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.

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.

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

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.

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

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.

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).

Лекция № 13

Краткая характеристика наиболее широко используемых УС

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

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).