Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
35
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
1.31 Mб
Скачать

Лекция № 13

Кроме гидратных оболочек на поверхностях твердой фазы ТР возникают и электрические заряды, обусловленные как ненасыщенными валентными связями на растворенных участках кристаллической решетки клинкерных минералов, так и несовершенством кристаллической решетки новообразований, связанным с ее незавершенностью (продолжающимся ростом).

Известно, что наличие на поверхностях твердых частиц гидратных оболочек и одинаковых по знаку электрических зарядов приводит к отталкиванию частиц друг от друга.

Однако «стесненные» условия, в которых находятся частицы твердой фазы ТР, не позволяют им разойтись, в то же время гидратные оболочки на их поверхности – не позволяют им сблизиться вплотную.

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

21

Лекция № 13

К чему все это приводит? Частицы твердой фазы (зерна цемента и элементарные пакеты тоберморита) начинают контактировать друг с другом острыми краями и ребрами, на которых толщина гидратной оболочки существенно меньше, а вследствие этого меньше и силы отталкивания.

ПЦТ

ЖЗ

В результате образуется сетчатая (коагуляционная ) структура из зерен цемента и элементарных пакетов тоберморита, пронизывающая весь объем ТР. Такая структура тиксотропна (связь между частицами через гидратные оболочки), т.е. после ее механического разрушения (перемешивания) связи между твердыми частицами восстанавливаются.

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

22

Лекция № 13

5.1.3. Схватывание. По мере роста кристаллов новообразований прочность коагуляционной структуры повышается, увеличивается число связей и возникает непосредственная связь (а не через гидратные оболочки) между частицами, все больше и больше появляется контактов срастания новообразований, увеличивается площадь таких контактов, преобладающее влияние в системе приобретают прочные химические связи.

T, ч

ПЦТ + ЖЗ = ТР ТК

 

Гидратация

 

Структуро-

 

Схватывание

 

Твердение

 

 

 

 

 

 

 

 

образование

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Период жидкого состояния ТР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

начало

конец

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

23

Лекция № 13

В результате коагуляционная структура преобразуется в рыхлую кристаллизационную структуру.

Почему рыхлую?

Потому что нарушение структуры в этот период приводит к образованию рыхлой массы землистой консистенции.

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

24

Лекция № 13

5.1.4. Твердение

Происходит окончательное формирование кристаллизационной структуры, имеющей высокую механическую прочность и упруго- хрупкие свойства.

Разрушение связей между частицами таких структур необратимо.

T, ч

ПЦТ + ЖЗ = ТР ТК

 

Гидратация

 

Структуро-

 

Схватывание

 

Твердение

 

 

 

 

 

 

 

 

образование

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Период жидкого состояния ТР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

начало

конец

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

25

Лекция № 13

5.2. Регулирование свойств ТР и ТК с помощью химических реагентов

5.2.1. Ускорители схватывания и твердения ТР (УС) Назначение: сокращение времени ОЗЦ.

Область применения:

тампонирование скважин в верхних частях разреза (при невысоких температурах);

ликвидация поглощений бурового раствора;

закрепление неустойчивых горных пород в околоствольном пространстве скважин.

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

26

Лекция № 13

В качестве УС чаще всего используют электролиты – вещества, которые в водных растворах диссоциируют на анионы и катионы. Ускорение сроков схватывания ТР, вызываемое электролитами, в основном обусловлено следующими факторами:

интенсификацией растворимости поверхности клинкерных минералов (ускорение процесса гидратации и процесса появления новообразований);

образованием новых центров кристаллизации (увеличением числа зародышей новой фазы);

коагулирующим воздействием вводимых ионов, что ускоряет процесс структурообразования (уменьшается толщина гидратных оболочек на поверхностях цементных зерен и элементарных пакетов тоберморита).

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

27

Лекция № 13

Краткая характеристика наиболее широко используемых УС

Название

Химическая

 

формула

Хлорид кальция

CaCl2

Хлорид натрия

NaCl

Углекислый калий

K2CO3

Углекислый натрий

Na2CO3

Сернокислый натрий

Na2SO4

Гидроксид натрия

NaOH

Кремнекислый натрий

Na2 · nSiO2

Т, ºС

Добавка, % (от

 

массы цемента)

0…100

2

- 10…0

2…8

0…8

2

- 10…0

1…4

0…150

0,5…2

- 10…0

2…5

0…130

1…5

0…75

1…6

- 5…50

0,3…0,8

0…75

5…15

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

28

Лекция № 13

Кроме перечисленных выше основных реагентов, в качестве УС могут использоваться: FeCl2, AlCl3, KCl, Al2SO4, MgCl2, K2SO4,

нитрит*- нитрат**- кальция (ННК), мочевина (карбамид), нитрит- нитрат- хлорид кальция с мочевиной (ННХКиМ), нитрит- нитрат- сульфата натрия (ННСН), нитрат натрия (НН), нитрит кальция (НК), нитрит- нитрат- хлорид кальция (ННХК), нитрат кальция с мочевиной (НКМ) и др.

нитриты* – соли азотистой кислоты нитраты** – соли азотной кислоты

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

29

Лекция № 13

5.2.2. Замедлители схватывания и твердения ТР (ЗС)

Назначение: обеспечение возможности выполнения всех технологических операций по доставке ТР в заданный интервал при высоких забойных температурах в скважинах ( 100 ºС).

Механизм действия замедлителей схватывания заключается в образовании вокруг зерен цемента и элементарных пакетов новообразований защитных слоев или оболочек, которые препятствуют контактированию их друг с другом и с водой (снижается скорость гидратации и прочность коагуляционной структуры).

Курс лекций по дисциплине «Буровые технологические жидкости».

 

Автор: профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик

30

Соседние файлы в папке БТЖ - лекции_2015