвидация шламовых амбаров – это засыпка обезвреженных масс слоем минерального грунта и плодородной почвы.

Часть 2 Тампонажные растворы (ТР)

Для извлечения нефти надо создать долговечный устойчивый канал, соединяющий продуктивный горизонт с резервуарами. Для транспортировки нефти или газа надо разобщить пласты горных пород и закрепить стенки скважины.

При креплении скважин применяются металлические трубы, которые, свинчивая в колонну, спускают в пробуренную скважину на определенную глубину. Эти трубы и колонна называются обсадными.

С целью разобщения пластов в обсадную колонну закачивают цементный раствор, который вытесняет находящийся в ней буровой раствор, и продавливают в затрубное пространство на расчетную высоту. Процесс транспортирования (закачивания) цементного раствора в затрубное пространство называется процессом цементирования скважины.

Тампонажные растворы – это комбинации спецматериалов или составов, используемых для тампонирования. Тампонажные смеси с течением времени могут затвердевать с образованием тампонажного камня или загустевать, упрочняться, оставаясь вязкой или вязко-пластичной системой.

По виду тампонирование делят на:

— технологическое, выполняемое в процессе сооружения скважины;

— ликвидационное, проводимое для ликвидации скважины после выполнения целевого назначения.

Функции тампонажного раствора и камня обусловлены целью тампонирования и в зависимости от этого к исходному тампонажному раствору предъявляются различные требования.

Требования к тампонажному раствору

1 Технического характера:

— способность проникать в любые поры и микротрещины;

— хорошая сцепляемость с обсадными трубами и горными породами;

— восприимчивость к обработке с целью регулирования свойств;

— отсутствие взаимодействия с тампонируемыми породами и пластовыми водами;

— устойчивость к размывающему действию подземных вод;

— стабильность при повышенных температуре и давлении;

— отсутствие усадки с образованием трещин при твердении.

2 Технологического характера:

— хорошая прокачиваемость буровыми насосами;

— небольшие сопротивления при движении;

— малая чувствительность к перемешиванию;

— возможность комбинирования с другим раствором;

— хорошая смываемость с технологического оборудования;

— легкая разбуриваемость камня.

3 Экономического характера:

— сырье должно быть недефицитным и недорогим;

— не влиять отрицательно на окружающую среду.

Классификация тампонажных растворов

В зависимости от вяжущей основы ТР делятся:

— растворы на основе органических веществ (синтетические смолы).

Жидкая основа ТР – вода, реже – углеводородная жидкость.

В зависимости от температуры испытания применяют:

— цемент для «холодных» скважин с температурой испытания 22 о С;

— цемент для «горячих» скважин с температурой испытания – 75 о С.

По плотности ТР делят на:

— легкие – до 1,3 г/см 3

— облегченные – 1,3 – 1,75 г/см 3 ;

— нормальные – 1,75 -1,95 г/см 3 ;

— утяжеленные – 1,95 -2,20 г/см 3 ;

Читайте так же:
Устройство цементных полов с железнение

— тяжелые – больше 20,20 г/см 3 .

По срокам схватывания делят на:

— быстро схватывающиеся – до 40 мин;

— ускоренно схватывающиеся – 40 мин- 1час 20 мин;

— нормально схватывающиеся — 1час 20мин – 2 час;

— медленно схватывающиеся – больше 2 час.

Основные технологические параметры ТР

Цементным тестом называется смесь цемента с водой. Цемент перед испытанием просеивается через сито 80 мкм.

Водо-цементное отношение – В/Ц – отношение объема воды к весу цемента.

Тесто готовится вручную в сферической чаше в течение 3 минут или на специальных мешалках 5 минут.

Растекаемость, см – определяет текучесть (подвижность) цементного раствора.

Плотность, г/см 3 – отношение массы цементного раствора к его объему.

Фильтрация или водоотдача, см 3 за 30мин – величина, определяемая объемом жидкости затворения, отфильтрованной за 30 минут при пропускании цементного раствора через бумажный фильтр ограниченной площади под давлением 1 атм.

Седиментационная устойчивость цементного раствора – определяется водоотделением, т.е. максимальным количеством воды, способным выделиться из цементного раствора в результате процесса седиментации.

Время загустевания (час — мин, начало-конец) – время потери текучести.

Сроки схватывания (час — мин, начало-конец) – определят время перехода цементного раствора в твердое состояние цементного камня.

научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЕДИМЕНТАЦИИ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА НА СВОЙСТВА ПОЛУЧАЕМОГО ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ Геофизика

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЕДИМЕНТАЦИИ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА НА СВОЙСТВА ПОЛУЧАЕМОГО ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ - тема научной статьи по геофизике из журнала Нефтяное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЕДИМЕНТАЦИИ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА НА СВОЙСТВА ПОЛУЧАЕМОГО ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ»

© Коллектив авторов, 2014

Исследование влияния седиментации тампонажного раствора на свойства получаемого цементного камня

Н.И. Николаев, д.т.н.

Адрес для связи: kozhevnikov_evg@mail.ru

Ключевые слова: крепление горизонтальных скважин, тампонажный раствор, седиментация.

Studying of sedimentation influencing on cement stone properties

E.V. Kozhevnikov, N.I. Nikolaev (National Mineral Resources University (University of Mines), RF, Saint-Petersburg), O.A. Ozhgibesov, R.V. Dvoretskas

(Perm National Research Polytechnic University, RF, Perm)

Key words: horizontal well cementing, cement slurry, sedimentation.

