Институт нефти и газа

Скачать 4.53 Mb.

Название	Институт нефти и газа
страница	2/37
Тип	Документы

filling-form.ru > Туризм > Документы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 37

1 Тампонажные материалы для крепления скважин

Вопросы для изучения

1.1 Понятие о вяжущих, тампонажном материале, растворе.

1.2 Портландцемент (понятие).

1.3 Производство портландцемента.

1.4 Клинкер и его химический состав.

1.5 Минералогический (фазовый) состав портландцементного клинкера

1.1 Понятие о вяжущем, тампонажном материале, растворе

Для разобщения продуктивных пластов, как показал достаточно длительный опыт бурения глубоких скважин, наиболее эффективным материалом являются растворы на основе минеральных вяжущих веществ.

В общем случае, минеральными вяжущими веществами называют тонкодисперсные порошки моно- или полиминерального состава, которые при смешении с водой или растворами солей способны образовывать коагуляционные структуры, со временем переходящие в кристаллизационные, обладающие определенной прочностью и долговечностью.

По способности вяжущих веществ образовывать структуру они делятся на три группы:

1. Вяжущие вещества воздушного твердения - это вещества, способные твердеть и длительно сохранять свою прочность только на воздухе. К этой группе относятся гипсовые, известковые, магнезиальные вяжущие вещества и кислотоупорный цемент. Из перечисленных при строительстве скважин используются гипсовые и магнезиальные вяжущие;

2 Вяжущие вещества гидравлического твердения - это вещества, способные твердеть и длительно сохранять свою прочность, как на воздухе, так и в воде. К этой группе относятся портландцемент и его разновидности, цементы на шлаковой основе, глиноземистые цементы и др.;

3 Вяжущие вещества гидротермального твердения - это вещества, способные образовывать искусственный камень только в гидротермальных условиях (при высоких температурах и давлениях). К этому типу относятся известково-кремнеземистые, белито-кремнеземистые, шлакопесчаные составы и др.

Все рассмотренные вяжущие относятся к вяжущим гидратационного твердения в отличии от глинистых паст, имеющих коагуляционный характер твердения, и полимерных связующих, имеющих полимеризационный характер твердения.

Под тампонажным материалом, применяемым для цементирования скважин, понимают смесь вяжущего с добавками, вводимыми для регулирования технологических свойств самого вяжущего и раствора на его основе. Тампонажный материал, будучи смешанными с жидкостью затворения, образует тампонажный раствор. Состав тампонажного раствора определяется отношением массы воды затворения к массе тампонажного материала - водотвердым отношением (В/Т) или водоцементным - отношением массы воды затворения к массе цемента (В/Ц). Иногда в литературе встречается водосмесевое отношение (В/Ц) – отношение массы жидкости затворения к массе тампонажной смеси.

Основные требования к тампонажным материалам и растворам на их основе при цементировании скважин:

- тампонажный материал должен оставаться подвижным на всем протяжении его транспортировки в затрубное пространство;

- после прекращения закачивания тампонажного раствора он должен образовывать малопроницаемый, прочный, безусадочный, не изменяющих своих свойств от воздействия окружающей среды в течении длительного времени цементный камень.

1.2 Портландцемент (понятие)

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом и другими специальными добавками.

Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины.

Для получения портландцемента применяют преимущественно карбонатные (известняк, мел, известковый туф, мергель и т.п.) и глинистые (глина, суглинок, глинистый сланец, лёсс, лёссовидный суглинок) породы. Кроме того, в качестве сырьевых материалов используют другие виды природного сырья, а так же отходы различных производств - доменные шлаки, отходы производства глинозема, белитовый (нефелиновый) шлам, зола и т.д..

Гипс вводится для регулирования скорости схватывания и некоторых других свойств тампонажного раствора и формирующегося камня.

Согласно ГОСТ 1581-96 в портландцемент разрешается вводить при помоле до. 15 % активных минеральных добавок. При этом название цемента не меняется [1].

Свойства портландцемента определяются, прежде всего, качеством клинкера.

Историческая справка.

Все строительные вяжущие вещества являются искусственными материалами. Технологический процесс их получения складывается из двух основных операций - обжига горной породы и измельчения обожженного продукта.

Считают, что первыми вяжущими были гипс и воздушная известь; люди научились их получать 4000-5000 лет тому назад. Низкая температура обжига гипса (в пределах 80-150^o С) сделала возможным обжиг гипсосодержащих пород в природных условиях, в районах жаркого климата, при выходе залежей гипсового камня на поверхность. Одним из таких районов был древний египетский город Алабастрон, от которого и произошло первое название строительного гипса - алебастр.

