2. Гельцементы и цементы с кремнеземистыми добавками.

Гельцементными называются растворы, содержащие в качестве облегчающей добавки высококоллоидальные, главным образом монтмориллонитовые (бентонитовые), глины. Эти глины имеют плотность 2300—2600 кг/и3 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.

Седиментационная устойчивость сильно разбавленных гельцементных растворов обусловлена высокой дисперсностью час­тиц монтмориллонита, особыми свой­ствами их поверхности и формой, 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 тампонажному портландцементному 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. Недостатком гельцементных растворов пониженной плотно­сти является низкая температурная и коррозионная устойчи­вость цементного камня. Недостаток пуццолановых цементов (вяжущего вещества для строительных растворов и бетонов)—их высокая водопотребность. Это было причиной использования их для приготовления тампонажных цементных растворов пониженной плотности. Из пуццолановых добавок наибольшей водопотребностью обладают диатомиты и подобные им материалы. Они широко применя­ются в тампонажных растворах пониженной плотности.

3. Промышленные виды тампонажных материалов.

ШПЦС – шлакопесчаный цемент, термостоек. УШЦ - утяжеленный шлаковый цемент, облегченный цемент, бездобавочный портландемент, с мин.добавками. УЦГ – утяж.цемент для горячих скважин.

4. Написать условное обозначение сульфатостойкого бездобавочного тампонажного цемента для умеренных температур. ПЦТ I-CC-100.

5. При температуре на забое скважины 180С можно использовать: ШПЦС.

Б.11

1. Механизм изменения сроков схватывания тампонажного раствора

2. Утяжеленные тампонажные растворы.

В некоторых районах при отсутствии утяжеленного цемента в качестве утяжеляющей добавки к цементам используют немо­лотый магнетитовый песок. Введение магнетита дает возмож­ность получить растворы высокой плотности.

При высоких температурах и давлениях водоотделение (ха­рактеризующее седиментационную устойчивость) цементно и шлакобаритовых растворов на 20—30 % меньше, чем рас­творов, утяжеленных магнетитовым песком. Хорошая устойчи­вость утяжеленных баритом растворов объясняется большими дисперсностью и гидрофильностью баритовых частиц, чем магнетитовых. Образующиеся вокруг баритовых частиц сольватные оболочки способствуют их большой «плавучести» и, следова­тельно, седиментационной устойчивости системы. Таким образом, при отсутствии специального утяжеленного цемента заводского производства для утяжеления тампонажных растворов лучше использовать технический барит, чем немолотый магнетитовый песок. Смеси с баритом предназна­чаются для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномально высокими градиентами давлений до 0,021 МПа/м при 20—200 °С. Для цементирования скважин с забойными температурами 20—100 °С рекомендуются смеси цемент — барит с массовым соотношением от 2: 1 до 1 : 1, а для скважин с температурой 100—200 °С — шлак —барит с таким же соот­ношением. Смеси состава 2: 1 используются для получения тампонажного раствора плотностью 2000—2100 кг/м³, а со­става 1 : 1 — плотностью 2100—2180 кг/м³.

Утяжеленные тампонажные растворы на основе шлаков цветной металлургии

Исследования показали, что для цементирования высокотемпе­ратурных скважин с аномально высокими пластовыми давле­ниями в качестве вяжущих веществ можно использовать шлаки цветной металлургии, в частности отходы выплавки свинца и меди.

На заводе шлак подвергается грануляции, поэтому харак­теризуется высоким содержанием стекловидной фазы. При ис­пользовании его необходимо размолоть до удельной поверхно­сти 210—300 м²/кг. Размалываемость свинцового шлака при­близительно такая же, как гранулированных доменных шлаков.

Из свинцового шлака можно получить утяжеленные растворы плотностью 2160—2270 кг/м³, а при ис­пользовании реагентов-разжижителей плотность раствора можно поднять еще выше.

3. Определение места установки муфты МСЦ при ступенчатом цементировании.

4. Написать условное обозначение облегченного портландцемента для нормальных температур плотностью 1600. ПЦТ III-Об 6-100

5. Определить тип тампонажного цемента для крепления скважин в ММП.

Портландцемент с КCl.

Б.12

1. Кинетика гидратации портландцемента.

Кинетика гидратации выражают обычно кривой или аналитическим выражением зависимости степени гидратации от времени протекания реакции. Степень гидратации –это отношение массы исходного вяжущего вещества, вступившей в реакцию гидратации, ко всей массе исходного вяжущего вещества. Короткая стадия 1 интенсивного тепловыделения связана с присоединением воды на поверхности. Стадия 2 -инкубационный период. После инкубационного периода наступает стадия 3 – ускорение реакций гидратации, стадия 4 – затухающая реакция – связана с постепенным расходом реагирующего вещества в процессе гидратации. Кинетика на этой стадии выражается уравнением dm/dt  x(1-m)ⁱ. На последней стадии кинетика гидратации может быть измерена непосредственно по изменению соотношения между кол-вами негидратированных и вступивших в реакцию минералов. Скорость гидратации зависит от многих факторов. К числу важнейших из них относится минералогический состав цемента. Другой фактор – степень дисперсности цементного порошка.

Q

1 2 3 4

t

2. Коррозионностойкие тампонажные растворы.