Oil and gas horizontal well drilling associated with the big amount of challenges that may occur while drilling or completion operations. The main risk while horizontal well cementing is sedimentation of cement slurry. Isolation of paid zones can be failed that caused by annular space flows. Results of cement slurry sedimentation studying are presented. Influence of cement sedimentation on cement stone properties is considered. It is determined that plugging back stone has heterogeneity of it properties, under upper wall of horizontal well cement stone has the worst strength and filtration properties.

В настоящее время по разным данным эксплуатация более чем 60 % горизонтальных скважин в мире осложнена наличием заколонных перетоков, что приводит к преждевременному обводнению скважинной продукции и снижению эффективности разработки месторождения [1]. Высокое качество крепления скважин достигается применением технических и технологических приемов, основным из которых является регулирование свойств и составов используемых тампонажных растворов [2]. Такие составы должны обладать следующими параметрами:

— высокой степенью прокачиваемости;

— большой прочностью цементного камня;

— достаточным расширением тампонажного камня при твердении для создания плотного контакта с сопредельными средами;

— высокой адгезией к сопредельным средам;

— низкой проницаемостью цементного камня.

Главным фактором, снижающим качество цементирования горизонтальных скважин, является седиментация тампонажного раствора [3]. В отличие от вертикальных скважин, герметичность которых в целом не снижается, в горизонтальных даже незначительная водоотдача приводит к тому, что у верхней стенки образуется канал с жидкостью затворения. В результате контакт цементного камня с породой в этой зоне может отсутствовать, что приводит к появлению заколонных перетоков. При водоотделении тампонажного раствора до 4 % в скважине могут образовываться ка-

налы толщиной до 7 мм [4]. В настоящее время остаются недостаточно изученными процесс седиментации тампонажного раствора и его влияние на свойства получаемого цементного камня [5].

Очевидно, что при разделении тампонажного раствора на твердую и жидкую фазы его плотность изменяется по высоте, что косвенно может характеризовать седиментационную устойчивость раствора [6]. Для отбора проб тампонажного раствора и определения его плотности на различных уровнях был изготовлен специальный цилиндр, представляющий собой стакан высотой 114 мм с боковыми отверстиями на разных уровнях, условно делящими стакан на пять слоев толщиной по 22 мм. Приготовленный тампонажный раствор без добавок известной плотности разливался в цилиндры и через определенный интервал времени проводился отбор проб с разных уровней с последующим измерением плотности.

Результаты исследований показали (рис. 1), что в начальный период времени (15 мин) после оставления тампонажного раствора в статическом состоянии под действием сил тяжести в нем происходят оседание частиц цемента и всплытие свободной воды. При этом седиментацию тампонажного раствора можно представить в виде движущихся с одинаковой скоростью в противоположном направлении матриц твердой фазы и жидкости затворения, плотности тампонажного раствора в средних слоях остаются равными начальной. Опускаясь, частицы цемента скапливаются в придонном слое, наблюдается интенсивный рост плотности — на 43 кг/м3.

Рис. 1. Динамика плотности тампонажного раствора по слоям

Одновременно происходят сжатие цементной матрицы и отток свободной воды в средние слои. В верхней части стакана образуется водный слой, и плотность снижается на 32 кг/м3.

В течение следующих 20 мин плотность нижнего слоя увеличивается на 10 кг/м3 и начинается интенсивный рост плотности четвертого слоя — на 20 кг/м3, что обусловлено уменьшением количества подступающей воды из нижнего слоя и уплотнением структуры раствора. Структура раствора уплотняется в третьем слое за счет снижения количества подступающей снизу воды, плотность относительно начальной незначительно увеличивается и составляет 1876 кг/м3. Во втором слое структура раствора не подвергается влиянию процессов, происходящих снизу, плотность остается на уровне начальной. С тем же темпом продолжаются подток воды в верхний слой и снижение его плотности на 34 кг/м3.

Через 1 ч седиментационные процессы в нижней части стакана замедляются. Плотность нижнего слоя почти не изменяется, следовательно, в нем сформировалась плотная коагуляционная структура. Плотность четвертого слоя по-прежнему возрастает, но более медленно. Уменьшение количества подступающей снизу воды значительно повышает плотность среднего слоя — на 23 кг/м3 по отношению к начальной. Плотность раствора во втором слое увеличивается на 10 кг/м3, верхнего слоя снижается с тем же темпом на 35 кг/м3. Это свидетельствует о том, что структура раствора в верхней части не изменяется, вода затворе-ния подступает в том же количестве.

В следующие 20 мин в нижней части стакана плотность раствора почти не изменяется, вследствие чего во втором слое происходит ее максимальный рост за все время — на 14 кг/м3. Снижение плотности верхнего слоя на 19 кг/м3 свидетельствует о том, что фронт деформации исходной структуры раствора достиг верхней границы.

Ближе к началу загустевания седиментация в растворе прекращается, в результате в зависимости от высоты раствор имеет разную плотность, отличающуюся от начальной (см. таблицу). На поверхности раствора образуется пленка отделившейся воды, толщина ее достигает 5 мм, что соответствует водоотдаче 4,3 %.

