Лекция № 13

В/Ц

При значениях В/Ц, наиболее часто используемых в практике тампонирования скважин (0,45…0,55), его влияние на скорость гидратации не очень существенно.

В принципе же, скорость гидратации с ростом В/Ц увеличивается.

При высоких значениях В/Ц период интенсивной гидратации идет быстро, затем замедляется. При низком В/Ц процесс интенсивной гидратации растянут во времени.

С ростом температуры до 70…90 ºС эти отличия выражены уже менее четко.

Лекция № 13

При регламентировании значений В/Ц следует руководствоваться следующим:

С увеличением В/Ц

-снижается способность ТР к затвердеванию, поэтому В/Ц 1

характерно только для ТР, содержащих облегчающие добавки, способные связывать большое количество воды;

-снижается седиментационная устойчивость ТР;

-растет показатель фильтрации ТР.

Лекция № 13

С уменьшением значений В/Ц до 0,3 ТР невозможно

транспортировать в заколонное пространство, так как он превращается в пасту.

При В/Ц 0,6 в структуре ТК образуется система

взаимосвязанных капиллярных и более крупных пор, т.е. с ростом В/Ц повышается пористость, проницаемость ТК и снижается его прочность.

Давление

С повышением давления скорость гидратации увеличивается.

Так, известно, что с ростом давления от атмосферного до 50… 60 МПа сроки схватывания сокращаются примерно вдвое.

Лекция № 13

Температура

Скорость растворения поверхности клинкерных минералов (скорость гидратации) возрастает с ростом температуры экспоненциально, т.е. температура является главным фактором, определяющим скорость схватывания и твердения ТР.

Константа скорости растворения вяжущих веществ (ВВ) определяется по формуле

K = K0 exp (- E / Rt), где K0 – константа определенного ВВ;

R – универсальная газовая постоянная (R = 8,314 Дж/К·моль); Е – энергия активации, Дж/моль;

t – температура, К (t = T + 273,15; где T – температура, ºС).

Лекция № 13

Энергия активации (Е) – это та избыточная энергия, которую нужно приложить, чтобы реакция растворения ВВ началась.

Для ориентировочных расчетов в температурном интервале от 280 до 360 К значение энергии активации ПЦТ можно принять равным 20000…40000 Дж/моль.

Пример:

Е = 40000 Дж/моль; T1 = 50 ºC;

T2 = 100 º С.

K1 = K0 exp (- 40000 / 8,314 · 323,15) = K0 3,42 · 10-7; K2 = K0 exp (- 40000 / 8,314 · 373,15) = K0 2,51 · 10-6.

Лекция № 13

При тампонировании глубоких скважин большинство из рассмотренных выше факторов являются практически фиксированными, т.е. не зависящими от исполнителей.

Так, температура и давление в скважине определяются соответствующими градиентами (геотермическим и геостатическим), характерными для конкретного месторождения, а минералогический состав и степень дисперсности ТЦ – технологией его изготовления.

Именно поэтому для регулирования скорости гидратации (скорости схватывания и твердения) широко используют химические реагенты – УС и ЗС.

Лекция № 13

5.1.2. Структурообразование

Как отмечалось выше, новообразования, возникающие в ТР, концентрируются вокруг зерен ПЦТ, образуя тем самым тонкопористую массу – цементный гель.

T, ч

ПЦТ + ЖЗ = ТР ТК

Лекция № 13

Размеры пор цементного геля меньше, чем размеры элементарных пакетов тоберморита. Поэтому кристаллизация последнего в порах геля невозможна.

новообразования (тоберморит)

Лекция № 13

По мере роста числа новообразований и их размеров в ТР образуются «стесненные» условия. Проиллюстрируем это цифрами.

В суспензиях ТЦ, имеющего плотность 3100 кг/м3 и удельную поверхность 320 м2/кг, при В/Ц = 0,5 среднее расстояние между частицами цемента равно 1…2 мкм.

Образующиеся продукты гидратации (тоберморит) имеют в 1000 раз большую удельную поверхность (300…400 м2/г), в связи с чем среднее расстояние между частицами уменьшается до 0,02…0,005 мкм.

Лекция № 13

В результате реакции гидратации на поверхностях зерен исходных клинкерных минералов и элементарных пакетов тоберморита образуются гидратные оболочки.

Связанная вода составляет примерно 20 % от массы цемента. Таким образом, в результате гидратации количество жидкости затворения уменьшается, а количество дисперсной фазы ТР увеличивается за счет того, что часть воды, вступившей в реакцию с ТЦ, переходит в его состав.