Институт нефти и газа
Скачать 4.53 Mb.
|
6.4 Глиноземистый цементГлиноземистым цементом называется быстротвердеющее в воде и на воздухе высокопрочное вяжущее, основные свойства которого определяются преобладанием в его составе низкоосновных алюминатов кальция. Сырьем при производстве глиноземистого цемента являются известняки, мел, бокситы и др., содержащие оксиды кальция и алюминия. При этом в составе ограничивается содержание оксидов магния, железа, кремния и т.п. Получают путем плавления и спекания указанных материалов. Минералом, определяющим основные свойства глиноземистого цемента, является моноалюминат кальция СаО∙А12О3. В высокоглиноземистом цементе эту роль выполняет СаО∙2А12О3. Минерал С12А7 в небольних количествах присутствует главным образом в цементах, получаемых методом плавления и характеризующихся повышенным содержанием СаО. Для него показательны быстрое схватывание, но меньшая прочность, чем у СА, в его кристаллическую решетку могут внедряться ионы железа и галогенов, прежде всего, фтора, при этом прочностные свойства минерала улучшаются. СА2 медленно схватывается и медленно твердеет. В присутствии СА прочность СА2 повышается во все сроки твердения. По данным Кузнецовой Т.В. наиболее оптимальным в глиноземистом цементе является наличие обоих минералов в соотношениях СА2:СА = 4:1. Оксид кремния в глиноземистом цементе образует при повышенном содержании СаО – двухкальциевый силикат, а при пониженном – геленит, соединение практически инертное. Другие оксиды в большинстве своем вредны и поэтому их содержание в клинкере стараются ограничить. Таким образом, гидравлически активная часть глиноземистых цементов – это алюминаты кальция. При взаимодействии с водой они образуют гидроалюминаты различной основности и гель гидроксида алюминия. Скорость кристаллизации гидроалюминатов кальция значительно больше, чем гидросиликатов. В силу этого затвердевший камень глиноземистого цемента содержит значительно больше кристаллической части, чем портландцемент. Таким образом, фазовый состав продуктов твердения глиноземистых цементов любого состава представлен гадроалюминатами кальция различной основности. Основность продуктов гидратации существенным образом зависит от температуры твердения, при ее повышении основность гидроалюминатов возрастает. При гидратации глиноземистых цементов рН среда ниже, чем при гидратации портландцемента. Скорость реакций гидратации и ее завершенность зависит от водоцементного отношения, температуры и влажности окружающей среды, а также присутствия в среде веществ, ускоряющих или замедаяющих гидратацию. С течением времени состав гидроалюминатов обогащается оксидом кальция и выделяется дополнительные количества гидроксида алюминия. Большая скорость гидратации безводных соединений глиноземистого цемента приводит также к тому, что с течением времени быстро иссякает количество материала, способного содействовать самозалечиванию, возникающих при перекристаллизации дефектов цементного камня и прочность его уже не восстанавливается. В результате этого через несколько лет твердения наступает сброс прочности камня, достигающий 40-60% первоначальной прочности. Чем выше температура и влажность окружающей среды, тем быстрее протекают эти процессы и тем скорее начинается сброс прочности. Наоборот, в условиях низких температур (менее 15-20 °С) в течение десятков лет деструктивные изменения в камне отсутствуют. Характерной особенностью глиноземистого цемента является большая скорость тепловыделения, хотя общее количество выделяемого тепла находится примерно в тех же пределах, что и у портландцемента (254-336 Дж/г). Большая часть тепла выделяется впервые 10-15 час гидратации. Интенсивное тепловыделение продолжается примерно до 3 суток. Быстрое выделение тепла ведет к повышению температуры в камне, что играет положительную и отрицательную роль в процессах твердения. Преимущества этого свойства цемента проявляются при цементировании интервалов многолетнемерзлых пород путем ускорения процесса твердения. Однако тепловыделение приводит к растеплению горных пород и может вызвать кавернообразование. Кроме того, саморазогрев камня в нормальных условиях твердения обуславливает сбросы прочности, особенно значительно во влажных условиях. Камень из глиноземистого цемента обладает повышенной стойкостью против многих агрессивных агентов (сульфат-ионов, угольной кислоты, сероводсодержащих газов и т. д.). Это объясняется образованием на частицах цемента и гидроалюминатов кальция пленки из гидрооксида алюминия. Растворы карбонатов щелочей и гидрооксиды щелочей разрушают камень глиноземистого цемента. 