Читайте так же:
Цементный раствор для строительства

Анализируя результаты исследований, можно сделать следующие выводы:

— в тампонажном растворе в начальный период времени средняя плотность раствора во 2, 3 и 4 слоях равна начальной, следовательно, оседание частиц цемента происходит как равномерное движение двух матриц твердой и жидкой фаз относительно друг друга;

— уплотнение частиц цемента в нижней части стакана способствует ускорению структурообразования;

— взаимодействие частиц цемента и его гидратация в процессе седиментации обусловливают неравенство плотностей всех слоев на начало загустевания раствора.

Изменение плотности раствора в результате седиментации не может не влиять на свойства получаемого цементного камня. В связи с этим необходимо изучить основные физико-механические свойства цементного камня (прочность, адгезию, проницаемость), получаемого из растворов различной плотности. Для определения свойств цементного камня из растворов известной плотности изготавливались образцы с целью дальнейшего их испытания на сжатие и изгиб, определения проницаемости и адгезии. Испытания на прочность проводились на установке Controls. Абсолютная проницаемость определялась на установке TBP-804. Для оценки величины адгезии цементного камня к металлу были изготовлены формы из металлических втулок разного диаметра. Выпрессовка внутренней втулки проводилась на прессе Controls. Полученные параметры приведены в таблице.

Результаты исследований показали, что физико-механические свойства цеметного камня непосредственно зависят от плотности исходного раствора (рис. 2): чем она больше, тем выше прочностные характеристики и адгезия камня к стальной поверхности и тем ниже его проницаемость. Это обусловлено изменением структуры раствора в процессе седимен-

Номер слоя Плотность, кг/м Водоцементное Прочность цементного камня, МПа, на Адгезия цементного камня к металлу, МПа Проницаемость цементного камня,

изгиб сжатие 103 мкм2

1 1871 1740 0,618 2,1 9,2 0,82 0,44

2 1871 1896 0,465 3,0 23,6 1,01 0,27

3 1871 1905 0,460 3,5 23,4 1,03 0,23

4 1871 1914 0,450 3,7 26,1 1,16 0,20

5 1871 1930 0,428 3,5 33,3 1,30 0,15

Рис. 2. Зависимость прочности цементного камня на изгиб аизг (а), сжатие асж (б), его адгезии к стали А (в), проницаемости кпр (г) и плотности тампонажного раствора р от высоты расположения в цилиндре

тации, результатом которой является более плотная упаковка цементных зерен в растворе в нижней части и менее упорядоченная в верхней. Цементный камень, получаемый из раствора плотностью, соответствующей плотности верхней части, обладает минимальными прочностными характеристиками: прочность на изгиб составляет 2,1 МПа, что ниже значений, нормируемых по ГОСТ 1581-96; прочность на сжатие — 9,2 МПа, или почти в 4 раза ниже прочности камня, получаемого из раствора, соответствующего нижней части — 33,3 МПа. В результате седиментации адгезия цементного камня к стали в верхней части составляет 0,82 МПа, что на 40 % меньше, чем в нижней. Проницаемость цементного камня, полученного из тампонажного раствора меньшей плотности, равна 0,44-10-3 мкм2, что в 3 раза больше, чем проницаемость камня из наиболее плотного раствора.

1. Совместно протекающие процессы седиментации и гидратации цемента в тампонажном растворе обусловливают неоднородность получаемого цементного камня.

2. Расслоение тампонажного раствора в условиях горизонтальной скважины приводит к тому, что образующийся цементный камень обладает низкими прочностными и адгезионными свойствами, а также высокими фильтрационными характеристиками у верхней стенки скважины, что приводит к

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

тампонажный раствор

Сущность: тампонажный раствор содержит, мас. ч.: тампонажный цемент 100; шлам гальванического производства 0,1-20,0; воду 45-100. 1 табл.

Формула изобретения

Тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, воду и добавку, отличающийся тем, что он содержит в качестве добавки отход высокодисперсный гелевый шлам гальванического производства, образующийся при нейтрализации солевых растворов гальванических ванн, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Тампонажный цемент 100
Шлам гальванического производства 0,1 20
Вода 45 100о

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к глубокому бурению, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования обсадных колонн нефтегазовых, геотермальных и специальных скважин в условиях аномальных пластовых давлений и температур.

Известны тампонажные растворы повышенной седиментационной устойчивости, содержащие тампонажный портландцемент, воду и мелкодисперсную добавку — саморассыпающийся шлак производства феррохрома (СРШ) [1]
Недостатком указанных тампонажных растворов является резкое снижение седиментационной и суффозионной устойчивости при повышении содержания воды в смеси (B/C=0,5).

Кроме того, для достижения необходимой седиментационной устойчивости перед вводом в тампонажный раствор СРШ необходимо выдержать в воде затворения в течение 2-3 ч, а полученный таким образом тампонажный раствор обрабатывать в дезинтеграторе с целью дополнительной диспергации твердой фазы тампонажной суспензии, что значительно усложняет технологический процесс приготовления тампонажного раствора.

Наиболее близким к предлагаемому, по технической сущности и достигаемому результату, является тампонажный раствор, включающий тампонажный материал, жидкость затворения воду, обработанную отработанным расплавом титановых хлораторов (ОРТХ) в количестве 50-500 г/л воды [2]
Данный тампонажный состав имеет повышенную по сравнению с [1] седиментационную и суффозионную устойчивость в результате образования в жидкой фазе гелеобразных гидроксидов магния, железа, марганца, хрома, кольматирующих поровое пространство суспензии.

