12.2.1 Утяжеленные тампонажные цементы и растворы

Подбор рецептур тампонажных растворов для цементирования скважин с аномально высокими пластовыми давлениями свя­зан с большими трудностями в результате отсутствия специ­альных утяжеленных цементов. Такие цементы готовят на буровом предприятии смешением тампонажного цемента и утя­желяющей добавки — кварцевого немолотого песка, магнетитового песка. Как правило, качество этих смесей неудовлетвори­тельное, приготовление их связано с большими затратами. Кроме того, смеси на основе немолотых утяжеленных добавок дают нестабильный, седиментационно неустойчивый раствор, что сказывается как на технологии затворения раствора, так и на качестве цементирования скважин.

В последнее время для цементирования скважин с ано­мально высокими давлениями разработаны и изготовляются заводским способом утяжеленные цементы,, представляющие собой тщательно приготовленную смесь вяжущего материала и утяжеляющей добавки.

12.2.2Утяжеленный цемент для умеренно высоких температур

Утяжеленный цемент (УЦГ) предназначен для цементирования скважин при температуре выше 100 °С. Вяжущей основой его служит портландцемент или тампонажный цемент по ГОСТ 1581—85, утяжелителем — измельченная железная руда.

Последняя выбирается в качестве утяжеляющей добавки вследствие ее относительно высокой плотности, а также способ­ности Ре₂0₃ образовывать высокопрочные ферритные и алюмо- ферритные гидрогранаты, устойчивые в сульфатных водах.

Сроки схватывания растворов из цементно-рудной смеси (табл. 11.7) определяются схватыванием цемента и мало изме­няются от добавки руды. Так, при температуре 20 °С начало схватывания раствора из чистого цемента 9 ч, а начало схваты­вания раствора из смесей цемент — руда 50:50 и 40:60 изменяется в пределах 8 ч 30 мин— 9 ч. При температуре 75 °С характер изменения сроков схватывания аналогичен.

Таблица 11,7. Сроки схватывания утяжеленных растворов, полученных

из смесей краматорского портландцемента и молотой руды

Удельная поверхность руды, /кг	Массовая доля. %			в/т		Растекае-		Плотность раствора, кг/м3			Сроки схватывания, ч-мин
	Цемент	Руда	мость, см			заме­ренная		расчет­ная	начало		конец

Температура 20 °С, давление атмосферное

—.	100	__	0,50	23	1830		1840		9-00		12-00
118	50	50	0,35	20	2140		2150		8—50		10—50
118	40	60	0,33	19	2250		2230		8-55		10—10
175	50	50	0,36	19	2120		2130		8—40		10—05
175	40	60	0,35	19	2150		2180		8-40		13-00
217	50	50	0,36	18	2110		2130		8—30		10-00
217	40	60	0,35	20	2130		2180		9—00		10-30
273	50	50	0,39	21	2060		2080		8—40		13-00
273	40	60	0,36	20	2130		2160		8-50		12-00
Температура		75 °С, давление атмосферное
—	100		0,50	23	1830		1840		2-10		3—00
118	50	50	0,35	20	2140		2150		2—00		2-35
118	40	60	0,33	19	2210		2230		2-35		3-25
175	50	50 *	0,38	20	2090		2100		2-10		2—55
175	40	60	0,35	19	2200		2180		2-50		3-50
217	50	50	0,36	18	2110		2130		2—05		2-50
217	40	60	0,35	20 ,	2130		2180		2-25		3-15
- 273	50	50	0,39	20	2060		2080		2—15		3-15
273	40	60	0,36	20	2120		2160		2-35		3—40

На рис. 35 показано изменение прочности камня, твердев­шего 3 сут при температуре 20 °С (а) и 2 сут при температуре 75 °С и атмосферном давлении (б), в зависимости от содер­жания в цементе руды и ее удельной поверхности. При 20 °С прочность на изгиб при содержании руды в смеси 50 и 60 % уменьшается на 10 и 20 % соответственно по сравнению с проч­ностью «чистого» цемента. Дальнейшее увеличение добавок руды (до 70 %) приводит к снижению прочности на изгиб до 50 % и более. Прочность на сжатие уменьшается при добавке руды более интенсивно: на 14 %, когда содержание руды в смеси 50 %, и на 40 %, когда добавка руды составляет 60 %.

При температуре 75 °С двухсуточная прочность камня на изгиб и сжатие уменьшается приблизительно пропорционально добавке руды. Снижение прочности в интервале добавок руды от 0 до 70 % составляет 0,85 % на каждый процент добавки руды.

На рис. 36 показана зависимость прочности камня от удель­ной поверхности руды. С увеличением тонкости помола руды прочность камня незначительно снижается.

Удельная поверхность руды практически не влияет на прочность камня, сфор­мировавшегося из цементного раствора с равной растекаемостью. С увеличением тонкости помола руды газопроницаемость камня несколько повышается.

На рис. 37 показана зависимость плотности раствора и водо- смесевого отношения от удельной поверхности и содержания руды в смеси.

С увеличением тонкости помола руды прямо пропорцио­нально возрастает водосмесевое отношение и уменьшается плот­ность раствора. Приведенный график может служить для под­бора рецептуры смеси при заданной плотности раствора.

Для изготовления УЦГ в качестве вяжущей составляющей пригодны тампонажные и строительные портландцементы, от­вечающие требованиям ГОСТ 1581—85 по срокам схватывания и растекаемости раствора.

Рис. 36. Зависимость прочности цементного камня от удельной поверхности руды для различных составов утяжеленного цемента при температуре: а – 20 °С; б – 75 °С; отношение цемент: руда: 1 – 50 : 50; 2 – 40 : 60; 3 – 30 : 70; 4 – 25 : 75.

Рис. 37. Зависимость водосмесевого отношения и плотности раствора от удельной поверхности руды для различных составов УГЦ (цемент : руда): 1 – 50 : 50; 2 – 40 : 60; 3 – 30 : 70; 4 – 25 : 75.