Пуццолановые цементы, содержащие активные гидравлически активные кислые минеральные добавки, образуют цементный камень повышенной сульфатостойкости. К материалам обладающим пуццоланизирующим действием, относятся вулканические туфы, трассы, пемзы, глиежи. Пуццолановые цементы обеспечивают повышение стойкости к сульфатной коррозии и коррозии выщелачиввания.. Глиноземистый цемент - быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое при тонком помоле продуктов плавления сырьевой смеси, состоящей из боксита и извести. Глиноземистый цемент состоит в основном из низкоосновных алюминатов кальция, иногда в него вводят до 20-30% кислого доменного шлака, Карбонатный цемент. Этот цемент применяется в тех случаях когда требуется установить временный мост или удалить часть цементного стакана. При обработке соляной кислотой этот мост растворяется. Песчанистый цемент – за счет добавок кварцевого песка увеличивается сулфатостойкость, но уменьшается начальная прочность и замедляется схватываниею. Шлакопортландцемент – обладает большой стойкостью против действия сульфатных и магнезиальных агрессивных сред, для повышения термостойкости вводится кварцевый песок. Магнезиальный цемент – обладает высокой стойкостью при контакте с кристаллическими солями магния. Представляет собой каустический магнезит, затворенный на растворах хлорида магния или других солей.

3. Основные классы реагентов – регуляторов свойств тампонажных растворов.

Ускорители схватывания и твердения, замедлители схватывания и твердения, пластификаторы, понизители водоотдачи, пеногасители

4. Расшифровать цемент ПЦТ I-Н-СС1. тампонажный портландцемент бездобавочный с нормированными требованиями при водоцементном отношении, равном 0,38, высокой сульфатостойкости.

5. Для изоляции интервалов катастрофических поглощений будем использовать:

Цементно-резиновую смесь.

Б.13

1. Фазовые переходы в твердеющем цементе.

2. Расширяющиеся цементы.

В строительной практике применяются различные виды расши­ряющихся цементов, главным образом на сульфоалюминатной основе. Известны водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) и напрягающий цемент (НЦ). Расширение ВРЦ и ЦЦ происходит вследствие образования в них вначале моногидросульфоалюмината кальция, а затем высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент медленнее схватывается, чем ВРЦ.. В составе глиноземистой части вя­жущего вещества должен преобладать моноалюминат кальция, а содержание высокоосновных алюминатов кальция должно быть минимальным. Известен расширяющийся цемент на основе портландце­мента. В гидротехническом и шахтном строительстве, в нефтегазо­вой промышленности используется несколько видов специаль­ных расширяющихся тампонажных цементов. Расширение боль­шинства таких цементов вызывается образованием и ростом при твердении кристаллов гидросульфоалюмината кальция. В последние годы используется также расширение при гидра­тации оксидов кальция и магния. Гипсоглиноземистый цемент представляет собой продукт совместного помола высокоглиноземистого шлака и двухводного гипса, взятых в соотношении 3:1. При креплении нефтяных и газовых скважин чаще приме­няют смесь тампонажного портландцемента и гипсоглиноземистого.. Камень из этих цементов от­личается повышенной коррозионной устойчивостью. Тампонажный цемент с добавками магне­зита и доломита представляет собой смесь тампонажного . портландцемента с магнезитом или доломитом, обожженными при температуре 700—900 °С. Расширяющиеся тампонажные цементы (РТЦ) с большой величиной расширения получают введением добавок молотых негашеной извести и периклаза, обожженных при определенных температурах.

Преимущество расширяющихся тампонажных цементов на базе клинкера, содержащего свободный СаО, состоит в том, что наряду с обеспечением большой величины расширения при высоких температурах значительно упрощается технологиче­ский процесс изготовления такого цемента. Он может быть легко получен на любом из цементных заводов без существен­ных изменений технологических процессов. Такие цементы об­ладают лучшей сохранностью, чем с добавкой молотой нега­шеной извести. Следует добавить, что предпочтительно приме­нять этот клинкер в составе термостойкого песчанистого це­мента.

3. Реагенты-ускорители схватывания.

Для сокращения времени ожидания затвердевания цемента в тампонажные растворы вводят ускорители процессов схватывания и твердения.

CaCl₂, NaCl, NaCl+ CaCl₂, KCl, K₂CO₃, ННК, ННС, ННХК, НКМ, ННХК+М, НК, НН, NaOH, Na₂CO₃, Na₂SO₄, силикат натрия,

4. Расшифровать тампонажный цемент ПЦТ III –Ут1-100

тампонажный портландцемент со специальными добавками, утяжеленной плотности р=2100 кг/м3, для умеренных температур.

5. Для пластификации тампонажного раствора можно использовать. КССБ

Б.14.

1. Влияние температуры на фазовые переходы и прочность цементного камня..

Прочность цементного камня из портландцемента не является величиной постоянной. В результате физика-механических процессов гидратации, перекристаллизации и других происходит непрерывное изменение прочности структуры цементного камня. Кинетика изменений прочности зависят в первую очередь от минералогического состава клинкера, тонкости измельчения цемента и температуры. Наиболее длительный рост прочности наблюдается при низких положительных температурах. В этих условиях прочность увеличивается в течении многих лет. При t до 70 С максимальное значение прочности не зависят от температуры, срок его достижения значительно сокращается с повышением t. Сопротивление цементного камня разрушению неодинаково при различных способах нагружения.. Для испытания на сжатие используют гидравлические прессы. Определения предельного напряжения при растяжении с помощью разрывных машин рычажного типа. Определение прочности при изгибе с помощью автоматизированной разрывной машины МИИ-100.