Недостатком этих тампонажных растворов является то, что образование и совместное устойчивое существование указанных гидроксидов металлов имеет место только в начальный момент затворения цемента, когда pH среды не превышает 9,0-9,5. Дальнейшая гидратация тампонажного цемента приводит к повышению щелочности среды, при которой прекращается образование необходимого количества гидроксидов металлов.

Увеличение температуры, как известно, ускоряет процесс гидратации цементных частиц и связанное с этим достаточно быстрое повышение щелочности среды, тем самым еще быстрее наступает равновесие системы, которое также препятствует образовнию необходимого количества гидроксидов и соответственно не достигается требуемое значение седиментационной и суффозионной устойчивости.

Подтверждением тому является то, что вводимый для ускорения сроков загустевания и схватывания при повышенном водосодержании оксид кальция, как известно, одновременно является регулятором седиментационной и суффозионной устойчивости, за счет которого и достигаются требуемые параметры. В соответствии с этим облегченные тампонажные составы, полученные за счет повышения водосодержания и обработанные только ОРТХ, не обладают достаточной седиментационной и суффозионной устойчивостью и не поддаются регулированию сроков схватывания без дополнительной обработки.

Кроме того, плохая растворимость камнеобразного ОРТХ, а также наличие значительного нерастворимого осадка создают дополнительные трудности при приготовлении жидкости затворения в промысловых условиях.

Целью изобретения является повышение седиментационной и суффозионной устойчивости тампонажного раствора при повышенном водосодержании содрежании с одновременным снижением теплопроводности цементного камня.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве добавки в тампонажный раствор вводят высокодисперсный гелевый шлам отход гальванического производства, образующийся при нейтрализации солевых растворов гальванических ванн при следующем соотношении компонентов, мас. ч:
Тампонажный цемент 100
Шлам гальванического производства (в пересчете на сухое вещество) — 0,1-20,0
Вода 45-100
В качестве тампонажного цемента могут быть использованы вяжущие материалы на портландцементной и шлаковой основах, а также их смеси.

Читайте так же:
Пластиковая емкость для цементного раствора

Шлам гальванического производства (ШГП) представляет собой стабилизированную высококоллоидную систему плотностью 1025-1030 кг/м 3 , дисперсионной средой которой служит вода, а дисперсной фазой продукты нейтрализации отработанных солевых растворов гальванических ванн обезжиривания, фосфотирования, цинкования, хромирования, кадмирования и оксидирования, представленные в основном комплексы гидроксидов цинка, хрома, кадмия, железа, меди, никеля.

Высокая агрегативная устойчивость ШГП, по-видимому, объясняется низкой поверхностной энергией коллоидных частица за счет присутствия в нем поверхностно-активных веществ ОП-7, ОП-10, поступающих из ванн травления и оксидирования.

После нейтрализации солевого раствора щелочами одновалентных металлов ШГП имеет цвет от серого до темно-коричневого, влажность до 75% Он обладает статическим напряжением сдвига, а полученные гелевые гидроксиды металла — высокой водоудерживающей способностью и тиксотропией.Так, например, ШГП 75% -ной влажности имеет CHC 1/10 =19/38, а 15 и 10%-ные водные суспензии шлама 4,8/6,2 и 1,8/2,9 Па соответственно.

Использование ШГП в пределах, указанных в формуле изобретения способствует достижению целей изобретения. При этом предполагается действие ряда факторов, проявляемых ШГП при его введении в тампонажный раствор:
1. Кольматация порового пространства тампонажной суспензии высокодисперсным комплексом гидроксидов металлов.

2. Коллоидный раствор ШГП придает поровой жидкости (жидкости затворения) свойства тонкоструктурированной дисперсии, в частности, такая жидкость приобретает сдвиговую прочность, за счет чего твердые частицы порошкообразного тампонажного материала удерживаются во взвешенном состоянии даже при высоком водосодержании, а наличие сдвиговой прочности у поровой жидкости препятствует возникновению фильтрационных каналов под действием перепада давления и суффозионному каналообразованию в тампонажном растворе.

3. Высокая водоудерживающая способность гелевого комплекса в двух ее разновидностях неструктурной (в виде молекул H 2 O) и структурной (в виде OH групп).

Снижение теплопроводности объясняется наличием в поровом пространстве цементного камня высокодисперсных гидроксидов металлов, обладающих значительно более низкой теплопроводностью, чем дисперсная среда и цементный материал, а также наличие более развитого порового пространства с более объемной гидратной оболочкой вокруг цементных частиц, препятствующих их непосредственному контакту.

Приведенные сведения свидетельствуют о том, что предложенное техническое решение удовлетворяет критериям «новизна» и «существенное отличие». Кроме того, разработанный тампонажный раствор и цементный камень из него создает положительный эффект по отношению к известным техническим решениям, что подтверждается результатами сравнительных испытаний, которые представлены в таблице.

Приготовление тампонажного раствора осуществляется следующим образом.

Пример. Требуется приготовить тампонажный раствор из ПЦТ Д20-100 с повышенной седиментационной и суффозионной устойчивостью (повышенным коэффициентом тампонирующей способности K т ) для цементирования скважин с забойной температурой 90 o C и коэффициентом аномальности пластового давления K a =1,6. Время загустевания раствора не менее 3,5 ч. Для приготовления указанного тампонажного раствора берут 3 мас. ч. ШГП (в пересчете на сухое вещество) и растворяют в 50 мл мас. ч. воды. На полученной жидкости затворяют 100 мас. ч. тампонажного цемента и определяют технологическое свойство тампонажного раствора (табл. пример 4).

