Разработка состава и исследование свойств тампонажного цемента низкотемпературного твердения

• Автор: Спицын, Валерий Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1. Разновидности тампонажных цементов

1.2. Механизм гидратации и твердения цементного камня при

обычной температуре.

1.3. Особенности структурообразования цементного камня при отрицательной температуре.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Характеристика исследуемых материалов

2.2. Методы исследований
2.2.1. Физикохимические методы.
2.2.2. Физикомеханические испытания
3. ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗВЕСТНЫХ ТАМПОНАЖНЫХ
ЦЕМЕНТОВ ДЛЯ АРКТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ СЛУЖБЫ.
3.1. Исследования арктических гипсоцементных смесей
зарубежных фирм.
3.2. Фазовый состав гипсоцементных смесей и основные
научные предпосылки улучшения их свойств
4. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА, ГЛИНОЗЕМИСТОГО ЦЕМЕНТА И ГИПСА С ВОДОЙ
ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ.
4.1. Гидратация портландцемента в присутствии
пластификатора и хлорида натрия.
4.2. Гидратация гипса.
4.3. Взаимодействие алюминатов кальция с гипсом.
4.4. Влияние добавки глиноземистого шлака взамен части полугидрата на свойства тампонажного цемента
5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТАМПОНАЖНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СКВАЖИН
5.1. Разработка технологических параметров производства тампонажного цемента для арктических условий службы
5.2. Исследования напрягающего цемента как тампонажного цемента
для арктических условий.
5.3. Разработка состава и параметров получения облегченного тампонажного цемента
6. ОПЫТНОПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ АРКЦЕМЕНТА
6.1. Выпуск опытнопромышленной партии
6.2. Применение опытных партий тампонажных цементов.
7. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
8. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
9. ПРИЛОЖЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ


Сразу же после затворения приготовления цементного раствора его температура должна быть С, причем температуру необходимо измерять и фиксировать во время проведения всех испытаний. Требуемое количество воды определяется в зависимости от состава тампонажной композиции. Стабильность цементного камня при низкой температуре. Этот показатель определяют следующим образом. Образцы цементного раствора приготавливают в соответствии с правилами, приведенными в п. З. Приготовленный цементный раствор заливают в банку емкостью 0,6 л, где он твердеет в течение суток при температуре 4С. Затем банку со схватившимся цементом помещают в среду с температурой
7С на трое суток. По истечение этого времени определяют достаточно ли хорошо вода затворения связалась в процессе гидратации, о чем может свидетельствовать отсутствие растрескивания банки. Прочность цементного камня при циклическом режиме его замораживания и оттаивания. Для определения этого показателя образцы цементного раствора следует приготавливать в соответствие с правилами, приведенными в п. С 8 ч при С. Исследование кубических образцов цементного камня на прочность проводят после одного и трех циклов содержания по указанному температурному режиму т. Цель этого испытания состоит в том, чтобы зафиксировать любую фазу расслоения или ухудшения прочностных свойств кубических образцов цементного камня, что может быть следствием повторяющихся циклов замораживания и оттаивания. Стабильность цементного камня при отрицательной температуре, как дополнительный параметр тампонажного цемента, было решено определять потому, что в практике цементирования скважин в мерзлоте наблюдали также случаи, когда схватывающийся цемент замерзал до вовлечения всей воды затворения в реакцию гидратации. При этом в процессе замерзания свободной воды в массе цемента образуется каналы, что в конце концов приводит к формированию слабого и пористого цементного камня. Описанная выше цикличность замораживания и оттаивания испытуемых образцов цемента воспроизводит реальный температурный режим, который наблюдается в скважинах в процессе дальнейших работ, следующих после операции цементирования данной обсадной колонны. Температура в интервале залегания вечной мерзлоты низкая, а температура нижележащих пластов гораздо выше. Поступающая из относительно глубокозалегающих пластов теплая нефть нагревает ствол скважины, что приводит к оттаиванию замерзшего цемента в заколонном пространстве. Следовательно, тампонажная композиция на соответствующей скважине должна обеспечить получение
цементного камня, сохраняющего прочность при повторяющихся циклах замораживания и оттаивания. На буровой скважине к портландцементу класса О добавляют большое количество полуводного гипса и различных ускоряющих, замедляющих и водоредуцирующих добавок. Для цементирования низкотемпературных скважин за рубежом северозападные территории Канады, острова Канадского Арктического архипелага, северный склон Аляски, море Босфорта наибольшее распространение в качестве тампонажных материалов получили гипсоцементные смеси с соотношением полугидрата гипса к цементу класса в , или . Гипсоцементные смеси неводостойки. Даже сами фирмы дают гарантию качество цемента только на 3 года. Механизм гидратации и твердения цементного камня при обычной температуре. Портландцемент при взаимодействии с водой отвердевает с образованием водных кальциевых силикатов, алюминатов, ферритов, гидрогранатов, а также сульфатоалюминатов и сульфоферритов. Технические свойства получающегося при твердении цементного камня зависят от его фазового состава. Изменяя последний с помощью тех или иных факторов, можно соответствующим образом влиять на свойства цементного камня. Два минерала цементного клинкера С3Б и С3А, а точнее их гидраты ответственны, главным образом, за процесс твердения цемента. Считают, что основные химические процессы, протекающие при гидратации чистого С3Б остаются практически неизменными при гидратации портландцемента ,. На скорость реакции С3А с водой сильно влияют другие компоненты, присутствующие в цементе, в особенности гипс.