XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

канд. технічн. наук, Кочкодан Я. М., Кобзєв С. О. ДОСЛІДЖЕННЯ КОНТРАКЦІЇ РОЗШИРЮВАЛЬНИХ ТАМПОНАЖНИХ ЦЕМЕНТІВ

кандидат технічних наук, Кочкодан Ярослав Михайлович

Кобзєв Сергій Олегович

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

ДОСЛІДЖЕННЯ КОНТРАКЦІЇ РОЗШИРЮВАЛЬНИХ ТАМПОНАЖНИХ ЦЕМЕНТІВ

         При гідратації цементу утворюються кристалогідрати. Вода з вільного стану переходить у зв'язаний або до складу кристалічних решіток, або зв'язана адсорбційними силами. При цьому її стан перетворюється на квазітверде - збільшується густина, знижується рухливість. Гідратація цементу призводить до скорочення фізичного (абсолютного) об'єму системи цемент - вода внаслідок утворення продуктів гідратації, які мають менший фізичний об'єм, ніж сума фізичних об'ємів вихідних речовин. Це явище одержало назву контракції.

         Контракція обумовлена перебудовою кристалічних граток вихідних мінералів клінкеру з атомних у молекулярні при їх гідратації. Контракція буває фізична, хімічна та фізико-хімічна. Найчастіше трапляється фізико-хімічна.

         Контракція детально відображає характер складних процесів, які відбуваються при гідратації і твердінні гідравлічних в'яжучих. Основною причиною зменшення загального об'єму системи цемент - вода, за В.В. Некрасовим, при твердінні гідравлічних в'яжучих, є різниця густини вихідних і кінцевих продуктів гідратації, спричинена перебудовою кристалічних граток вихідних мінералів клінкеру при їх гідратації [1].

         Під впливом контракції об'єм цементного каменю повинен би зменшуватись, проте фактично цього не відбувається. На початку взаємодії цементу з водою, при переході із рідкого стану у твердий (при утворенні коагуляційно-кристалізаційної структури) контракція незначна. У подальшому зі збільшенням ступеня гідратації контракція зростає, але об'єм затвердівшої системи не зменшується. Внаслідок цього результатом контракції є лише збільшення пористості тампонажного портландцементного каменю.

         Контракція має важливе значення для формування цементного кільця у затрубному просторі та пояснення його негерметичності на контакті зі стінками нафтових і газових свердловин.

         Зовні ефект контракції проявляється утворенням розрідження (вакууму) на поверхні твердіючого тампонажного каменю, що сприяє всмоктуванню контактуючих з ним води, нафти чи газу. Оскільки мінерали портландцементного клінкеру чи інших тампонажних цементів утворюють при гідратації різні хіміко-мінералогічні сполуки, кожній з яких притаманна своя кристалічна гратка і певна зміна питомого об'єму, то величина контракції є функцією мінералогічного складу досліджуваного цементу і водоцементного відношення.

         На стінках свердловини і обсадної колони, а також у застійних зонах є глиниста кірка і залишки промивальної рідини. У результаті контракції твердіючий  тампонажний розчин всмоктує воду внаслідок чого глиниста кірка і розчин зневоднюється. При цьому в ній утворюється мережа каналів, якими можуть рухатись флюїди між пластами і догори до устя свердловини [2,3].

         Нами проведені дослідження контракції розширювальних тампонажних цементів на основі суміші тампонажного портландцементу  ПЦТ І-50 і гіпсо-

глиноземистого цементу (ГГЦ).

         Результати дослідження контракції розширювальних тампонажних розчинів наведені в таблиці.

Контракція розширювальних тампонажних сумішей         

Склад суміші, % Контракція в см3 на 100г суміші за час гідратації
ПЦТ ГГЦ 24 години 10 діб 20 діб 30 діб
100 0 1,53 4,6 4,9 5,1
90 10 1,99 4,78 5,17 5,45
80 20 1,3 4,8 5,56 5,86
75 25 1,42 4,84 5,68 6,14
70 30 1,53 4,9 5,92 6,5
60 40 3,85 7,7 7,7 8,2
50 50 1,85 6,1 6,2 6,4
40 60 4,0 4,3 4,83 5,0
30 70 4,35 4,53 4,65 4,9
20 80 3,39 4,35 5,44 5,8
10 90 3,53 5,06 5,57 5,9
0 100 3,58 5,31 5,22 5,17

За даними таблиці видно, що зміна контракції у часі має класичний характер. Контракція у ранній період різко зростає, а після - рівномірно для всіх складів суміші, що дуже важливо для нормального формування тампонажного кільця у затрубному просторі. Зі збільшенням вмісту ГГЦ у суміші контракція збільшується, досягаючи максимуму при 40%, проте абсолютні значення не перевищують розрахункової величини, визначеної В.В. Некрасовим (7-9 см3 на 100г). Варто зауважити, що максимум контракції збігається з максимумом розширення тампонажного розчину (каменю).

         Контракція розширювальних цементів являє собою сумарний результат двох протилежних процесів: зменшення рідкої фази обумовленої гідратацією новоутворень та набухання гелів; збільшення об'єму твердих фаз при цих же процесах. Порівняльне вивчення контракції  та розширення тампонажного розчину (каменю) показало, що розширення є результатом сумісної самостійної гідратації двох і більше твердих фаз, ніби заважаючи одна одній «антагоністів»

Література:

1. Некрасов В.В. Изменение объема системы при твердении гидравлических вяжущих. Известие АН СССР. ОТН. 1945, вып 6, с 14-31.

2. Волженский А.В. и др. Минеральные вяжущие вещества (технология и свойства). Учебник для вузов/ А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1979. -476с., ил.

3. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы: Учеб. Пособие для вузов. -М.: ОАО «Издательство «Недра». 1999.- 424с.: ил.


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>