Аналогичным образом готовятся тампонажные составы с другими тампонажными цементами и содержанием ШГП и Б/Ц для соответствующих условий цементирования.

Пределы содержания ШГП в тампонажном растворе выбраны из следующих соображений. При содержании ШГП в растворе менее 0,1 мас. ч. не достигается повышения седиментационной и суффозионной устойчивости, сроки схватывания тампонажного раствора не увеличивается, а теплопроводность цементного камня не снижается. При увеличении содержания шлама более 20 мас.ч. резко ухудшается технологические свойства тампонажного раствора (растекаемость, реологические свойства), а седиментационная и суффозионная устойчивость существенно не повышается.

При содержании в растворе менее 45 мас. ч. воды ухудшается подвижность тампонажного раствора, а при содержании более 100 мас.ч. воды ухудшается седиментационная и суффозионная устойчивость тампонажного раствора и прочность цементного камня.

Состав разработанного тампожного раствора подобран таким образом, что позволяет существенно повысить седиментационную и суффозионную устойчивость (коэффициент тампонирующей способности) облегченных тампонажных растворов при сохранении прочности и снижении теплопроводности цеметного камня.

Применение разработанного тампонажного раствора позволит повысить качество крепления скважин, существенно увеличить межремотный период работы скважин, а при эксплуатации геотермальных скважин предотвратить потери тепла пластового флюида по стволу скважин в окружающий массив пород.

Учебное пособие

Для улучшения ряда свойств портландцемента к нему добавляют органические поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти добавки в небольших количествах вводят в состав портландцемента при помоле.

Портландцементы с добавками ПАВ делят на две группы: 1) портландцементы с гидрофилизирующими (гидро – вода, филия – любить) добавками, повышающими степень смачивания водой; 2) портландцементы с гидрофобными добавками (фобия – бояться), понижающими степень смачивания водой.

5.2.1 Пластифицированный портландцемент

Пластифицированный портландцемент – это продукт совместного помола портландцементного клинкера, гипса и сульфитно-спиртовой барды (ССБ) или других веществ (преимущественно лигносульфонатов) в количестве от 0,15-0,25 % от массы сухого цемента. Лигносульфоновые соединения, входящие в состав пластифицирующих добавок, образуют на поверхности твердых частиц коллоидальные адсорбционные пленки гидрофильного ха­рактера, ослабляющие силы молекулярного взаимодействия между частицами твердой фазы цементно-водной суспензии. Тампонажные растворы на основе пластифицированного вяжущего позволяют получать высокоподвижные растворы при меньшем водоцементном отношении, чем на обычном портландцементе, а, следовательно, и с лучшими структурными характеристиками камня.

Применение пластифицированных цементов ограничивается тем, что добавки при затворении цементов с помощью смеси­тельных машин вызывают вспенивание растворов. Это ухудшает структуру полученного камня и может привести к ос­ложнениям процесса цементирования из-за уменьшения плотнос­ти вспенинного раствора.

5.2.2 Гидрофобный портландцемент

Опыт бурения скважин и строительства других объектов в районах Западной Сибири показал, что потери цемента в период хранения достигают 10-20%. Основная причина потерь — гидратация цемента при длительном хранении в условиях влажного климата и его комкование. При этом без специаль­ных восстановительных мероприятий цемент не пригоден для работы. В этой связи достаточно эффективным оказалось при­менение гидрофобных цементов, содержащих 0,06 — 0,3% гидрофобизирующих добавок (асидол, мылонафт, олеиновая кислота, петролатум и др.). Молекулы гидрофобизирующих веществ имеют ассиметричное строение и состоят из полярной и неполярной групп. Адсорбируясь на поверхности цементных зерен, молекулы ориентируются полярной группой к поверхности зер­на, и неполярной группой наружу. Неполярные группы молекул обладают водоотталкивающими свойствами, поэтому цементные зерна не смачивают водой и степень гигроскопичности цемента снижается, что определяет способность вяжущего сохранять свою активность при длительном хранении. Монополярные защитные пленки легко удаляются при перемешивании растворов, что обеспечивает их нормальное твердение. Присутствующие в цементе гидрофобизирующие вещества адсорбируются на поверхности новообразований, в результате чего в растворе увеличивается количество несвязанной воды и вследствие этого повышается подвижность цементного раствора. После затвердевания добавки откладываются в капиллярных порах цементного камня, уменьшая поверхностное натяжение на границе раздела фаз и величину капиллярного подсоса.

5.3 Сульфатостойкий портландцемент

Для конструкций и сооружений, работающих в средах с повышенной сульфатной агрессией, разработан и достаточно широко применяется сульфатостойкий портландцемент. Он изготавливается из клинкера нормированного химико-минералогического состава и характеризуется повышенной сульфатостойкостью и пониженным тепловыделением в процессе схватывания и твердения. В сульфатостойком портландцементе ограничивается содержание трехкальциевого силиката до 50% и трехкальциевого алюмината до 5% при сумме минералов — плавней С 3 А + С 4 АF не более 22%. При таком химикоминералогическом составе цемента уменьшается возможность образования высокоосновной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) под действием среды, содержащей сульфат-ионы.

