78. Влияние свойств цемента и цементного раствора на качество цементирования
Одним из факторов цементирования скважины является: Подвижность тампонажного раствора. Его подвижность т.е. способность покачиваться по трубам в течении необходимого для проведения процесса цементирования времени. Подвижность (растекаемость ) раствора устанавливается благодаря конусу АзНИИ. Для глубоких скважин с малым зазорам растекаемость растворов рекомендуется повышать до 22 см. Раствор считается соответствующим ГОСТУ , если диаметр расплывающегося раствора не менее 180 м при водоцементном отношении 0,5 · Плотность тампонажного раствора. Это критерий оценки качества тампонажного раствора. Колебание его плотности при цементировании показывает на изменение его водоцементного отношения, это является нарушение технологического режима. Уменьшении плотности приводит к ухудшению свойств камня. Следует строго контролировать изменение плотности тампонажного раствора при цементировании и не допускать отклонения от заданной величины, что составляет 0,02 г/см3 · Сроки схватывания тампонажного раствора. С помощью этих параметров определяется пригодность тампонажного раствора для транспортирования в заколонное пространство скважины. Для определения этих сроков при температуре 22 и 75 С применяют прибор, называемый иглой Вика. Сроки схватывания растворов подбирают исходя из конкретных условий. · Консистенция тампонажного раствора. Для цементирования глубоких высокотемпературных скважин необходимо устанавливать изменения загустевания (консистенции ) тампонажных растворов во времени в процессе их перемешивания. Для определение этого параметра применяют консистометры КЦ-3 и КЦ-4. · Вспенивание. При закачки раствора в скважину необходимо обеспечить точность подсчета объема прокачиваемого раствора. При приготовлении раствора очень часто образуется очень много пены что дает неверное представление об количестве закаченного раствора в скважину. Способность раствора к вспениванию определяют в лаборатории. · Водоотдача цементного раствора. Нестабильность раствора является его расслоение, образование зон воды и цементного теста, несплошности цементного камня в заколонном пространстве скважины. Мероприятия повышение стабильности тампонажных растворов является уменьшение их водоотдачи. · Механическая прочность цементного камня. Она характеризуется пределами прочности на изгиб образцов-балочек. Прочность по ГОСТу должен обладать цементный камень на 2-е сутки твердения в водной среде при некоторой температуре. В зацементированном заколонном пространстве скважине могут возникать растягивающие, сжимающие и изгибающие напряжения.
79. Влияние свойств цементного камня на качество цементирования.
Качество цементного камня принято характеризовать такими показателями, как механическая прочность, проницаемость, концентрация (уменьшение объема при твердении), коррозионная устойчивость в агрессивных средах, пластичность (деформируемость без нарушения сплошности среды), модуль упругости и т.д.
Для повышения механической прочности цементного камня и снижения его проницаемости рекомендуются следующие мероприятия: снижение водоцементного отношения (частично можно достигнуть введением водосвязывающих добавок в небольших количествах, например, глинопорошка); без изменения водоцементного отношения введение активных кремнеземистых материалов при температурах до 100 °С и кварцевого песка при температурах выше 100 °С и высоком давлении.
С течением времени прочность цементного камня может падать в связи с изменениями во внутренней структуре под воздействием высоких температур, в вещественном составе под коррозионным влиянием окружающей среды и, наконец, вследствие разрушения цементного камня под действием нагрузок.
