Влияние свойств цементного камня на качество цементирования.

Качество цементного камня принято характеризовать такими показателями, как механическая прочность, проницаемость, концентрация (уменьшение объема при твердении), коррозионная устойчивость в агрессивных средах, пластичность (деформируемость без нарушения сплошности среды), модуль упругости и т.д.

Для повышения механической прочности цементного камня и снижения его проницаемости рекомендуются следующие мероприятия: снижение водоцементного отношения (частично можно достигнуть введением водосвязывающих добавок в небольших количествах, например, глинопорошка); без изменения водоцементного отношения введение активных кремнеземистых материалов при температурах до 100 °С и кварцевого песка при температурах выше 100 °С и высоком давлении.

С течением времени прочность цементного камня может падать в связи с изменениями во внутренней структуре под воздействием высоких температур, в вещественном составе под коррозионным влиянием окружающей среды и, наконец, вследствие разрушения цементного камня под действием нагрузок.

В зависимости от состава пластовых вод коррозионное разрушение цементного камня может происходить по различным схемам:

выщелачивание (отделение) гидроксида кальция. Интенсивность этого вида коррозии зависит от концентрации извести в порах цементного камня и от концентрации катиона Ca²⁺ и аниона OH^- в агрессивной (выщелачивающей) среде. С этой точки зрения “мягкие” воды более агрессивны по отношению к цементу, чем “жесткие”. Повышение температуры усиливает интенсивность коррозии;

вынос гидроксида кальция из цемента в результате магнезиальной коррозии, когда раствор, содержащий сульфат магния, при воздействии на цемент переводит растворенную известь в гипс и всносит его из цемента;

сероводородная коррозия, протекающая в присутствии сероводорода и приводящая к образованию малорастворимых сульфидов кальция, алюминия и железа;

сульфоалюминатная агрессия, когда воздействие сульфатных растворов (с сульфатом кальция или натрия) вызывает превращение соединения гидроалюмината кальция в гидросульфоалюминат кальция со значительным увеличением объема образующего вещества. В итоге в цементном камне развиваются напряжения, которые могут привести к образованию трещин и его разрушению.

Эффективное средство борьбы с коррозией – правильный подбор вида тампонажного материала с учетом химического камня, которая способствует распространению коррозионных процессов в глубь материала.

Свойства цементного раствора и методы определения.

1. В/Ц (фильтр-пресс, ВМ-6)

2.Растекаемость- характеризует подвижность цементного раствора, определяется с помощью конуса 2R (ГОСТ) >= 20 см

3. Прокачиваемость характеризует возможность закачки и продавки цементного раствора в условиях, модифицирующих течение раствора. Определяется с помощью консистометра

4. Сроки схватывания показывают время перехода от раствора к цементному камню. Определяется с помощью иглы Вика. За начало схватывания принимают время от момента затворения до того, как игла не будет доходить до основания конуса, заполненного цементным раствором на 1-2 мм. Начало схватывания должно быть. не менее чем на 25% больше, чем время цементирования

5. Реологические свойства. (η, τ₀). Реологическиехарактеристики нужны для расчета гидравлической программы цементирования. Зависят от В/Ц, удельной поверхности, гранулометрической составляющей вязкости и т.д.

Для определения используют вискозиметры ротационные и капиллярные, чаще ротационные.

6. Плотность цементного раствора.

В общ случае:

Увеличение плотности:

1)Для увеличения плотности раствора необходимо увеличить плотность твердой фазы, например вводом утяжелителей. Ввод добавок(например, барита) ухудшает качество цемента и может вызвать осложнения при цементировании.

2)Возможно утяжелить раствор увеличением плотности жидкости затворения (добавкой солей), однако существенного увеличения не получается.

3)Увеличение плотности раствора уменьшением В/Ц отношения. При этом теряется подвижность раствора, необходимо применять пластификаторы.

Уменьшение плотности:

1) Облегчающие добавки. Большинство добавок имеют ρ=2500 и не дают реального облегчения

2) Микросферы (ρ=200-700 кг/см3). Применение ограничивается прочностью микросфер, высокой стоимостью, ухудшение качества цементирования по АКЦ. Достоинства: небольшая удельная поверхность

Свойства цементного камня и методы определения.

1) Прочность на сжатие, на изгиб

ПТЦ рекомендуется применять при температуре <100ºС, при более высоких наблюдается снижение прочности камня за счет термической коррозии.

Напряжение изгиба σ_изг.= f(В/Ц, Т,Sуд, τ₀, добавки)

σ_изг.= m*k,

где m- масса груза, вызывающего разрушение образца, кг;

k- постоянная, зависящая от ширины, длины, высоты образца, расстояния между опорами, соотношения плеч рычагов прибора. Величина k для каждого прибора индивидуальна.

В настоящее время применяются машины типа МИИ-100

2) Проницаемость.

µ= f(В/Ц, T, состав)

В первые дни твердения проницаемость камня очень высока и камень практически не может изолировать пласты между собой, однако к недельному возрасту проницаемость может снизиться в сотни раз. Это связано с тем, что при твердении часть открытых пор переходит в замкнутые

2) Объемное изменение. Традиционные цементы при твердении в воде в лучшем случае являются безусадочными, а при твердении на воздухе они всегда усадочны. Причина- контракция. Контракция- это уменьшение абсолютного объема цементного материала в результате гидратации цемента.