Читайте так же:
Расход цемента для стяжки кровли

Повышает сульфатостойкость и быстрое охлаждение портландцемента, так как при этом снижается содержание кристаллического С3А и повышается количество стекловидной фазы. Положительно на сульфатостойкость влияет гидротермальная обработка в автоклавах, которая способствует образованию высокоосеновных гидросиликатов и образованию гидрогранатов характеризующихся повышенной сульфатостойкостью.

6 Специальные цементы

Вопросы для изучения

6.1 Пуццолановый портландцемент.

6.2 Тампонажные материалы гидротермального твердения.

6.2.1 Цементы на основе доменных шлаков.

6.2.1.2 Шлако-песчаные цементы совместного помола.

6.3 Специальные тампонажные материалы для высокотемпературных скважин.

6.3.1 Песчанистый тампонажный портландцемент.

6.3.2 Известково-кремнеземистые цементы.

6.3.3 Белито-кремнеземистый цемент.

6.4 Глиноземистый цемент.

6.1 Пуццолановый портландцемент

Пуццолановый портландцемент — гидравлическое вяжущее, твердеющее в воде и во влажных условиях, получаемое путем совместного измельчения клинкера, необходимого количества гипса и активной минеральной добавки в количестве более 20 %. В клинкере ограничивается содержание C 3 A не более 8 %.

В практике бурения скважин пуццолановые цементы находят достаточно широкое применение. Получают их путем введения в портландцемент активных минеральных добавок при помоле клинкера или непосредственно перед цементированием.

Активными минеральными добавками называются тонкодисперсные материалы, содержащие кремнезем в активной форме — аморфизированном состоянии. Схема на рисунке 24 позволя­ет объяснить особенность аморфных тел: отсутствие строго определенной температуры плавления, повышенную химическую активность и некоторые другие. Если кристаллический крем­незем вступает в реакцию с гидроксидом кальция только при повышенных температурах (более 100 0 С), то активные разновидности кремнезема участвуют в реакциях с продуктами твердения портланд­цемента при более низких температурах, хотя для достаточно быстрого протекания реакций необходимы температуры выше 50-70 °С.

Рисунок 23 – Схема строения аморфного (а) и кристаллического (б) кремнезема

Таким образом, из высокоосновных продуктов гидратации трехкальциевого силиката и Са(ОН) 2 образуются при достаточном количестве кремнезе­ма гидросиликаты с пониженным соотношением СаО/SiO 2 — низкоосновные гидросиликаты кальция.

В качестве активных минеральных добавок в пуццолановых цементах используются осадочные породы: трепел, диатомит, вулканический туф, пемза, золы от сжигания твердых топлив и др. Количество доба­вок варьируется от 20 до 45 %. Вследствие большой удельной поверхности пуццолановые цементы обладают большей водопотребностью по сравнению с обычным портландцементом. Темп набора прочности их замедлен, но рост прочности в благоприят­ных условиях продолжается дольше. Скорость твердения пуццолановых цементов возрастает с увеличением температуры. Лучший фазовый состав (пониженная основность продуктов твердения) обуславливает лучшую сульфатостойкость камня из пуццолановых цементов по сравнению с обычным портландцементом.

Низкоосновные гидросиликаты обладают высокой степенью анизометричности кристаллов, которые обычно имеют форму вы­тянутых призм, волокон или тонких пластинок. Поэтому процесс структурообразования в цементной суспензии несколько ускорен, если химическая реакция образования гидросиликатов происходит достаточно быстро. Это наблюдается при тонкой дисперсности и высокой химической активности кремнеземистой добавки. Структура пуццолановых цементов более равномерная и мелкопористая, чем у портландцементов.

6.2 Тампонажные материалы гидротермального твердения

6.2.1 Цементы на основе доменных шлаков

Доменный шлак – это продукт, состоящий в основном из силикатов и алюминатов кальция. Он получается при производстве чугуна в доменной печи в виде расплава и затем охлаждается. При быстром охлаждении водой, паром или воздухом образуется гранулированный шлак, при медленном – комовый. Высокую гидравлическую активность доменный шлак приобретает при очень быстром охлаждении или грануляции водой.

Химико-минералогический состав шлака и способ его охлаждения определяют физико-механические свойства шлаковых цементов, сроки схватывания, плотность, растекаемость, прочность образующегося камня и т.д.

Свойства шлаковых цементов отличаются от свойств обычного портландцемента. Шлаковые цементы твердеют при повышенных температурах.

Для получения тампонажных растворов используются доменные гранулированные шлаки. Они входят в состав портландцементов (до 15 %), шлакопортландцементов (до 60 %), сульфатно-шлаковых цементов (до 70 %) и шлаако-песчаных тампонажных цементов (до 70 %). Кроме того, из них получают также шлакощелочные вяжущие вещества.

Шлаки содержат три из четырех основных оксидов портландцементного клинкера – СаО, SiO 2 и Al 2 O 3 . Содержание СаО в большинстве составляет 40 – 50 %, по сравнению с 60 – 70 % в портландцементном клинкере, а Fe 2 О 3 – отсутствует, так как выплавляется из шлаков в металлургическом процессе.

Условная характеристика шлаков – модули основности ( Мо ) и активности ( Ма ).

При Мо ≥ 1 шлаки называются основными, а при Мо ≤ 1 – кислыми. Чем выше модуль активности, тем выше гидравлические свойства и прочность камня.

Из-за низкого содержания оксида кальция минералы шлаков обладают незначительной химической активностью. Наиболее активный минерал шлаков β-С 2 , который способен к медленной гидратации при нормальных условиях.

