Гель цементный раствор состав

Обновлено: 01.05.2024

Гельцементные называются растворы, содержащие в качестве облегчающей добавки содержатвысококолоидальные, главным образом монтмориллонитовые (бентонитовые), глины. Эти глины имеют плотность 2300—2600 кг/м 3 и вводятся обычно в количестве до 20% от массы твердой фазы. Поэтому снижение плотности за счет введения менее плотного компонента твердой фазы неве­лико и достигается в основном за счет значительного увеличе­ния водосодержания гельцементных растворов по сравнению с обычными. Добавка к тампонажному цементу 5—6 % высоко­качественного бентонита позволяет приготовить седиментационноустойчивые растворы с В/Т«= 0,74-0,75, имеющие плотность 1600—1700 кг/м 8 . Введение 20—25% бентонита позволяет при­менять В/Т «1,3ч-1,5 и получать плотность растворов 1300— 1400 кг/м 3 .

При водосодержании гельцементных растворов, обеспечива­ющем консистенцию раствора, равную обычному тампонажному портландцементному при В/Ц=0,4-0,5 Д начальная скорость водоотдачи оказывается в несколько раз ниже. Добавка бенто­нита в значительно большей степени повышает сопротивление фильтрации, чем эффективную вязкость, что может быть объ­яснено ярко выраженной тиксотропией коагуляционных струк­тур монтмориллонита.

Гельцементные растворы пониженной плотности можно при­готовлять тремя способами: затворением на воде сухой смеси цемента и глннопорошка, затворением цемента на заранее при­готовленной и необходимое время выдержанной глинистой сус­пензии (глинистом растворе) и смешиванием глинистого и цементного растворов. При втором и третьем способах для до­стижения равной седиментационной устойчивости достаточно в 2—3 раза меньшего количества добавки.

В табл. 11.2 приведены данные о водопотребности некоторых отечественных глинопорошков при вводе их в цементный рас­твор в виде заранее (за 1 сут) приготовленного глинистого рас­твора и в виде глннопорошка в смеси с цементом.

На рис. 34 приведены кривые загустевания тампонажных растворов, в которые бентонит был введен как в виде порошка (в смеси с цементом), так и в гидратированном виде (в виде заранее приготовленной суспензии). Введение бентонита в гид­ратированном виде не только повышает исходную консистен­цию, но и ускоряет загустевание. При введении бентонита в виде порошка ускорение загустевания наблюдается при бо­лее высоких температурах.

Если у тебя прекрасная жена, офигительная любовница, крутая тачка, нет проблем с властями и налоговыми службами, а когда ты выходишь на улицу всегда светит солнце и прохожие тебе улыбаются - скажи НЕТ наркотикам. Законы Мерфи (еще. )

Гель-цемент

Гель-цемент , приготовленный на цементе Каспи, применяется для цементировок холодных скважин, а на цементе завода им. Технологический процесс цементировки протекает в обычном порядке. [1]

Гель-цемент также применяют для цементирования сильно-поглощающих скважин. Его приготовляют из смеси тампонажных цементов и бентонитовых - глйн. [2]

Гель-цемент представляет собой смесь заливочного цемента с порошкообразной или растворенной в воде глиной в соотношении, обеспечивающем для цементного раствора угол естественного откоса 40 - 45 и применяется при интенсивных уходах циркуляции во время заливки. [3]

Гель-цемент , как и волокнистый цемент, применяется для цементировки скважин с интенсивным поглощением при бурении скважин и при ремонтно-изоляционных работах, так как раствор гель-цемента, благодаря большому углу естественного откоса, не проникает вглубь пласта, не расплывается, а утолщенной массой остается вблизи ствола скважины. Закачивание небольших порций гель-цемента в 2 - 3 приема препятствует уходу раствора. При применении гель-цемента, как и волокнистого цемента, в затрубном пространстве получается цементный сальник небольшой плотности, перфорирование которого не представляет трудностей. [4]

Отличительной особенностью гель-цемента является его способность незначительно проникать в трещины и поры пород и быстро схватываться, что объясняется большим углом естественного откоса и высоким статическим напряжением сдвига. [5]

Если для гель-цементов срок начала схватывания может быть 1 - 2 ч и более, то для рассматриваемых быстросхватывающихся смесей указанное время исчисляется 40 - 60 мин. [6]

