Магнезиальный цемент.

Высокой стойкостью при контакте с кристаллическими солями магния обладает магнезиальный цемент. Он представляет со­бой каустический магнезит (состоит в основном из МgО) или каустический доломит (МgО + СаСО₃), затворенный на концентрированных растворах хлорида магния (цемент Сореля) или некоторых других солей.

Для получения каустического магнезита и доломита при­родные магнезит и доломит обжигают при температурах 700 — 800 °С, продукт обжига измельчают до дисперсности порошка, примерно такой же, как у ПЦ. Применяют также кальцинированный магнезит — пылеунос вращающихся печей обжига магнезита, содержащий смесь МgО, МgСО_3, СаО и СаСОз.

Магнезиальный цемент представляет собой воздушное вя­жущее вещество. Образуемый из него искусственный камень не водостоек, однако в контакте с содержащими магний соле­выми породами и при отсутствии пластовых сод он обладает значительно большей стойкостью, чем другие цементные камни из минеральных вяжущих веществ.

При затворении на воде каустический доломит и каустиче­ский магнезит твердеют очень медленно. При затворении на растворах солей магния, чаще всего хлорида, получается быстросхватывающаяся и быстротвердеющая суспензия. Образующийся гидроксид магния Мg(ОН)₂ мало растворим в воде — менее 0,01 кг/м³, но гидроксихлорид магния разлагается в воде, по­этому магнезиальные вяжущие вещества относятся к воздуш­ным. Они применяются в качестве ТМ для цементирования тех участков ствола скважин, которые сложены солями магния (бишофиты, карналлиты).

Для повышения водостойкости к каустическому магнезиту добавляют суперфосфат, измельченные металлургические шлаки обрабатывают органическими химическими реагентами, стойкими в кислых средах. Магнезиальный цемент обладает быст­рым схватыванием и быстрым твердением, хорошей адгезией к металлу, органическим (опилки, волокна) и минеральным на­полнителям. Низкое значение рН поровой жидкости вызывает опасность коррозии металла, находящегося в контакте с за­твердевшим магнезиальным цементом. Он не разрушается серо­водородом, но и не связывает его, не препятствует его доступу, например, к остальным обсадным трубам.

Модифицированные тм.

Цель модификации ТМ — приведение в соответствие свойств базовых ТЦ и приготовляемых из них растворов с условиями применения. Это касается, прежде всего регулирования плотности ТР, а также скорости схватывания и твердения, реоло­гических свойств.

Модифицировать можно на стадии производства ТЦ путем введения твердых порошкообразных доба­вок, введением диспергируемых (в том числе чаще всего растворяемых) в жидкости затворения реагентов, путем аэрирова­ния раствора и т. д. Некоторые коррозионностойкие, термостой­кие и расширяющиеся ТЦ, по существу, являются модифицированными. Однако они включены в раздел базовых, так как могут подвергаться модификации. Рассмотрим это.

Облегченные тц и тр.

ТР представляют собой многокомпонент­ные системы, плотность (объемная масса) которых зависит от плотности входящих в них компонентов и объемного (или мас­сового) их соотношения. Уменьшить плотность ТР можно увеличением содержания жидкости затворе­ния по отношению к твердым фазам, если жидкость затворения имеет меньшую плотность, или путем замены:

• части или всей жидкости затворения жидкостью меньшей плотности;

• всего или части вяжущего вещества вяжущим веществом меньшей, плотности;

• всей или части добавки добавкой меньшей плотности;

• части вяжущего вещества специальной добавкой, обладаю­щей меньшей по сравнению с ним плотностью;

• части объема твердых и (или) жидких фаз газообразной фазой.

Выбор того или иного способа снижения плотности опреде­ляется условиями применения, технологическими возможно­стями, экономической целесообразностью. При использовании ТМ на основе минеральных вяжущих ве­ществ возможности регулирования плотности выбором их вида ограничены, если ориентироваться только на величину их плотности.

Допустим, необходимо снизить плотность ТР на основе портландцемента с 1830 кг/м³ при В/Ц – 0,5 до 1500 кг/м³. Этого можно добиться путем замены или 90 % ПЦ клинкера самой легкой из минеральных добавок — пылевидной золой, или 46 % клинкера порошкооб­разным каменным углем — самой доступной из органических добавок, или введением 20 % газовой фазы к первоначальному объему раствора, или увеличением водосодержания до В/Ц= 1,05.

Гельцементные растворы относятся к облегченным ТР. Это растворы, содержащие в качестве облегчающей добавки высококоллоидальные, главным образом монтмориллонитовые (бентонитовые) глины. Эти глины имеют плотность 2300—2600 кг/м³ и вводятся обычно в количестве до 20 % от массы твердой фазы. Поэтому снижение плотности за счет введения менее плотного компонента твердой фазы неве­лико и достигается в основном за счет значительного увеличе­ния водосодержания гельцементных растворов по сравнению с обычными. Добавка к ТЦ 5—6 % высококачественного бентонита позволяет приготовить седиментационноустойчивые растворы с В/Т = 0,7 – 0,75, имеющие плотность 1600—1700 кг/м³. Введение 20—25% бентонита позволяет при­менять В/Т= 1,3 – 1,5 и получать плотность растворов 1300— 1400 кг/м³.

Седиментационная устойчивость сильно разбавленных гельцементных растворов обусловлена высокой дисперсностью час­тиц монтмориллонита в воде особыми свойствами их поверхности и формой (высокой анизометричностью), что в совокупности обеспечивает высокую структуро­образующую способность. Хорошо диспергированный бентонит образует в цементном растворе самостоятельную коагуляционную структуру, в которой взвешены частицы цемента. Впослед­ствии эта структура разрушается в результате коагулирующего действия иона кальция и заменяется структурой твердеющего цементного камня.

При водосодержании гельцементных растворов, обеспечива­ющем консистенцию раствора, равную обычному ТПЦ при В/Ц = 0,4 – 0,5, начальная скорость водоотдачи оказывается в несколько раз ниже. Добавка бенто­нита в значительно большей степени повышает сопротивление фильтрации, чем эффективную вязкость, что может быть объяснено ярко выраженной тиксотропией коагуляционных струк­тур монтмориллонита.

Гельцементные растворы пониженной плотности можно при­готовлять тремя способами: затворением на воде сухой смеси цемента и глинопорошка, затворением цемента на заранее при­готовленной и необходимое время выдержанной глинистой суспензии (глинистом растворе) и смешиванием глинистого и цементного растворов. При втором и третьем способах для до­стижения равной седиментационной устойчивости достаточно в 2—3 раза меньшего количества добавки.