Из всех шлаков только гранулированные с повышенным содержанием СаО и А1 2 О 3 способны образовывать медленно-твердеющие водные суспензии.

Процесс твердения шлаков связан с образованием тех же продуктов гидратации, что и у портландцемента, однако из-за низкой основности – гидроксид кальция в свободном виде практически не образуется, присутствуют низкоосновные гидросиликаты кальция, гидрогранаты, а так же гидрат геленита (2СаО∙Al 2 O 3 ∙SiO 2 ∙2H 2 O). Для ускорения гидратации и твердения цементов на шлаковой основе применяют химическую активацию путем введения щелочей и сульфатов, обычно в виде оксида или гидроксида кальция и гипса. Широко используются для активации и растворимые силикаты щелочных металлов Na 2 SiO 3 , K 2 SiO 3 , а также карбоната натрия и калия.

Введение щелочей ускоряет растворение шлакового стекла, имеющего кислый характер. При добавке гипса (сульфатная активация) образуются гидросульфоалюминаты кальция различной основности, ускоряющие процесс структурообразования.

Для активации твердения шлаков также используют добавку портландцемента, поставляющего Са(ОН) 2 при гидратации алита. В таблице 2 представлены данные об изменении сроков схватывания шлаковых растворов с различным содержанием портландцемента. Шлаковый раствор при температуре 22 0 С весьма медленно схватывается. Добавление 10 % портландцемента приводит к резкому сокращению сроков схватывания раствора, причем основную роль при этом играет портландцемент. Дальнейшее увеличение его количества в растворе способствует незначительному последовательному ускорению процессов схватывания.

Таблица 2 — Изменение сроков схватывания шлакопортландцемента при температуре 22 0 С

Цементные растворы, их виды и свойства

Цемент — удивительное вещество, которое позволяет изготавливать различные смеси и растворы для любых типов строительных, отделочных и ремонтных работ.

Цемент — порошкообразное вяжущее вещество водного твердения. Это означает, что только в присутствии воды в нем происходят реакции гидратации, необходимые для химического преобразования порошкового компонента в твердый материал, имеющий кристаллическую структуру. Поэтому для работы с цементом из него замешивают растворы и смеси с добавлением воды.

Основными типами таких материалов являются бетонные смеси и цементные растворы.

Чем отличается цементный раствор от бетонной смеси

Главное отличие этих типов строительных материалов — состав, который и обуславливает различие их качеств и разные области их применения. Есть у них и общие черты: использование цемента как вяжущего позволяет получить материалы, отличающиеся особой прочностью.

Фактически, бетон можно назвать композитным материалом. Если для изготовления бетонной смеси, помимо цемента, воды и песка, требуется еще и крупный заполнитель, к примеру, гравий или щебень с разным размером фракций, то в цементный раствор добавляется только мелкий заполнитель — песок.

Читайте так же:
Что такое отсев цемента

Таким образом, в состав цементного раствора входят:

  1. цемент;
  2. песок;
  3. вода.

Различается и область применения. Бетон используется для изготовления крупных изделий и конструкций, например, монолитных стен и плит перекрытий, дорожного полотна, стяжек, а также мелкоштучных, но требующих высокой прочности изделий, к примеру, тротуарной плитки.

Цементные растворы применяются как материал для заполнителей швов и соединения строительных элементов (кладочные растворы) либо для обработки поверхностей

Цементные растворы применяются как материал для заполнителей швов и соединения строительных элементов (кладочные растворы) либо для обработки поверхностей (например, различные виды штукатурных растворов с использованием цемента).

  • пластичность смеси и увеличение ее срока жизни;
  • возможность работать при отрицательных температурах;
  • повышенную прочность и трещиностойкость;
  • морозостойкость готового изделия;
  • быстрое схватывание;
  • водостойкость

Советуем изучить: Каталог добавок Cemmix

Виды цементных растворов

Популярность цементных растворов в строительных, отделочных и ремонтных работах объясняется их прочностью и доступностью.

Популярность строительных растворов в строительных, отделочных и ремонтных работах объясняется их прочностью и доступностью

Можно говорить о классификации цементных растворов по их составу и назначению.

По составу цементные растворы делятся на следующие виды:

  1. Цементно-песчаный. Раствор замешивается с добавлением песка, который является компонентом, формирующим кристаллическую структуру и препятствующим усадке и образованию трещин. Используется песок средних фракций. Цементные растворы используют для кладки и оштукатуривания стен. Цементная штукатурка прочная, паропроницаемая и устойчива к появлению грибка и плесени. Она может применяться под любые виды покрытий, включая декоративную плитку, а также использоваться для отделки внешних стен зданий.
  2. Цементно-известковый. Цементно-известковая штукатурка сочетает два вяжущих компонента, из которых цемент — вяжущее водного твердения, а известь — воздушного. Гашеная известь снижает стоимость раствора, а также работает как пластификатор, повышая его подвижность. Цементно-известковую штукатурку можно использовать для отделки любых помещений, в том числе, влажных, а также фасадов зданий. Ее плюсами являются пластичность, прочность, возможности послойного нанесения, влагостойкость, устойчивость к плесени, грибку, доступность и экономичность.

Виды цементных растворов по назначению:

  1. кладочные;
  2. штукатурные;
  3. ремонтные;
  4. растворы для стяжек.

В зависимости от назначения раствора, выбирается марка цемента, состав раствора и пропорции основных компонентов. Растворы для оштукатуривания должны быть более пластичными, чем кладочные, что достигается применением различных добавок: гашеной извести либо специальных пластификаторов.