Отличительной особенностью гель-цемента является его способность незначительно проникать в трещины и поры и быстро схватываться, что объясняется большим углом естественного откоса и высоким статическим напряжением сдвига. [7]

Растворы на гель-цементе приготовляют при водо-цементном отношении 0 7 - 0 8, так как при меньших количествах воды их трудно прокачать насосами. [8]

Проведенные в трестах объединения Азнефть цементировки гель-цементом в поглощающих скважинах дали положительные результаты. [9]

Для тех же целей наряду с гель-цементами , особенно при пониженном пластовом давлении, применяют волокнистые цементы, содержащие от 2 до 5 % отходов асбестового или хлопкоперераба-тывающего производства. [10]

Другим цементом, широко используемым при тампонировании зон ухода, является гель-цемент - смесь обычного тампонажного или гипсоглиноземистого цемента с бентонитовой глиной. Присутствие глины отрицательно влияет на механические свойства цемента. [11]

В качестве тампонажных цементов при цементировании скважин применяют портланд-цементы марок 500 и 600, гель-цементы , пуццолановые, шлако-портландские, тампонажно-песчаные, волокнистые и некоторые другие виды цементов. [12]

В соответствии с требованиями регламента нижнюю часть обсадных колонн следует цементировать цементным раствором, а верхнюю ( зона непродуктивных горизонтов) - гель-цементом , который готовят путем сухого замеса цемента с глинопорошком и последующего затворения. [13]

Гель-цемент, как и волокнистый цемент, применяется для цементировки скважин с интенсивным поглощением при бурении скважин и при ремонтно-изоляционных работах, так как раствор гель-цемента , благодаря большому углу естественного откоса, не проникает вглубь пласта, не расплывается, а утолщенной массой остается вблизи ствола скважины. Закачивание небольших порций гель-цемента в 2 - 3 приема препятствует уходу раствора. При применении гель-цемента, как и волокнистого цемента, в затрубном пространстве получается цементный сальник небольшой плотности, перфорирование которого не представляет трудностей. [14]

Гамма-гамма-метод позволяет: 1) установить высоту подъема цемента; 2) определить наличие цемента и характер его распределения в интервале цементации; 3) фиксировать наличие переходной зоны от цементного камня к раствору ( гель-цемент ); 4) выявить в цементном камне небольшие раковины и каналы; 5) определить эксцентриситет колонны. [15]

Цементный гель может претерпевать пластические деформации при коагуляционном самоуплотнении лишь в том случае, если из него будет отжиматься жидкость, разобщающая сольватированные частицы твердой фазы. [1]

Цементный гель придает зернам заполнителя взаимную подвижность, которая в свою очередь зависит от структурной прочности цементного геля и его количества в бетонной смеси. [2]

Цементный гель , приготовленный на портландцементе, при Кн. ВД) г0 219; 0 25; 0 28; 0 34 и 0 41 помещали в сосуд и подвергали виброобработке с частотой 117 Гц в течение 40 мин и через каждые 5 мин отбирали пробы для изготовления образцов 10ХЮХЮ см. Контрольными служили образцы из необработанного вибрированием цементного геля. [3]

Цементный гель является трехфазной системой, содержащей твердую, жидкую и газообразную фазы. При сближении частиц цемента силы взаимодействия между ними возрастают и одновременно активнее проявляются силы отталкивания. [4]

Цементный гель , который образуется как продукт гидратации портландцемента, имеет высокую удельную поверхность, включая так называемые геле-вые поры в структуре. Обычно эта удельная поверхность в конечном счете может быть в 1000 раз больше, чем площадь негидратированного цементного порошка. Соответственно развитие площади поверхности может быть использовано в качестве измерителя степени гидратации. Согласно полученным им результатам, степень гидратации цемента может быть ускорена или замедлена путем добавки латексов на начальной стадии в зависимости от их химической природы. [5]

Цементный гель представляет собой поликристаллический сросток - совокупность разнообразных по минералогии, конфигурации и размерам кристаллитов и кристаллов, сросшихся в местах контактов между собой, а также с непрогидратировавшей частью зерен клинкера. Минералогический состав и морфология продуктов гидратации цементного клинкера подробно исследовались отечественными и зарубежными учеными. Наиболее полные данные по этому вопросу приведены в ряде докладов на международных конгрессах по химии цемента. [6]