7 Требования к тампонажным портландцементам (ГОСТы) Вопросы для изучения 7.1 Классификация ПЦТ по вещественному составу. 7.2 Тампонажные материалы и химреагенты согласно классификации АРI. 7.3 Другие стандарты для портландцементов тампонажных. 7.1 Классификация ПЦТ по вещественному составу Стандарт ГОСТ 1581-96 распространяется на тампонажные портландцементы, изготавливаемые на основе портландцементного клинкера и предназначенные для цементирования нефтяных, газовых и других скважин [1]. Стандарт унифицирован со стандартом Американского нефтяного института API Specification 10A (1) в части цементов типов I-G и I-H, соответствующих по техническим требованиям цементам типов G и Н Американского стандарта, пользующимся большим спросом на мировом рынке. По вещественному составу цементы подразделяют на следующие типы: I – тампонажный портландцемент бездобавочный; I-G - тампонажный портландцемент бездобавочный с нормированным требованиями при водоцементном отношении, равном 0,44 ГОСТ 26798.1 [17]; I-Н – тампонажный портландцемент бездобавочный с нормированными требованиями при водоцементном отношении, равном 0,38 ГОСТ 26798.1 [17]; II – тампонажный портландцемент с минеральными добавками; III- тампонажный портландцемент со специальными добавками, регули-рующими плотность цементного теста 8 ГОСТ 1581-96 По плотности цементного теста цемент типа III подразделяют на:
По температуре применения цементы типов I, II, III подразделяют на цементы, предназначенные для:
По сульфатостойкости цементы подразделяют на: а) типы I, II, III
б) типы I-G и I-H
Условное обозначение цемента должно состоять из:
Таблица 3 – Обозначение средней плотности для цемента типа III
Примеры условных обозначений 1 Портландцемент тампонажный с минеральными добавками сульфатостойкий для низких и нормальных температур ПЦТ II-СС-50 ГОСТ 1581-96 2 Портландцемент тампонажный бездобавочный с нормированными требованиями при водоцементном отношении, равном 0,44, умеренной сульфатостойкости ПЦТ I-G-СС-2 ГОСТ 1581-96 3 Портландцемент тампонажный со специальными добавками облегченной плотностью 1,53 г/см3, для умеренных температур гидрофобизированный ПЦТ III-Об 5-100-ГФ ГОСТ 1581-96 7.2 Тампонажные материалы и химреагенты согласно классифиции АРI В настоящее время большинство тампонажных цементов, используемых в мировой нефтяной промышленности, произведены в соответствии с требованиями Американского института Нефти для классов G и H. Эти классы цементов наиболее предпочтительны, т.к они особенно хороши в геологически-трудных ( с высокой температурой и очень глубокие) скважин. Эти цементы имеют стабильное качество, не содержат добавок, обеспечивают безопасное цементирование. Для цементирования нефтяных и газовых скважин в США в качестве базового цемента используется портландцемент - чистый или с примесями [19]. Такие тампонажные материалы подразделяются на девять основных классов (А, В, С, D, Е, F, G, Н, I) по следующим признакам: приблизительный интервал глубин и оптимальные температуры использования, сульфатостойкость соответствующего класса. Дополнительные требования в тампонажным раствора таковы: - максимальная седиментация для цементов классов G и Н не должна превышать 1,4 %; - прочность на сжатие камня из цемента класса I через 7 сут не должна быть ниже, чем через 1 сут твердения. Время твердения растворов обусловлено продолжительностью процесса цементирования с запасом 25 %. Для цементов классов G и Н задается минимальное время затвердения, которое составляет 2 ч. Давление при проведении измерений времени затвердения должно соответствовать гидростатическому давлению, которое создается столбом цементного раствора с определенной плотностью. Для цементирования скважин со сложными геолого-техническими условиями, которым не соответствуют портландцемент по классификации АРI, используются специальные цементы. К специальным цементам относятся следующие: 1 Облегченные тампонажные материалы, в частности, пуцолановый цемент (изготавливается путем совместного помола портландцементного клинкера и пуццолана), цементно-зольные смеси, пуцоланово-известковый и зольно-известковый цементы. Существуют также методы образования сверхлегких тампонажных растворов (р < 1250 кг/м3). Такая низкая плотность тампонажного раствора достигается путем насыщения его пустотными микросферами или сжатым азотом при предварительной его обработке ПАВ, стабилизирующим пену. 2 Утяжеленные тампонажные материалы, которые образуются двумя способами: - введением примеси утяжелителя, в частности, песка, барита, ильменита, гематитовой руды; - снижением водоцементного отношения с сохранением подвижности тампонажного раствора за счет введения в него пластификаторов. 