В зависимости от состава пластовых вод коррозионное разрушение цементного камня может происходить по различным схемам:
выщелачивание (отделение) гидроксида кальция. Интенсивность этого вида коррозии зависит от концентрации извести в порах цементного камня и от концентрации катиона Ca2+ и аниона OH- в агрессивной (выщелачивающей) среде. С этой точки зрения “мягкие” воды более агрессивны по отношению к цементу, чем “жесткие”. Повышение температуры усиливает интенсивность коррозии;
вынос гидроксида кальция из цемента в результате магнезиальной коррозии, когда раствор, содержащий сульфат магния, при воздействии на цемент переводит растворенную известь в гипс и всносит его из цемента;
сероводородная коррозия, протекающая в присутствии сероводорода и приводящая к образованию малорастворимых сульфидов кальция, алюминия и железа;
сульфоалюминатная агрессия, когда воздействие сульфатных растворов (с сульфатом кальция или натрия) вызывает превращение соединения гидроалюмината кальция в гидросульфоалюминат кальция со значительным увеличением объема образующего вещества. В итоге в цементном камне развиваются напряжения, которые могут привести к образованию трещин и его разрушению.
Эффективное средство борьбы с коррозией – правильный подбор вида тампонажного материала с учетом химического камня, которая способствует распространению коррозионных процессов в глубь материала.
Свойства цементного раствора и методы определения.
1. В/Ц (фильтр-пресс, ВМ-6)
2.Растекаемость- характеризует подвижность цементного раствора, определяется с помощью конуса 2R (ГОСТ) >= 20 см
3. Прокачиваемость характеризует возможность закачки и продавки цементного раствора в условиях, модифицирующих течение раствора. Определяется с помощью консистометра
4. Сроки схватывания показывают время перехода от раствора к цементному камню. Определяется с помощью иглы Вика. За начало схватывания принимают время от момента затворения до того, как игла не будет доходить до основания конуса, заполненного цементным раствором на 1-2 мм. Начало схватывания должно быть. не менее чем на 25% больше, чем время цементирования
5. Реологические свойства. (η, τ0). Реологические характеристики нужны для расчета гидравлической программы цементирования. Зависят от В/Ц, удельной поверхности, гранулометрической составляющей вязкости и т.д.
Для определения используют вискозиметры ротационные и капиллярные, чаще ротационные.
6. Плотность цементного раствора.
В общ случае:
Увеличение плотности:
1)Для увеличения плотности раствора необходимо увеличить плотность твердой фазы, например вводом утяжелителей. Ввод добавок(например, барита) ухудшает качество цемента и может вызвать осложнения при цементировании.
2)Возможно утяжелить раствор увеличением плотности жидкости затворения (добавкой солей), однако существенного увеличения не получается.
3)Увеличение плотности раствора уменьшением В/Ц отношения. При этом теряется подвижность раствора, необходимо применять пластификаторы.
Уменьшение плотности:
1) Облегчающие добавки. Большинство добавок имеют ρ=2500 и не дают реального облегчения
2) Микросферы (ρ=200-700 кг/см3). Применение ограничивается прочностью микросфер, высокой стоимостью, ухудшение качества цементирования по АКЦ. Достоинства: небольшая удельная поверхность
Свойства цементного камня и методы определения.
1) Прочность на сжатие, на изгиб
ПТЦ рекомендуется применять при температуре <100ºС, при более высоких наблюдается снижение прочности камня за счет термической коррозии.
Напряжение изгиба σизг.= f(В/Ц, Т,Sуд, τ0, добавки)
σизг.= m*k,
где m- масса груза, вызывающего разрушение образца, кг;
k- постоянная, зависящая от ширины, длины, высоты образца, расстояния между опорами, соотношения плеч рычагов прибора. Величина k для каждого прибора индивидуальна.
В настоящее время применяются машины типа МИИ-100
2) Проницаемость.
µ= f(В/Ц, T, состав)
В первые дни твердения проницаемость камня очень высока и камень практически не может изолировать пласты между собой, однако к недельному возрасту проницаемость может снизиться в сотни раз. Это связано с тем, что при твердении часть открытых пор переходит в замкнутые
2) Объемное изменение. Традиционные цементы при твердении в воде в лучшем случае являются безусадочными, а при твердении на воздухе они всегда усадочны. Причина- контракция. Контракция- это уменьшение абсолютного объема цементного материала в результате гидратации цемента.