Цементный гель химически неоднороден, он состоит из нескольких химических соединений. [8]

Если цементный гель разжижить путем высокочастотного вибрирования, несколько изменятся показатели фазовых превращений в цементном камне. [10]

Если цементный гель подвергнуть механической обработке, способствующей пептизации цементных флокул, то количество воды, необходимое для достижения консистенции нормальной густоты, надо увеличить до Кн. [11]

Упругость цементного геля в диапазоне значений водоцементных отношений, не превышающих значений / Соп можно определить по обсчету модели трехфазной среды ( твердая, жидкая, газообразная) при отсутствии взаимного смещения ее составляющих. [12]

Концентрация цементного геля значительно выше той, которой соответствует формула Стокса, поскольку даже при Х1 65 концентрация твердой фазы составляет более 0 66 %, поэтому надо полагать, что время осаждения частиц цемента в такой среде должно быть значительно большим, чем в воде. Это означает, что седиментация частиц цемента происходит в результате их агрегирования в более крупные элементы ( флокулы), которые вследствие возросшей массы осаждаются значительно быстрее, чем отдельные частицы цемента. [13]

Способность цементного геля удерживать определенный объем воды определяется интенсивностью сил взаимодействия между частицами; чем плотнее они упакованы, тоньше водные оболочки, тем меньше структурные ячейки между сольватированными частицами цемента и прочнее удерживается в них вода. Если частицы раздвинуть так, что они уже не способны взаимодействовать одна с другой, то связность структуры нарушается, и цементный гель начинает отслаивать воду. Разобщенные частицы и целые агрегаты из них ( флокулы), находясь вначале во взвешенном состоянии, постепенно выпадают в виде осадка, вытесняя воду, слой которой над осадком тем толще, чем больше воды затворения ( сверх оптимального количества) содержалось в цементном геле. [14]

Способность цементного геля пластически деформироваться нельзя рассматривать в отрыве от его консистенции. [15]

Существуют две классические теории твердения и роста прочности цемента. Так, Ле Шателье в 1882 г. открыл, что продукты гидратации цемента имеют меньшую растворимость, чем исходные компоненты, вследствие чего гидраты выделяются из пересыщенного раствора. Выделившиеся из раствора гидраты представляют собой переплетенные удлиненные кристаллы с высокими адгезионными и когезионными свойствами.

По коллоидной теории, выдвинутой Михаэлисом в 1893 г., кристаллический гидроалюминат, гидросульфоалюминат и гидроокись кальция обеспечивают первоначальную прочность. Насыщенная известью вода взаимодействует с силикатами с образованием почти нерастворимого гидросиликата кальция в виде студенистой массы. Эта масса постепенно затвердевает вследствие потери воды как за счет внешнего высыхания, так и за счет гидратации внутренних негидратированных ядер цементных зерен.

В свете современных знаний представляется, что эти обе теории содержат элементы истины и не противоречат одна другой. Так, в частности, специалисты в области коллоидной химии выяснили, что многие, если не большинство, коллоиды состоят из кристаллических частиц. Эти частицы имеют малые размеры и, как следствие, большую площадь поверхности, что придает им свойства, отличающие их от обычных твердых веществ. Коллоидные свойства в большей степени определяются площадью поверхности частиц, а не неоднородностью их внутреннего строения.

Было установлено, что после перемешивания портландцемента с большим количеством воды образуется в течение нескольких часов раствор, пересыщенный Са(ОН)2 и содержащий гидросиликат кальция в метастабильном состоянии. Этот гидрат быстро выделяется согласно теории Ле Шателье; последующее твердение может быть следствием удаления воды из продуктов гидратации, как полагал Михаэлис.

Для удобства считают, что термин «цементный гель» охватывает и кристаллическую гидроокись кальция. Таким образом, гель означает связную массу гидратированного цемента в виде максимально плотного цементного камня, т. е. содержащего в себе только поры геля; характерная пористость геля составляет около 28%. Истинная природа прочности геля не полностью раскрыта, но, вероятно, ее суть заключается в наличии двух типов когезионных связей.

Первый тип связей — физическое притяжение между твердыми поверхностями, разделенными только небольшими порами геля диаметром 15—20 А; это притяжение обычно вызывается ван-дер-ваальсовыми силами.