Интересно!

Обычный цемент имеет серый цвет, но для отделочных работ существует белый. Его применяют для замешивания штукатурных растворов, а также смесей для изготовления цветной тротуарной плитки, поскольку серый цемент не позволяет получать яркие красивые оттенки. Белый цемент дороже обычного, поэтому часто его используют для раствора, который применяется на поверхности (верхний слой штукатурки или брусчатки).

Какую марку цемента выбрать

Как известно, цемент классифицируется по прочности на марки, которые раньше обозначались литерой М и числовым показателем, характеризующим предел прочности на сжатие в кг/см 2 . Чем выше показатель, тем более прочные изделия можно получить из этого цемента.

Важно!

Сегодня маркировка вяжущего порошка начинается с вида цемента ЦЕМ, после чего указывается процентное содержание и тип добавок. Далее отмечается класс прочности и скорость схватывания. Например, ЦЕМ II/В-Ш 22,5Н — портландцемент с гранулированным доменным шлаком 21-35 %, класс прочности 22,5, с нормальной скоростью твердения.

Тем не менее, до сих пор многие потребители пользуются старой классификацией, поэтому некоторые производители наносят на мешки с цементом обе маркировки (по старой и новой классификации).

При реализации работ важно выбрать оптимальный по прочности цемент, чтобы, с одной стороны, получить достаточную прочность изделий, с другой стороны, не переплачивать за более дорогие расходные материалы.

Вот почему правильный выбор оптимальной марки цемента так важен:

  1. для оштукатуривания фасадов — ЦЕМ II 32,5Н–ЦЕМ II 42,5Н (М400–М500);
  2. для штукатурки внутренних стен под обои или покраску — ЦЕМ II 22,5Н–ЦЕМ II 32,5Н (М300 –М400);
  3. для кладочных растворов необходим цемент марки ЦЕМ II 22,5Н–ЦЕМ II 42,5Н (М300–М500), причем растворы маркируются по прочности от М25 (для ненагруженной кладки) до М200 (для высоко нагруженных конструкций, таких, как фундаменты на слабых грунтах), выбор конкретной марки зависит от марки кирпича, в обычном случае выбирается раствор марки М50 или М75;
  4. для стяжек применяют растворы от М200 (стяжка в квартире), М300 (стяжка в офисе), и выше для стяжек, которые будут подвергаться высоким нагрузкам (например, в производственных помещениях).

Как приготовить цементный раствор

Цементный раствор вполне можно изготовить самостоятельно, и это будет дешевле, чем покупать готовый. К тому же, в частных строительных и ремонтных работах самостоятельное замешивание удобнее.

Замешивают цементные растворы в небольших бетономешалках либо при помощи строительного миксера, а если раствора нужно немного, то и вручную.

Замешивают цементные растворы в небольших бетономешалках при помощи строительного миксера, а если раствора нужно немного, то и вручную

Обычно вначале рекомендуют перемешать сухой цемент с песком, а затем добавлять воду с химическими добавками до требуемой густоты или, если используется гашеная известь, ее водный раствор. Хотя некоторые мастера предпочитают другой порядок замеса.

Консистенция раствора подбирается в зависимости от целей и может быть как полусухой, так и пластичной, и даже литой.

Любые химические добавки вводятся в раствор с водной составляющей.

Видео: Как правильно замешивать цементный раствор

Пропорции компонентов для цементных растворов

Какие количества цемента, песка и воды использовать, зависит от назначения цементного раствора.

Таблица 1. Пропорции штукатурных растворов

Виды растворов

Таблица 2. Пропорции растворов для стяжек

Пропорции растворов для стяжек

Таблица 3. Пропорции кладочных растворов

Пропорции бетона для кладочных растворов

Расход цемента

Поскольку самый дорогостоящий компонент цементного раствора — цемент, а также потому, что он должен быть свежим, необходимо точно рассчитать, какое количество цемента потребуется.

Зная пропорции раствора, несложно подсчитать, сколько цемента нужно для замеса одного кубометра материала.

Для оштукатуривания и кирпичной кладки количество раствора смотрят в таблицах.

Таблица 4. Расход штукатурного раствора с учетом потерь

Расход штукатурного раствора с учетом потерь

Для стяжки можно самостоятельно посчитать количество раствора. Для этого ширину и длину помещения умножают друг на друга и на толщину стяжки (в метрах). Если помещение имеет неправильную форму, отдельно подсчитывается площадь каждого участка, а при значительной неровности пола (когда стяжка будет иметь разную толщину на разных участках) берется среднее значение толщины стяжки.

Например: дано помещение 10 на 10 м, толщина стяжки — 5 см (0,05 м). Значит, потребуется 5 кубов раствора.

Важные компоненты цементных растворов — специальные добавки, к которым относятся:

    и суперпластификаторы для увеличения подвижности и прочности растворов и для экономии цемента (до 15–20%); и противоморозные добавки при работе в условиях низких температур; для повышения водостойкости; или базальтовая фибра для объемного армирования, уменьшения усадки, снижения образования трещин.

Важно не пренебрегать добавками для бетона и не заменять их подручными компонентами (мылом, солью), точные пропорции которых и эффект невозможно просчитать. Готовые химические добавки испытаны в лабораторных условиях, их возможно точно дозировать, а эффект от них предсказуем.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector