9.3.3 Властивості тампонажного каменю

Основними фізико-хімічними характеристиками цементного каменю є його міцність, проникність, об’ємні зміни і корозійна стійкість.

Міцність цементного каменю характеризується тимчасовим опором згину, стику або розтягу. Для цього цементний камінь виготовляють у вигляді взірців, які випробують на міцність, тобто визначають напруження, при якому руйнується взірець. Взірці вигототовляють такої форми, яка є зручна для даного виду випробування.

Результат, одержаний при випробуванні взірців, у значній мірі залежить від умов випробування, тому їх строго обмежують. Для одержання відтворюваних результатів взірці цементного каменю слід випробувати охолодженими до кімнатної температури і повністю насиченими водою. Якщо взірці до визначення міцності витримувались при кімнатній температурі, то їх виймають з води, обтирають поверхню і випробують. Якщо взірці тверділи при підвищеній температурі, перед випробуванням їх необхідно охолодити у воді до кімнатної температури. Швидкість охолодження повинна бути не більше 1,5 °С за 1 хвилину.

Проникність для рідин і газів є наслідком наявності в цементному камені зв’язаної системи пор. Під проникністю тампонажного каменю розуміють його здатність пропускати через себе рідини або гази при певному перепаді тиску. Для забезпечення надійного розмежування пластів тампонажний камінь у затрубному просторі повинен мати мінімально можливу проникність для пластових флюїдів.

Проникність тампонажного каменю вимірюють так само, як і проникність гірських порід.

Об’ємні зміни. Для надійного розмежування проникних пластів важливо, щоб при твердінні об’єм тампонажного розчину (каменю) не змінювався або дещо збільшувався, причому збільшення повинно відбуватись без розтріскування каменю і без утворення порових каналів, якими можуть фільтруватись пластові флюїди.

До об’ємних змін належать контракція, набухання, усадка і розширення.

Контракцією називається зменшення сумарного об’єму системи в хімічних або фізичних процесах. Зменшення об’єму в результаті контракції супроводжується збільшенням пористості каменю і поглинанням рідини із навколишнього середовища.

Як капілярно-пористе тіло, тампонажний камінь чутливий до змін вологості навколишнього середовища. При необмеженому надходженні води в поровий простір тампонажного каменю в процесі твердіння спостерігається деяке збільшення зовнішнього об’єму тампонажного каменю, яке називають набуханням. Видалення води з пор тампонажного каменю призводить до зменшення його об’єму, тобто до його усадки. Усадка і набухання залежать від мінералогічного складу клінкеру і вмісту домішок. Зважаючи на особливу важливість його ізоляційних функцій, усадочні деформації тампонажного каменю небажані.

Зовнішній об’єм тампонажного каменю може змінюватися внаслідок збільшення об’єму порового простору. Це може бути наслідком дії власних напружень, які викликають деформацію структури. Якщо ці напруження виникають у невеликих об’ємах і дезорієнтовані, то відбувається рівномірне всестороннє розширення елементів структури тампонажного каменю. Такий ефект розширення твердіючого тампонажного каменю може бути використаний для підвищення герметичності зацементованого затрубного простору свердловини.

Корозійна стійкість. Камінь вважають корозійно стійким, якщо після тривалого (протягом багатьох років) зберігання в пластових водах його міцність та проникність помітно не погіршуються.