Для обжига воздушной извести требуется более высокая температура (более 1000 ^oС). Достигнуть ее в то время можно было только при обжиге на кострах или в кучах, складываемых послойно из известняка и дров. Обожженные куски известняка хотя и обладают значительной прочностью, но имеют замечательное свойство превращаться в тончайший порошок при соприкосновении с водой. Высокая клеящая способность известкового теста позволила приготовлять известковые смеси с большим количеством песка, отвердевающие в прочный каменный материал. Это вызвало поистине техническую революцию на заре развития строительной техники. Интерес к воздушной извести был настолько значителен, что древние философы посвящали ей свои произведения.

В период Римской империи, примерно 2000 лет назад, было открыто еще одно замечательное свойство извести. Если к ней добавить в измельченном виде некоторые вещества, полученная смесь приобретает способность затвердевать не только в сухих условиях, но и в воде. Эти вещества получили (в начале) название пуццолановых добавок по имени города Поццуолли в Италии, где имеются большие залежи пуццоланы - вулканического пепла. Затем эти добавки назвали активными минеральными, или гидравлическими.

В России в качестве активных минеральных добавок, придающих воздушной извести способность твердеть в воде, применяли толченый кирпич (цемянку), пемзу, туф. По архивным данным, первый завод в России, изготовлявший водостойкие вяжущие (цемент), находился в Москве. На нем толкли кирпич (цемянку), смешивая ее с известью, получали цемент.

Цементное производство в России существовало еще в конце XVII века. Оно полностью обеспечивало широко развернувшееся гидротехническое строительство при Петре I.

Следующим более совершенным гидравлическим вяжущим явилась гидравлическая известь (начало XVIII в.). Было замечено, что известняки, содержащие глинистые примеси, после обжига медленно гасятся*, но приобретают способность затвердевать в воде.

В конце XVIII века, намереваясь получить гидравлическую известь из «глиняных почек» (известняков с большим содержанием глины, называемых мергелями), обнаружили, что продукт обжига не гасится водой, но, будучи измельчен, способен быстро затвердевать как на воздухе, так и в воде. Этот вид нового вяжущего, названный портландцементом, быстро и широко вошел в строительную практику, и до второй половины XIX века являлся основным видом гидравлического вяжущего вещества для наиболее ответственных гидротехнических сооружений

Стремление получить еще более совершенный вид гидравлического вяжущего привело Е. Челиева к весьма важному открытию: при обжиге смеси извести и глины до «белого жару» (температура свыше 1100-1200 ⁰С) получался спекшийся (частично сплавленный) продукт, обладавший в измельченном виде способностью твердеть в воде. В 1826г. Е. Челиев в Москве выпустил книгу, в которой обобщил опыт, накопленный русскими строителями по получению и применению этого материала.

В Англии в этом направлении работал Д. Аспдин. В 1824 г. он взял патент на «Усовершенствованный способ производства искусственного камня».

____________________________

* Гашением извести называется процесс химического взаимодействия ее с водой, в результате которого куски негашеной извести разрушаются на мельчайшие частички.

Из-за сходства с портландским камнем, добываемым вблизи г. Портленда, этот искусственный камень был назван портландцементом.

После 20-30 лет широкого применения портландцемента в гидротехническом строительстве было установлено, что стойкость его в водных условиях в ряде случаев далеко не достаточна: многие гидротехнические сооружения были разрушены или находились в аварийном состоянии. Для повышения стойкости портландцементного бетона в водных условиях было предложено вводить в портландцемент гидравлические (пуццолановые) добавки и доменные шлаки. Этим были заложены основы производства новых видов вяжущих - пуццоланового и шлакового портландцемента. В изобретении и совершенствовании этих цементов большая заслуга принадлежит русским ученым проф. А. Р. Шуляченко, акад. А. А. Байкову, проф. В. Н. Юнгу и многим другим.

Первый завод портландцемента в России был построен в 1856 г. в г. Гродзеце. Затем появились заводы в Глухоозерске, Подольске, Новороссийске, Вольске и других городах. Для измельчения сырья и клинкера на первых заводах применяли толчеи, бегуны, жернова. Обжигали сырьевые материалы в немеханизированных шахтных печах.

С конца XIX века стали применять более совершенные помольные аппараты - однокамерные шаровые мельницы, а с первого десятилетия текущего столетия в цементном производстве появляются трубные многокамерные шаровые мельницы.

Примерно с 1900 г. для обжига стали применять вращающиеся печи. Длина печей была 25 м, диаметр 1,8 м, производительность около 30 т в сутки.

За годы Советской власти цементные заводы оснащены высокопроизводительным отечественным оборудованием. Например, в 1928 г. среднечасовая производительность вращающихся печей составляла всего 5 т и наиболее крупной - 7,2 т, а сейчас часовая производительность печей длиной 150 м составляет 25 т, а на некоторых заводах вошли в эксплуатацию вращающиеся печи длиной 185 м, производительностью 80 т в час, что позволяет выпускать до 2000 т клинкера в сутки. Только одна такая печь выпускает цемента почти в 10 раз больше, чем вся цементная промышленность выпустила в течение 1920 г.