Источником второго типа когезии служат химические связи. Так как. цементный гель является ограниченно набухающим веществом (т. е. частицы не могут диспергироваться при добавлении воды), то, по-видимому, частицы геля перекрестно соединены химическими связями. Эти связи намного сильнее ван-дер-ваальсовых сил, однако химические связи охватывают только небольшую часть пограничных частиц геля. С другой стороны, большая площадь поверхности, такая, как, например, у цементного геля, не является необходимым условием получения высокой прочности, что показывает, например, развитие чрезвычайно высоких гидравлических свойств в цементном камне с небольшой удельной поверхностью, полученной при автоклавной обработке.

Таким образом, мы не можем установить относительную роль физических или химических связей, но нет сомнения в том, что и те и другие способствуют получению высокой прочности цементного камня.

У цементов для «холодных» и «горячих» скважин при испытании по стандартной методике при хранении заметно снижались прочностные показатели. В НИИЦе - менте был разработан способ устранения этих явлений путем введения в состав цемента при его помоле добав­ки триэтаноламина, что позволило создать специальный вид цемента.

Является разновидностью тампонажного портландцемен­та и характеризуется тем, что не теряет прочности при длительном хранении. Такой портландцемент получают путем Совместного измельчения клинкера, гипса и 0,025—0,05 поверхностно-активной добавки триэтанол­амина. В остальном он не отличается от тампонажного портландцемента и удовлетворяет требованиям, предъ­являемым к ним ГОСТом.

Белитокремнеземистый цемент (БКЦ) предназна­чен для цементирования высокотемпературных нефтя­ных и газовых скважин. Он разработан в НИИЦемен - те С. М. Рояком и А. М. Дмитриевым. Ими было уста­новлено, что для получения прочного, газонепроницае­мого и устойчивого цементного камня необходимо, чтобы он содержал преимущественно низкоосновные гид­росиликаты кальция серии CSH(B) [44]. Качественный цемент для этих условий на основе портландцементного клинкера получить нельзя.

БКЦ — безобжиговое гидравлическое вяжущее, по­лучаемое путем совместного тонкого измельчения высу­шенного белитового компонента и кварцевого песка или тщательным смешиванием тех же материалов, измель­ченных раздельно. Белнтовый компонент является отхо­дом, получаемым при производстве глинозема из нефе-' линовых пород. Он должен содержать не менее 80%

P-C2S. В составе белитового компонента может быть не более 2,5% щелочей, количество ангидрида серной кис­лоты не должно превышать 0,5%.

Состав цемента в зависимости от температуры в скважине может изменяться: содержание белитового компонента колеблется от 30 до 70%, а кварцевого песка соответственно от 70 до 30%. Можно вводить в цемент добавку измельченной бентонитовой глины. Тон­кость помола цемента характеризуется удельной по­верхностью 3500—5500 см2/г. При раздельном помоле кварцевого песка и белитового компонента удельная поверхность в зависимости от их соотношения в цемен­те должна составлять:

Белитового компонента. 3000—5000 см2/'г

Кварцевого песка. 2000—3000 см2,'г

Растекаемость цементного теста с определенным ко­личеством пресной воды, измеряемая с помощью при­бора-конуса, должна быть не менее 180 мм. Сроки схва­тывания цементного теста должны составлять: начало — не ранее 1 ч 45 мин, конец — не позднее 10 ч.

Для ускорения схватывания БКЦ при цементирова­нии скважин в интервале температур 363—403 К в це­ментный раствор вводят кальцинированную соду (ори­ентировочно 1—5%), количество которой уточняют пробными затворениями на месте применения. Если не­обходимо замедлить схватывание, то это может быть достигнуто введением с водой затворения добавки мо-' нохромата натрия, количество которого уточняется пробными затворениями на месте применения.

Предел прочности при изгибе образцов-балочек раз­мером 4X4X16 см после твердения их в автоклаве кон-' струкции ГрозНИИ в течение двух суток должен со-' ставлять: '

При температуре 363—403К и давлении 2—40 МПа не менее 3 МПа то же 403—423К и давлении 50—70 МПа не менее 4 МПа » 423—573К и давлении 5—7 МПа не

БКЦ производится на Чернореченском цементном заводе с применением нефелинового высушенного шла­ма Ачинского комбината.

Шлакопесчанистый цемент разработан в ГрозНИИ для цементирования высокотемпературных скважин.

Этот цемент получают, смешивая молотый гранулиро­ванный доменный шлак и кварцевый песок определен­ной крупности с' добавками некоторых веществ. Цемент успешно используют для цементирования нефтяных южных районов.

Солестойкие тампонажные портландцементы. Проб­лема повышения стойкости тампонажных цементов для службы в минерализованных пластовых водах наших нефтяных месторождений усложнялась тем, что воды эти содержат различное количество солей, сульфатов, хлоридов, сероводорода и др. и в подавляющей своей части вызывают коррозию, особенно, когда они начи­нают действовать на цемент в начале его твердения. Кроме того, невозможность извлечения и исследования цементного камня из скважин не позволила всесторон­не изучать эти виды коррозии.

При изучении влияния добавок в цементе на его' со- лестойкость (С. М. Рояк и З. Л. Данюшевская) было показано, что тонкоизмельченный кварцевый песок при 348 К гидравлически активен и химически связывает в течение месяца (при определении по стандартной мето­дике) гидроксид кальция в количестве до 160 мг СаО на 1 г песка. Это Свидетельствует о положительном его влиянии на цемент, так как повышается его солестой - кость. Было установлено также, что низкоалюминатные тампонажные цементы, содержащие обычно около 55% C3S, будут иметь удовлетворительную стойкость при твердении в минерализованных пластовых водах, если вводить в их состав при помоле 20—35% кварцевого песка. Солестойкими также будут шлакопортландце­мент с 35—50% шлака с пониженным количеством СзА в клинкере и А1203 в шлаке, а также содержащий не более 20% активной минеральной добавки.

Портландцемент тампонажный песчанистый получа­ют совместным тонким измельчением клинкера тампо­нажного портландцемента, кварцевого песка и гипса или тщательным смешением стандартного тампонажно­го цемента с предварительно измельченным кварцевым песком. Выпускается такой песчанистый портландце­мент для тампонирования «холодных» и «горячих» скважин. Содержание кварцевого песка в тампо - нажном песчанистом портландцементе для «хо­лодных» скважин должно составлять не менее 20%, для «горячих» — не более 50%. Предел прочности при из-

7 Зак. 531
гибе через двое суток твердения образцов из цементно­го теста с ВЩ=0,5 при стандартной растекаемости не менее 18,0 см должен быть: для «холодных» скважин при 295 К±0,2 не менее 2,0 МПа; для «горячих» сква­жин при 348 К±0,3 не менее 4 МПа.

Утяжеленный тампонажный портландцемент. Про­водка скважин в сложных условиях при высоких пла­стовых давлениях осуществляется с помощью так назы­ваемых утяжеленных глинистых растворов. Плотность этих растворов достигает 2,0—2,25 г/см3. Для доброка­чественного цементирования в таких условиях необходи­мо, чтобы плотность цементного раствора, применяемого для производства тампонажных работ, превышала плот­ность глинистого раствора, применявшегося при бурении скважины на 0,25—0,30 кг/м3. Цементные растворы с такой плотностью используют для того, чтобы обеспе­чить более полное вытеснение из затрубного простран­ства тяжелого глинистого раствора.

Достаточная полнота и хорошее качество цементи­рования обеспечивают надежное крепление и изоляцию скважины от прорыва пластовых вод или других ослож­нений. В этих условиях рекомендуется использовать утя­желенный тампонажный портландцемент, получаемый путем совместного тонкого измельчения 50—60% цемент­ного клинкера с добавкой гипса и не более 70% утяже­ляющей добавки — железной руды в виде магнетита, гематита, тяжелого шпата со средней плотностью не менее 3,5 кг/м3. Возможно предварительное измельчение компонентов с последующим их смешиванием. Испыты­вают этот цемент с определенным количеством воды при стандартной растекаемости цементного теста. Предел прочности такого цемента при изгибе через 2 сут не ме­нее 1,0 МПа для холодных и 2,0 МПа для горячих сква­жин.

Уже говорилось, при проходке скважин наблюдается иногда «уход» глинистого или цементного раствора. Разработаны специальные цементы, надежно закры­вающие пути ухода глинистого или цементного раство­ра при капитальном ремонте скважин и предотвращаю­щие поглощение тампонажного раствора трещиноваты­ми или дренированными пластами.