3. Расширяющиеся цементы. Расширение в специальных цементах, которые изготавливаются в США, обусловлено образованием в процессе гидратации гидросульфоаминатов типа эттрингита. Абсолютная величина расширения не должна превышать 0,5 %. Существует три основных типа расширяющихся цементов: 1) тип К - смесь портландцемента с сульфоаминатом кальция; 2) тип S - портландцемент (класс А) с повышенным содержанием С3А и примесью СаSO4 1/2Н2О; 3) тип М - портландцемент (класс А) с незначительной примесью кислотостойкого цемента. К специальным цементам также относят: - цементы с примесью латекса (латекс-цементы); они отличаются низкой водоотдачей, улучшенными реологическими параметрами, а цементный камень приобретает высокую упругость; - портландцемента с примесью бентонита (8-25 %) и пластификаторов (лигносульфоната); такие составы имеют низкую водоотдачу и относятся к облегченным цементам; - солевые гельцементы, которые изготавливаются из портландцемента, бентонита (12-16 %), соли (например, NаС1), лигносульфоната кальция (0,1-1,5 %); они отличаются пониженной вязкостью и используются для цементирования солевых отложений. Для регулирования свойств тампонажных растворов используются: - ускорители твердения: хлористый кальций, хлористый натрий, кремнекислый натрий и другие неорганические ускорители; - замедлители твердения для низких температур: MRL-1, (3), (L); НR-4, (7), (6L); D-13 (81); R-5; WR-1, (2), (L1). для высоких и сверхвысоких температур MHR-8, (9), (L); HR-12, (15), (13L); D-28, (29); R-11, (15L); M-6; WR-6, (7); такие замедлители относятся к лигносульфонатам, органическим кислотам, производным целлюлозы, боратам и др.; - пластификаторы МСD-3, (4) (L); TF-3, (4), (5); D-30, (31), (45), (65), (80), (31L); CFR-1, (2) и др.; пластификаторы марки CFR одновременно являются замедлителями твердения; большинство пластификаторов представляют собой модифицированные лигносульфонаты и низкомолекулярные водорастворимые смолы; - вещества понижающие водоотдачу: MFL-4, (5), (7); Халад 9, (14); D-19, (22), (59), (60); CF-1, (2), R-6 и др.. В основном это производные целлюлозы. 7.3 Другие стандарты для портландцементов тампонажных Для цементирования скважин также применяют тампонажные материалы (таблица 4), удовлетворяющие требованиям соответствующих стандар Таблица 4 - Тампонажные цементы
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Кандидат юридических наук, доцент кафедры гражданского процесса и социальных отраслей права юридического факультета Российского государственного... | | Кандидат юридических наук, доцент кафедры гражданского процесса и социальных отраслей права юридического факультета Российского государственного... |
| Проект строительства наклонно направленной добывающей газовой скважины глубиной 3150 м на Ен-Яхинском месторождении | | Геология и геохимия нефти и газа: Электронное Учебное пособие (для вузов) / Под ред. А. Н. Резникова. – Ростов-на-Дону: юфу, 2008.... |
| Физико-химические процессы твердения, работа в скважине и коррозия цементного камня: Учеб пособие для вузов. –Тюмень: Изд-во «Нефтегазовый... | | Методические рекомендации предназначены для студентов всех форм обучения по специальности 240134 Переработка нефти и газа и являются... |
| Далее – Методические указания устанавливают единые требования к расчету стоимости услуг, оказываемых спецтехникой и автомобильным... | | Далее – Методические указания устанавливают единые требования к расчету стоимости услуг, оказываемых спецтехникой и автомобильным... |
| Разработаны: Институтом по проектированию объектов нефти и газа зао «Инжиниринговая компания «КазГипроНефтеТранс», Самарским филиалом... | | «Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть» (оао «ак «Транснефть»), обществом с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский... |