Волокнистые цементы представляют собой тщатель­но смешанный готовый тампонажный цемент с волок­
нистыми добавками (асбестом и некоторыми отходами' производства текстильной, целлюлозной промышленно­сти и пр.), вводимыми в количестве 2—3%. Наличие в цементе волокнистой добавки способствует быстрому образованию на стенках скважины сетчатых, каркас­ных пленок или тампонов по сечению трещин, вокруг которых накапливается и уплотняется цементный ра­створ, закрывающий все имеющиеся неплотности. В ре­зультате образуется плотная, хорошо скрепляющаяся с поверхностью цементная корка, надежно закрывающая мелкие трещины и другие дренажные каналы. Обра­зующаяся волокнистая пленка препятствует также про­никновению в пласт излишнего количества цемента.

Гельцемент — разновидность тампонажного цемен­та, получаемого путем совместного помола тампонажно­го портландцемента с добавкой 3—7% бентонитовой глины. Можно получать этот цемент путем смешения раздельно измельченных компонентов. Техни­ческие условия на этот цемент разрабатываются. Гель - цементный раствор обладает повышенной пластич­ностью и характеризуется большим углом естественно­го откоса, пониженным водоотделением, пониженной усадкой, что дает возможность регулировать плотность цементного раствора. Добавка бентонитовой глины в' тампонажный портландцемент — эффективный способ улучшения ряда свойств цемента. Опыты показали, что' эта добавка позволяет повысить трещиноустойчивость цемента при сохранении необходимой прочности на растяжение.

Бентонитовые глины добавляют в цементы не толь­ко для получения затвердевшего цементного камня, ко­торый не будет крошиться во время перфорации, но и для того, чтобы свести к минимуму осаждение твердых частиц, уменьшить водоотделение и повысить среднюю плотность затвердевшего цемента. Применение этих глин позволяет также значительно увеличить выход тампонажного раствора из данного количества цемента,' поскольку бентонит позволяет добавлять больше воды в раствор. В скважинах, которым грозит «потеря цирку­ляции», т. е. уход глинистого раствора или цемента под действием гидростатического давления в пласты пород, гельцемент, дающий облегченный цементный раствор, имеет определенное преимущество перед обычным тя­желым цементным раствором. Часто совместно с бен-

Т Зак. 531
тонитовой глиной в состав цемента или раствора вводят до 0,5—0,75% СДБ для регулирования сроков схваты­вания раствора.

Облегченный тампонажный портландцемент. Во многих районах СССР бурение нефтяных и газовых скважин ведется на глубину более 3500—4000 м. В свя­зи с этим возникает необходимость поднимать цемент­ный раствор за обсадными трубами на значительную высоту (более 2000 м). В этих условиях необходимы об­легченные цементные растворы. Тампонажный облег­ченный портландцемент получают путем совместного помола тампонажного портландцементного клинкера, «облегчающей» добавки, и гипса или путем тщательно­го смешивания тех же материалов, но раздельно из­мельченных. Содержание клинкера в цементе должно быть не менее 30% по массе. Выпускается облегченный тампонажный портландцемент для «холодных» и «горя­чих» скважин.

Облегчающими служат активные минеральные до­бавки (пемза, диатомит, опока, трепел и др.). Кроме то­го, цемент на месте потребления смешивается с добав­ками глины, пористых неорганических материалов (пер­лита, керамзита), углеродистых материалов, гильсонита, нефтяного кокса и др. Эти добавки характеризуются меньшей плотностью и высокой водопотребностью, что вызывает необходимость повышать содержание воды в растворе и понижать его плотность до 1,5 г/см3.

Разработан песчанисто-трепельный портландцемент, Позволяющий получать цементный раствор с плотностью 1,5—1,6 г/см3. Растекаемость цементной пульпы (теста) при подобранном количестве воды должна быть не ме­нее 180 мм; коэффициент водоотделения теста не дол­жен превышать 2,5%. Требования к прочности характе­ризуются следующими данными (табл. 25).

Таблица 25. Прочность песчанисто-трепельного портландцемента

Температура твердения, К

Предел прочности при изгибе, МПа, при средней плотности пульпы (теста), г/см3

Читайте также: